【正文】 數(shù)量為 1個 。 圖 311 風(fēng)輪機輸入?yún)?shù) 齒輪箱 速比控制模型 齒輪箱的功能是把風(fēng)輪機輸入的低轉(zhuǎn)速變成高轉(zhuǎn)速輸出給發(fā)電機，其轉(zhuǎn)速比也是指齒輪的變比，即低速齒輪與高速。 （ 5）綜合風(fēng)速表達式 wv 綜合風(fēng)速表達式即是對前面的四個分量風(fēng) 速 表達式 的 求和，其表達式如下 wNwRwGww vvvvv ???? B （ 36） 風(fēng)速模型的建立 VwESW i n d S o u r c eG u s tM e a nR a m pN o i s e Vw 圖 34 綜合風(fēng)速模型 （ 1） 外部風(fēng)速輸入控制 模型參數(shù) 外部風(fēng)速輸入控制模型 （如圖 35 所示） 是調(diào)節(jié)外加風(fēng)速的模型，它可以隨意調(diào)節(jié)切入風(fēng)速的大小。 （ 1）基本風(fēng) wBV 基本風(fēng) 可以由風(fēng)電場測量所得的威布爾 分布參數(shù)近似確定 )/11( KAv wB ???? （ 31） 式中 A K? —— 表示威布爾分布尺度參數(shù)和形狀參數(shù) ； )(?? —— 伽馬函數(shù) 。 （ 2） 槳距角控制功率的參照量（ Pref）模型 以發(fā)電機的額定功率作為控制系統(tǒng)功率輸入的參照量，由實際值與其進行比較，根據(jù)所得值的大小可以判斷功率輸出是否穩(wěn)定，從而可以通過改變槳距角進行功率調(diào)節(jié)。 （ 4）時鐘脈沖 CNT 控制參數(shù)：時鐘脈沖控制是由一個時間信號模型與一個單信號輸入比較儀組成，其功能是當(dāng)輸入時間信號低于所設(shè)域值時，輸出 Low output level 通道所設(shè)值，當(dāng)輸入時間信號高于所設(shè)域值時，輸出 High output level 通道所設(shè)值。當(dāng)風(fēng)速變大時，風(fēng)輪及發(fā)電機上的轉(zhuǎn)速上升，即發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率 S 增大，只要改變發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電阻即可保持輸出功率不變。當(dāng)功率變化即轉(zhuǎn)子電流變化時， PI 調(diào)節(jié)器迅速調(diào)整轉(zhuǎn)子電阻，使轉(zhuǎn)子電流跟蹤給定值，如果從主控制器傳出的電流給定值是恒定的，它將保持轉(zhuǎn)子電流恒定，從而使功率輸出保持不變。通過對發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流的控制來迅速改變發(fā)電機的轉(zhuǎn)差率，從而改變風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，吸收由于瞬變XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 30 風(fēng)速引起的功率波動。如圖 211 所示，速度控制器 B受發(fā)電機轉(zhuǎn)速和風(fēng)速的雙重控制。10 minr 內(nèi)持續(xù) 1s發(fā)電機將切入電網(wǎng)。如圖 28 所示，XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 28 當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組并入電網(wǎng)前，由速度控制器 A 給出；當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組并入電網(wǎng)后由速度控制 B 給出。在傳統(tǒng)的變槳距控制方式中，將轉(zhuǎn)速控制切換為功率控制，變距系統(tǒng)開始根據(jù)發(fā)電機的功率信號進行控制。 （ 1） 起動狀態(tài) 變槳距風(fēng)輪的槳葉在靜止時，節(jié)距角為 90176?？刂?Rf 的值以使 Ef 等于電網(wǎng)頻率。 變速風(fēng)力發(fā)電機的控制策略 [9] XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 26 上面 的風(fēng)輪機 直接由追求 PC 值 最優(yōu)進入功率最大 的 限制 ， 調(diào)整的范圍和靈敏度很 有限。