【正文】 1cos?為基波功率因數(shù)，即： 1cos??DPF （ 36） 則輸入的功率因數(shù)為： 11111 coscoscos ??? ???????? vIIIVIVPF SSSSSS （ 37） 畢業(yè)設計 說明書 32 其中SSIIv 1?為基波功率因數(shù)，即： 22 2 12222 1111111THDIIIIIIIvn SsnnsnSSSS??????? ?? ???? （ 38） 由式 38 可知，由于一個周期之內脈波的次數(shù)越多，其基波數(shù)值因數(shù)越小， THS （ Total Harmonic Distortion）越大，在發(fā)電機的一側 的補償電容的作用就是補償由發(fā)電機內部產生的無功功率。這是有二極管導通時的情況，當沒有二極管導通時，由于電容能夠存儲能量，即電容依靠自身存儲的能量向負載供電。在中間直流環(huán)節(jié)，采用三個升壓斬波電路并聯(lián)的形式，以減少單個 IGBT通過的電流大小。其獨到之處是 Z源沒有升壓環(huán)節(jié)，但是它可以實現(xiàn)升壓和降壓的功能。該電路的拓撲結構如圖 所示。 圖 不控整流器 +電流源型 直驅式并網型風電系統(tǒng)的變流方式 目前適用于直驅式風力發(fā)電系統(tǒng)中的變流方案很多，一般將主電路分為電壓源型和電流源型。這種情況可以通過功率因數(shù)校正技術，來改變開關管的占空比，使發(fā)電機的電流保持正弦，并使與輸出的電壓同步。 圖 不控整流 +直流側電壓變化的 PWM 電壓源型 由于發(fā)電機輸出的交流電幅值和頻率都不穩(wěn)定，經過不控整流后輸入給逆變器的直流電也是幅值也是變化的。并網的基本思路是通過整流環(huán)節(jié)將發(fā)電機輸出的交流電變成直流電，最后經過逆變環(huán)節(jié)轉換成符合電網要求的交流電并入電網。 ⑴自動準同步并網 滿足風力發(fā)電機輸出的各相端電壓的瞬時值與電網對應相電壓的瞬時值完全一致時稱為準同步并網，在這種條件下，并網瞬間不會產生沖擊電流，電網電壓不會下降，也畢業(yè)設計 說明書 24 不會對定子繞組和其他 機械部件造成沖擊；同步發(fā)電機的起動與并網過程如下：當發(fā)電機在風力發(fā)電機的帶動下轉速接近同步轉速時，勵磁調節(jié)器給發(fā)電機輸入勵磁電流，通過勵磁電流的調節(jié)使發(fā)電機輸出的端電壓與電網電壓接近。 畢業(yè)設計 說明書 23 第三章 直驅式并網系統(tǒng)中的變流部分研究 永磁直驅式同步發(fā)電機并網方式 風力發(fā)電機組可以用多極永磁發(fā)電機直接連接風力發(fā)電機，從而避免了增速齒輪箱帶來的諸多不利因素，這就是直接驅動型風力發(fā)電機組。換而言之，對于一個特定的風速 ν，風力機只有運行在一個特定的轉速 ω下才會有最高的風能轉換效率。 風能利用系數(shù)pC由葉尖速比 λ和槳距角 β決定。當風速大于額定風速時，保持電磁轉矩恒定不變，通過調節(jié)槳距角使風電機組的輸出功率維持在額定功率。采用全槳變槳距的風力發(fā)電機組，起動時可以對轉速進行控制，并網后可對功率進行控制，使風力機的起動性能和功率輸出特性都有顯著改善。對實際應用的風力機來說，風能利用系數(shù)主要受風輪葉片的氣動和結構設計以及制造工藝水平的限制，而且還隨所采用的風力機和發(fā)電機的形式而異。貝茲理論 假定風輪是理想的，即沒有輪轂，且由無限多葉片組成，氣流通過風輪時也沒有阻力。 ????????????GGGGGCOSGWGTTtTTtTVTtV111100 （ 28） 其中，? ? ? ? ? ??? ?? GGGWG TTTtVV 1maxcos 2cos12 ??? ?；maxWGV 、GT 、G1分別為陣風的最大值、周期及啟動時間。 在直驅式風電系統(tǒng)中，由于沒有齒輪箱，風力機通過傳動軸直接驅動發(fā)電機旋轉，因此二者轉速相同，即???g，傳動部分采用單質量塊模型。偏航操作可分為自動偏航和手動偏航，自 動偏航就是風向發(fā)生變化時，步進電機根據(jù)主控指令自動旋轉，使得風力機槳葉掃掠面對準風向，來捕獲最大的風能。以下將詳細介紹各個組成部分的功能。在 2021年，我國實施了《可再生能源法》，確立了可再生能源發(fā)展的法律地位和基本制度和政策框架。 第二，風電制造產業(yè)發(fā)展迅速、國內自主研發(fā)進程加快。但在 2021 年，新增市場份額中的比例己經下降到 47%。