【正文】 法。 變速恒頻發(fā)電機系統這是20世紀70年代中期以后逐漸發(fā)展起來的一種新型風力發(fā)電系統，其主要優(yōu)點在于風輪以變速運行，可以在很寬的風速范圍內保持近乎恒定的最佳葉尖速比，從而提高了風力機的運行效率，從風中獲取的能量可以比恒速風力機高得多。它的定子鐵心和定子繞組的結構與同步發(fā)電機相同。其輸出聯接到鄰近的三相電網或輸配電線。 3) 穩(wěn)定可靠地同電網、柴油發(fā)電機及其他發(fā)電裝置或儲能系統聯合運行，為用戶提供穩(wěn)定的電能。此外，發(fā)展海上風電場也成為新的大型風力發(fā)電機組的應用領域而受到重視。在中、大型風電機組的設計中，采用了更高的塔架以捕捉更多的風能。例如，單機容量不斷增大，槳葉的長度也在不斷增長，容量為2MW的風力機葉輪掃風直徑達72m。1983年在山東榮城引進3臺丹麥55KW風力發(fā)電機組，開始并網風力發(fā)電技術的試驗和示范。到20世紀90年代，單機容量為100～200KW的機組已在中型和大型風電場中成為主導機型。另外，在一些國家（如歐盟國家）中，風能開發(fā)利用已經成為熱點問題，得到了公眾的支持。一個國家如果開發(fā)利用風能技術早，就有可能占據風能利用的技術和市場優(yōu)勢。人們開始認識到，無限制地開采煤炭、石油、天然氣等化石能源，終有資源枯竭的一天。下面將主要從經濟、環(huán)境、社會和技術進步四方面來介紹風能開發(fā)利用的動因。如果用電網延伸的方法，農牧戶承擔的成本高于8元/KW。風能的開發(fā)利用可以減少對國外能源的依賴，并加強本國的能源供應安全水平，國內的化石能源價格變化較小，社會經濟穩(wěn)定性也因此而增強。風能在能源轉化工程中不會產生任何排放量，因此除了不產生煙塵、二氧化硫等區(qū)域性污染外，也不會帶來全球環(huán)境污染。安裝于夏威夷群島的瓦胡島上。 中國風力發(fā)電現狀[13]中國風力發(fā)電起步較晚，但發(fā)展較快。 風力發(fā)電展望風力發(fā)電技術目前還在不斷發(fā)展，主要體現在單機容量不斷增大上。對葉型的進一步改進，增強了風力機捕捉風能的效率。其運行維護費用也較低。因此，研制和選用適合于風電轉換用的運行可靠、效率高、控制及供電性能好的發(fā)電機系統，是風力發(fā)電工作的一個重要組成部分。即同步發(fā)電機和鼠籠型感應發(fā)電機。同步發(fā)電機的缺點是它的結構以及控制系統比較復雜，成本相對于感應發(fā)電機也比較高。在并網運行時，感應發(fā)電機一方面向電網輸出有功功率，另一方面又必須從電網吸收落后的無功功率。主要效果是比以單一轉速的風電機組有較高的年發(fā)電量，因為它能在一定的風速范圍內運行于最佳葉尖速比附近。它的價格當然也比通常的單速電機貴。這些方法雖然可以得到連續(xù)的變速運行，但都存在這樣或那樣的缺點和問題，在實際應用中難以推廣。通過并聯橋式整流器整流，然后通過可控硅開關電路，將波形的一半反向，最后經濾波器濾波，即得到與發(fā)電機轉速無關頻率為的恒頻正弦波輸出。磁場調制發(fā)電機系統用的高頻發(fā)電機的轉速較高，而風輪轉速較低，故系統需要速比較大的增速器，也提高了系統的成本。這種系統中的發(fā)電機可以超同步運行（轉子旋轉磁場方向與機械旋轉方向相同，n1為負），也可以次同步速運行（轉子旋轉磁場方向與機械旋轉方向相同，為正）。可以通過適當的控制，使風力機的尖速比處于或接近最佳值，從而可以最大限度地利用風能。 