因而 ， 變槳距 風(fēng)輪機 的起動風(fēng)速較 定槳距 風(fēng)輪機 低 ， 但對功率的貢獻沒有意義 ； 停機時對傳動機械的沖擊應(yīng)力相對緩和。在大小發(fā)電機軟切換控制過 程中必須慎重處理。對于定槳 距 系統(tǒng) ， 發(fā)電機正常工作 的 滑差小于 1%， 允許滑差 范圍一般在 5%以內(nèi) ， 而風(fēng)速的變化范圍卻很大。 如 圖 24所示 是理想 風(fēng)輪機的功率曲線。風(fēng)輪機的特性通常用 風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率 Cp尖速比 λ 曲XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 23 線來表示 ， 圖 22 是一條典型的 Cp? 曲線。當(dāng)風(fēng)速較低時，風(fēng)輪轉(zhuǎn)差調(diào)到很小 (1%)，轉(zhuǎn)速在同步速附近；當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時，電機轉(zhuǎn)差 要 調(diào)整到很大（ 10%），使葉尖速比得到優(yōu)化，使功率曲線達到理想的狀態(tài)。 變槳距風(fēng)輪的葉片在靜止時節(jié)距角為 90176。起動的 第一秒內(nèi)先檢查電網(wǎng)、設(shè)置各個計算器、輸出機構(gòu)初始工作狀態(tài)及晶閘管的開通角。 ○ 8 在電網(wǎng)中斷、缺相和過電壓的情況下風(fēng)力發(fā)電機組應(yīng)停止運行此時控制系統(tǒng)不能供電。 15176。 當(dāng)風(fēng)速在 4～ 7m/s 之間切入小發(fā)電機組（小于300kW）并網(wǎng)運行當(dāng)風(fēng)速在 7～ 30m/s 之間切入大發(fā)電機組（大于 500kW）并網(wǎng)運行。 ○ 3 防雷設(shè) 施及熔絲：控制系統(tǒng)有專門設(shè)計的防雷保護裝置。 ○ 6 大風(fēng)脫網(wǎng)控制： 10 分平均風(fēng)速大于 25m/s 時→超速、過載→脫網(wǎng)停機→氣動剎車→偏航控制（ 90 度）→功率 下降后脫網(wǎng)→剎機械閘→安全停機→風(fēng)速回到工作風(fēng)速區(qū)后→恢復(fù)自動對風(fēng)→轉(zhuǎn)速上升后→自動并網(wǎng)運動。 ○ 3 控制功能和控制參數(shù) 節(jié)距限制、功率限制、風(fēng)輪 轉(zhuǎn)速、電氣負荷的連接、起動和停機過程、電網(wǎng)或負荷丟失時的停機、扭 纜 的 限制、機艙對風(fēng)、運行時電量和溫度 的限制。 ○11 風(fēng)力發(fā)電機的全效率 風(fēng)力發(fā)電機的全效率為風(fēng)輪葉片接受風(fēng)能的效率 1? 、增速器的效率 2? 、發(fā)電機的效率 3? 、傳動系統(tǒng)效率 3? 等的積 4321 ????? ???? (125) XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 17 第二章 風(fēng)力發(fā)電控制 系統(tǒng) 模型的建立 風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)工作的安全可靠性已成為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能否發(fā)揮作用，甚至成為風(fēng)電場長期安全可靠運行的重大問題。 ○ 5 額定功率因數(shù) 發(fā)電機在 額定運行時其有功功率與視在功率的比值用以下公式來表示 SP/cos ?? (123) P 為有功功率 KW， S 為視在功率 KVA， cos 與負載性質(zhì)有關(guān)。 ○ 2 發(fā)電機額定功率 發(fā)電機的額定功率是發(fā)電機在額定功率因數(shù)下連續(xù)運行而輸出的功率它是由用戶 提出或由不同的使用目的而確定的。 異步機是利用電磁感應(yīng)原理通過定子的三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并與轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩以進行能量轉(zhuǎn)換。這一缺點可以通過在發(fā)電機端并聯(lián)電容器來改善。