新增裝機位于前十名的國家分別是：中國、美國、西班牙、德國、印度、意大利、法國、英國、加拿大和葡萄牙。由于海上和陸地上的風電機組采用不同的葉尖速比，同時海上風力發(fā)電機組比陸地上的風力發(fā)電機組對噪聲的要求更低，所以采用較高的葉尖速比速度畢業(yè)設計 說明書 6 可以降低機艙的成本和重量。它的優(yōu)點是輸出功率穩(wěn)定，機組的啟動性能好、結構受力??；缺點是由于增加了變槳距裝置，因而增加了故障概率，它的程序控制比較復雜。 風電的未來發(fā)展趨勢 隨著風力發(fā)電技術的不斷發(fā)展，風電技術也在不斷的升級換代。若要實現(xiàn)風電機組并網，需要經全功率 ACDCAC 變流器以保證機電壓的幅值、相位、頻率、相序與電網保持一致。 由于不需要齒輪箱，直驅型風電系統(tǒng)機組巨大的發(fā)展空間逐漸展現(xiàn)出來了。通過控制轉差功率，發(fā)電機可在次同步、同步、超同步三種工況下運行，同時，電機也有較寬的轉速調節(jié)范圍和較強的網側功率控制能力。為了使機械轉速保持不變，風力同樣會在風機主軸、齒輪箱、電機等部件上產生巨大的機械應力，這些都會減短風機的使用壽命。 正是因為風力發(fā)電具有如此多的優(yōu)點，歐美各國早就重視風能的發(fā)展，他們通過立法或實行各種優(yōu)惠政策積極激勵、扶持和推進風力發(fā)電的發(fā)展。目前，大中型風力發(fā)電機組的可靠性從 20世紀 80 年代的 50%提高到98%，超過了火力發(fā)電，而且機組壽命也超過了 20 年。 從人類長遠的發(fā)展來看，走可 持續(xù)的發(fā)展道路，大力開發(fā)利用新能源、發(fā)展可再生能源，已經成為人類社會發(fā)展的一項重大戰(zhàn)略舉措。 directdrive synchronous wind power system。 本科生畢業(yè)設計說明書 題 目： 2MW 直驅式風力發(fā)電控制系統(tǒng)研究 畢業(yè)設計 說明書 I 2MW直驅式風力發(fā)電機控制系統(tǒng)研究 摘 要 本文首先對風力發(fā)電的現(xiàn)狀以及前景展望作了簡要的介紹，并主要對 2MW 直驅式風力發(fā)電機的變流電路作了詳細的分析。 current circuit?？稍偕茉粗饕刑柲?、水能、風能、海洋能、氫能、地熱能以及核能等。 ⑶運行維護簡單。最近這些年，風力發(fā)電在亞洲國家以及其他地區(qū)國家發(fā)展 非常迅速。在并網運行時，將會給穩(wěn)定運行的電力系統(tǒng)帶來潛在的影響。一般，在雙饋風力發(fā)電機組中，選取的變流器通常是部分功率變流器。目前，永磁直驅風電機組的裝機容量約占風電裝機總容量的十分之一，這個比例仍在不斷提高。 直驅式風力發(fā)電系統(tǒng)具有如下特點 [7][8]： ⑴風力機直接驅動低速永磁同步交流電機，電機轉速范圍與風力機轉速很好地匹配，無增速齒輪箱，機組結構得到簡化，減少發(fā)電機的維護工作并降低噪聲污染 ，而且切入風速較低，低風速時具有更高的效率。具體發(fā)展趨勢主要畢業(yè)設計 說明書 5 有以下幾個方面： ⑴風力發(fā)電機組單機容量不斷增長 國際上 3MW以上的變速變槳距風電機組己經研發(fā)出來了， 5 MW 的風電機組正在試驗運行當中。目前，變槳距調節(jié)方式在兆瓦級以上的風電機組中應用比較普遍。國外對海上風力發(fā)電機場的建設做了很多工作，并開發(fā)出了海上風能資源測試設備和海上風電場的安裝平臺。在累計裝機排名中，中 國以微弱的優(yōu)勢超過德國，排在了第二位，但與第一名的美國差距還很大。華銳、金風、東汽和 Suzlon等一批新興企業(yè)，在世界風電市場的競爭中開始嶄露頭角盡管在全世界累計市場份額僅有 %，然而在 2021 年這一年的新增市場份額中已占據(jù) 30%以上。自 2021 年以來，國家連續(xù)推行風電特許權招標這一項目，正確采取了政府支持和市場機制相結合的方式，有力地促進了風電事業(yè)的發(fā)展。國家發(fā)改委、財政部、國家能源 局等政府部門還研究制定了有關配套政策，支持包括風電在內的可再生能源的發(fā)展。 風力機：它是將風能轉換成機械能的裝置，包括槳葉、輪 轂 ，傳動軸等，其輸出的畢業(yè)設計 說明書 12 機械能通過傳動裝置傳送給發(fā)電機，永磁同步發(fā)電機將機械能轉化成電能的裝置，主要包括定子和轉子部分。