變速恒頻風力發(fā)電系統的結構變速恒頻風力發(fā)系統以變速恒頻為核心,系統結構包括：風能機、齒輪箱、異步發(fā)電機、整流裝置、儲能裝置、控制系統六部分組成。還有該系統中的換向操作簡單容易，換向損耗小，系統效率較高。 齒輪箱 齒輪箱是風輪機和風力發(fā)電機之間的傳動機構,屬于機械部分,它的作用是風能機轉動通過齒輪箱的傳動而使發(fā)電機轉動起來。第三，電壓和頻率的動態(tài)控制使電機勵磁能跟蹤風速變化，因此可以降低機械傳動的能量損耗。這個特征在速度高于電機額定轉速時損失了風能，也就是說，該系統是作為恒頻風能轉換系統運行的。但由于SCR的應用的衰退，也由于網側諧波嚴重，SCR交交變頻電路將被逆變電路所取代；而且，轉子側接交交變頻器時，檢測、控制轉差頻率的電流存在一定的困難，采用上述串級系統就可以解決這個問題。換言之，就是建立氣隙磁通的激磁電流，部分或全部由轉子電壓產生。另外，直流側的整流電壓與逆變電勢的瞬時值不相等，還會引起逆變器的提前短路，形成環(huán)流。單相全波可控整流電路中只用2個晶閘管，比單相全控橋式可控整流電路少2個，相應地，晶閘管的門極驅動電路也少2個；但是在單相全波可控整流電路中，晶閘管承受的最大電壓為，是單相全控橋式整流電路的2倍。在可工作的半波內，截去正弦曲線的前一部分，這部分所占角度稱為截止角，導通的正弦曲線的后一部分稱為導通角，靠調導通角的大小，達到調整輸出電壓和穩(wěn)定輸出電壓的目的。直流變換器是指直流電壓供電，經開關電路，將直流變成交流，因與整流作用相反，因此通常稱為逆變器。2) 高頻鏈逆變技術逆變出交流220V電壓這種方法因為使用高頻變壓器，因此體積小、重量輕、成本也低。 儲能裝置一般的風力發(fā)電系統可采用電池儲能裝置給風力發(fā)電機儲能，系統()所示。鋰離子電池：工作電壓高，比能量大，充電速度快等優(yōu)點，安全性好，循環(huán)壽命長，但價格按貴。到90年代已被應用于風力發(fā)電系統,然而迄今為止僅用于孤島型的風力發(fā)電系統。考慮到風力發(fā)電機組的特殊性，按重要性的順序，控制器應依次滿足以下要求：1) 風能轉換系統是穩(wěn)定的；2) 運行過程中，在各種不確定的的因素如陣風、剪切風、負載變化作用下具有魯棒性；3) 控制代價?。磳Σ煌斎胄盘柕姆涤幸欢ㄏ拗疲缯{向的時問等；4) 最大限度地將風能轉換為電能，即在額定風速以下，可能使發(fā)電機在每一種風速時，輸出的電功率達到最大，額定風速以上時則保持輸出電功率為常量；5) 風力發(fā)電機輸出的電功率保持恒壓恒頻，有較高的電能品質質量。另外，在有的方案中發(fā)電機的全部功率通過變頻器進行轉換，而有的方案只有部分功率通過變頻器進行轉換。風力發(fā)電機組控制目標通常有很多項，控制方法多種多樣，但目前亟待解決的兩個核心問題是：風能的最大捕獲以提高風能轉換效率以及改善電能質量問題為實現最大風能捕獲，風力機有三種典型的運行狀態(tài)：1) 低風速段實行變速運行，可保持一個恒定的風能利用系數值，根據風速變化控制風力機轉速，使葉尖速比不變，直到轉速達到極限；2) 轉速達到極限后，風速進一步加大時．按恒定轉速控制風力機運行，直到輸出最大功率，此時的風能利用系數 不一定是最大值；3) 超過額定風速時，輸出功率達到極限，按恒功率輸出調節(jié)風力機。在最優(yōu)控制中，性能指標的選取直接表明了設計者的控制目的．若選時間，則為時間最優(yōu)；若選狀態(tài)，則為狀態(tài)最優(yōu)；若選擇控制，則為能量最優(yōu)；若選擇諧波損耗，則為諧波損耗最優(yōu)控制?？