貝茨理論說明理想的風(fēng)能對風(fēng)輪葉片做功的最高效率是 ％。貝茨理論的建立依據(jù)的假設(shè)條件是假定風(fēng)輪是理想的，能全部接受風(fēng)能并且沒有輪轂，葉片是無限多 ， 對 氣流沒有任何阻力。自我故障診斷及微機終端故障輸出需維修的故障，由維修人員維修后給微機以指令，微機再執(zhí)行自動控制程序。 （ 8）調(diào)速裝置 風(fēng)速是變化的，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速也會隨風(fēng)速的變化而變化。 大型風(fēng)電機（ 100150 千瓦）通常產(chǎn)生 690伏特的三相交流電。 主軸也稱低速軸， 將轉(zhuǎn)子軸心與齒輪箱連接在一起 ， 由于承受的扭矩較大，其轉(zhuǎn)速一般小于 50r/min，一般由 40Cr 或其他高強度合金鋼制成。 XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 9 水平軸風(fēng)力發(fā)電機的結(jié)構(gòu) 大中型風(fēng)力發(fā)電機組是由葉片、輪轂、主軸、增速齒輪箱、調(diào)向機構(gòu)、發(fā)電機、塔架、控制系統(tǒng)及附屬部件（機艙機座回轉(zhuǎn)體制動器等）組成的。風(fēng)輪機的類型很多通常將其分為水平軸風(fēng)輪機垂直軸風(fēng)輪機和特殊 風(fēng)輪機三大類。一般以草地上空 10m高 處 的 10min 內(nèi)風(fēng)速的平均值為參考。大氣的流動也像水流一樣 ， 是從壓力高處往壓力低處流 ， 太陽能正是形成大氣壓差的原因。我國由于中大型風(fēng)力發(fā)電機組全部從國外引進，造價和電價相對比火力發(fā)電高，但隨著大中型風(fēng)力發(fā)電機組實現(xiàn)國產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化，在不久的將來風(fēng)力發(fā)電的造價和電價都將低于火力發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù) ， 大約 3m/s 的 微風(fēng)速度便可以開始發(fā)電。 通過 控制系統(tǒng)保持了風(fēng)力發(fā)電機組的安全可靠運行， 并 實現(xiàn)了穩(wěn)定 機組輸出功率和優(yōu)化功率曲線的控制 功能 。 可以說，對風(fēng)力發(fā)電的研究和進行這方面的畢業(yè)設(shè)計對我們從事風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的同學(xué)是有著十分重大的理論和現(xiàn)實意義的，也是十分有必要的。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 1 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。由能源問題引發(fā)的危機以及日益突出的環(huán)境問題，使人們認識到開發(fā)清潔的可再生能 源是保護生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的客觀需要。 本篇論文主要介紹了風(fēng)力發(fā)電機組的基本控制要求和控制策略 ,在變槳距風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)仿真方面作了初步的探究和 研究 。 風(fēng)力發(fā)電 的原理是利用風(fēng)帶動風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn) ， 再 通 過增速 器 將旋轉(zhuǎn)的速度提 高 來促使發(fā)電機發(fā)電 的 。 （ 5）造價低 從國外建成的風(fēng)電場看，單位千瓦造價和單位千瓦時電價都低于火力發(fā)電，和常規(guī)能源發(fā)電相比具有競爭力。風(fēng)就是水平運動的空氣 ， 空氣運動主要是由于地球上各緯度所接受的太陽輻射強度不同而形成的。 風(fēng)速是指某一高度連續(xù) 10min 所測得各瞬時風(fēng)速的平均值。在風(fēng)速 V 的概率分布 p(V)知道后 ， 平均風(fēng)能密度還可根據(jù)下式求得 30. 5 ( )V P V dV??? （ 12） 風(fēng)輪機 的 理論 [4] 風(fēng)輪機又稱 為 風(fēng)車 ， 是一種將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機械能、電能或熱能的能量轉(zhuǎn)換裝置。 