手動偏航就是通過人為控制實現(xiàn)對風的操作；側風操作就是為了避免風速過大對風力機造成損壞而設置的操作，也即是當風速超過限定風速時，步進電機旋轉使得槳葉掃掠面與風向平行，這樣風力機受的風力就很小了；解纜操作就是在對風過程中，假如風力機的轉動方向始終朝一個方向，勢必會造成電纜的過度纏繞，甚至扯斷電纜，為了避免這種情況發(fā)生，當風力機朝一個方向旋轉規(guī)定圈數(shù)后，它會朝反方向旋轉若干圈從而保證了電纜的安全性。 傳動系統(tǒng)數(shù)學模型為： J BTTdd mewt ?? ??? （ 25） 其中， J 為機組的等效轉動慣量，mB為轉動粘滯系數(shù)， Te為電磁轉矩， ω為發(fā)電機轉速。 漸變風： 漸變風用來描述風速的 漸變特性。此外，假定氣流經過整個掃風面是均勻的，氣流通過風輪前后的速度方向為軸向。所以，風力機實際能得到的功率為： SvCP pm ?? （ 221） 定變槳距發(fā)電機組和槳距角控制模型 風力發(fā)電機組經歷了由定槳距到變槳距最后到變速的不斷升級換代的發(fā)展過程。風力發(fā)電機組的液壓系統(tǒng)不再是簡單的執(zhí)行機構，作為變槳距系統(tǒng)，它自身已組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用了液壓比例閥或電液伺服閥，使控制系統(tǒng)的水平提高到一個新的階段。 圖 槳距角控制環(huán)節(jié) 由式? ? ?????? /, 23 CpW RT ?可知，槳距角的大小直接影響著pC值，在變槳距風力發(fā)電系統(tǒng)中，槳距角控制系統(tǒng)十分重要。為了提高風力機的效率，需要調節(jié)λ或 β以盡可能提高 的值。 風速不同時（12345 vvvvv ????） ，風機轉速 — 功率輸出曲線，如圖 ，風機輸出最大功率點構成了最大功率曲線。直驅型風力發(fā)電系統(tǒng)與非直驅型風力發(fā)電系統(tǒng)相比最大的進步就是省去了 增速齒輪箱，這不僅節(jié)約了成本、降低了噪聲，而且還提高了系統(tǒng)的運行可靠性，這是風力發(fā)電事業(yè)的一大進步。在風力發(fā)電機的轉速幾乎達到同步轉速，發(fā)電機的端電壓與電網電壓的幅值大致相同，并且斷路器兩端的電位差為零或者很小時，控制斷路器合閘并網；同步發(fā)電機并網后通過自整步作用牽入同步，使發(fā)電機電壓頻率與電網一致。可以在中間環(huán)節(jié)通過控制系統(tǒng)的無功和有功，以實現(xiàn)最大風能的利用和最大功率的跟蹤。為了使電網電壓的頻率和幅值恒定，可以通過調節(jié) PWM 逆變器實現(xiàn)。 圖 不控整流 +直流側電壓穩(wěn)定的 PWM 的電壓源型 從圖 可以看出，整個系統(tǒng)增加了一級 Boost 電路將直流輸入電壓的等級提高。由于電壓源型逆變器在技術、成 本以及控制等方面都比電流源型逆變器具有很大的優(yōu)勢，并且實際應用的變流器以電壓源型居多，所以本文主要對電壓源逆變器進行研究。 圖 不控整流 +升壓斬波 +PWM 逆變型變流電路 在這種變流電路的拓 撲結構中，由于中間有升壓斬波的存在，所以對發(fā)電機輸出的電壓沒有嚴格的要求，這樣風力機就可以在低風速環(huán)境下工作，拓寬了風力機的工作范圍；在整流環(huán)節(jié)由于采用的是二極管不控整流，省去了控制方案并且成本也比較低；和其他變流方案相比這種變流方案整體的控制相對比較簡單。因此它在低風速和高風速下都能使用，拓展了其使用的范圍?；谕瑯拥脑?，在逆變環(huán)節(jié)采用兩個 SPWM 并聯(lián)的形式，以減少每個 IGBT 上通過的電流大小，這種連接方式結合一定的控制方法還能防止逆變器上環(huán)流問題的產生。此時電容上的電壓降 ud按指數(shù)規(guī)律下降 。 升壓斬波電路以及恒壓輸出原理 Boost 電路工作原理、參數(shù)的設計以及模塊的并聯(lián)技術 ⑴ Boost 電路工作原理 升壓斬波電路的原理圖如圖 所示。假設輸入的為無畸變的正弦波電壓，即電流諧波在一個周期內的波形為零，所以電流的基波的輸入無功功率為零，全部為有功功率，其值可以表示為： 1cos ???? SSAC IVP （ 35） 其中 1?為位移角，是輸入電壓與 電流基波分量之間的夾角。 整流部分的電路的工作原理 ⑴ 整流電路工作原理 圖 三相橋式不控整流電路 畢業(yè)設計 說明書 31 在圖 中，當其中的一對二極管導通時，輸出的直流電等于交流側線電壓中最大的一個，這個線電壓向負載供電的同時