在本文中以后不做 特殊 說明時所指的風(fēng)力發(fā)電機組即為大中型的水平軸風(fēng)力發(fā)電機組。輪轂一般由鑄鋼或鋼板焊接而成，其中不允許有夾渣、砂眼、裂紋等缺陷，并按槳葉可承受的最大離心力載荷來設(shè)計。 發(fā)電機的性能好壞直接影響整機效率和可靠性。塔架有型鋼架結(jié)構(gòu)的，有圓錐型鋼管和鋼筋混凝土的等三種形式， 風(fēng)電機塔載有機艙及轉(zhuǎn)子。 （ 10）風(fēng)力發(fā)電機微機控制系統(tǒng) [11] 風(fēng)力發(fā)電機的微機控制屬于離散型控制 ，是將風(fēng)向標(biāo)、風(fēng)速計、風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、發(fā)電機電壓、頻率、電流、發(fā)電機溫升、增速器溫升、機艙振動、塔架振動、電纜過纏繞、電網(wǎng)電壓、電流、頻率等傳感器的信號經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換，輸送給單片機再按設(shè)計程序給出各種指令實現(xiàn)自動啟動、自動調(diào)向、自動調(diào)速、自動并網(wǎng)、自動解列、運行中機組故障的自動停機、自動電纜解繞、過振動停機、過大風(fēng)停機等的自動控制。貝茨 (Betz)建立的。 風(fēng)作用在葉片上的力由歐拉定理求得 )()( 2121 vvmvvsvF ???? ? (16) 式中 ?—— 空氣當(dāng)時的密度 風(fēng)輪所接受的功率為 )( 212 vvsvFvP ??? ? (17) 所以經(jīng)過風(fēng)輪葉片的風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化 )(21)(21 22212221 vvmvvsvT ????? ? (18) 式中 sv? —— 空氣質(zhì)量 TP ?? (19) XX 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 13 2 21 vvv ??? (110) 因此 ， 風(fēng)作用在風(fēng)輪葉片上的力 F 和風(fēng)輪輸出的功率 P 分別為 )(21 2221 vvsF ?? ? (111) ))((41212221 vvvvsP ??? ? (112) 風(fēng)速 1V 是給定的， P 的大小取決于 2V ， P 是 2V 的函數(shù)，對 P 微 分求最大值得 )32(41 2221212 vvvvsdvdP ??? ? (113) 令其等于 0，求解方程得 12 31vv ? (114) 3131m a x 271621278 svsvP ?? ??? (115) 16/27=0． 593， PC 稱作貝茨功率系數(shù) PCsvP 31m a x 21 ?? (116) 而 3121 sv?正是風(fēng)速為 1V 的風(fēng)能 T ，故 pTCP ?max (117) PC =0． 593，說明風(fēng)吹在葉片上，葉片上所能獲得的最大功率 maxP 為風(fēng)吹過葉片掃掠面積 S 的風(fēng)能的 59． 3％。 使用異步機作為風(fēng)力發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)的優(yōu)點是：發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡單成本低并網(wǎng)控制容易 ， 缺點是要從電網(wǎng)吸收無功功率以提供自身的勵磁。異步機的定子與同步機基本相 同，其轉(zhuǎn)子可分為繞線式和鼠籠式，繞線式異步機的轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組相同，鼠籠式異步機的轉(zhuǎn)子繞組是由端部短接的銅條或鑄鋁制成像鼠籠一樣。它是由葉尖速比及發(fā)電機功率決定的參數(shù)。 ○ 4 發(fā)電機額定電壓 發(fā)電機額定運行時 電壓為 定子或轉(zhuǎn)子輸出的電壓 ， 單位為 V。 ○10 同步轉(zhuǎn)速 對于額定頻率為 f 的交流發(fā)電機其同步轉(zhuǎn)速 pfn /60? (124) 式中 p—— 發(fā)電機的極對數(shù) ； n —— 同步轉(zhuǎn)速 r/min。