紤]到磁路的飽和問題，給出相應電流控制方法，導出最優(yōu)鐵損耗的狀態(tài)方程，仿真表明此方法可使低風速時風能捕獲效率提高6％。對于永磁電機風電系統，以槳距角和葉尖速比為自變量，采用適于非線性尋優(yōu)的單純形加速法給定不同風速下的最佳風輪轉速_，控制反饋到電網的電流來控制直流側電壓，調節(jié)電機轉速，實現最大風能捕獲?？刂品椒ú煌^在不同方向上的運動模式也不同。應用最優(yōu)和傳統控制器在風能轉換系統中，重點是為一階傳動鏈模式提供阻尼，控制中使用了槳距控制環(huán)和發(fā)電機勵磁電壓控制環(huán)：傳統控制器包括一個電功率的 PI 環(huán)及一個軸速度的 P 環(huán)，發(fā)電機使用傳統的 AVR。風電系統不但要求最大風能捕獲，還要求有平穩(wěn)的力矩傳遞動態(tài)，而最佳葉尖速比跟蹤必須根據風速調節(jié)風機轉速，導致在力矩傳動鏈中產生大的力矩振蕩：采用一類 LQG 方法，用二次型性能指標函數來優(yōu)化對風能捕獲和傳動鏈負載限制要求，與線性控制方法對比：線性控制器因采用恒值參考速度以及非線性化空氣動力特性的引入，力矩的動態(tài)特性不好；而 LQG 非線性控制器在風速變化時，首先減小發(fā)電機力矩，使轉速快速響應風速變化，直至力矩達到新的平衡點，可實現速度的快速響應，減小力矩波動。當電網容量足夠大時，電網電壓和頻率均與異步發(fā)電機的轉速無關。小型感應電機通常采用半閉口槽和有高強度漆包線繞成的單層繞組，線圈與鐵心之間墊有槽絕緣。轉子繞組分為籠形和繞線形兩種。 風力發(fā)電機的原理風力發(fā)電機是利用電磁感應原理，通過定子的三相電流產生旋轉磁場，并與轉子繞組中的感應電流相互產生電磁轉矩，以進行能量轉換。此時電機從電網輸入功率，通過電磁感應，由轉子輸出機械功率，電機處于電動機狀態(tài)。 三相異步發(fā)電機的電磁設計 三相異步發(fā)電機電磁設計的特點異步發(fā)電機與其他發(fā)電機相比具有一些突出的有點：不像直流發(fā)電機和同步發(fā)電機那樣，需要直流電源勵磁，并且結構簡單、體積小、無刷（指鼠籠式），這樣運行可靠；如與電網并聯，過程非常簡單，易于控制，只要將轉子驅動到盡量接近同步轉速，即可并入電網吸收滯后的無功電電流來激磁。其他電機如同步電機、直流電機的兩種狀態(tài)都有較廣泛的應用，已有專門的分析方法。以上兩種情況都使異步發(fā)電機運行成本增加。以下所述內容均基于上海電器科學研制所出版的《中小型三相異步電動機電磁計算程序》 1) 滿載電勢系數1ee取值范圍不同，~，而異步發(fā)電機的要大得多，~1之間；2) 異步電動機中1ee=1( +)，由于異步發(fā)電機中與之間的夾角大于90176。 65. 轉子電阻 導條電阻折算值 ＝ 式中 是疊部整齊造成導條電阻增加的系數，鑄鋁轉子=. 為電阻率——對級絕緣鑄鋁為。然而，經過兩周多地大量閱讀參考資料、復習專業(yè)書、多次請教老師和同學以后，逐漸對課題內容有了較深的認識，從而基本上掌握了風力發(fā)電機的工作原理，設計思路，以及設計時應注意的各種問題和解決問題的方法。自學能力有了大大的提高，為我以后的工作奠定了基礎。經過這么久的設計雖然很累，壓力也很大。70. 空載電勢標么值 ＝＝71. 空載時定子齒磁密 ＝ T ；＝ A/cm72. 空載時轉子齒磁密 ＝ T； ＝ A/cm73. 空載時定子軛磁密 ＝ T；＝ A/cm74. 空載時轉子軛磁密 ＝ T；＝ A/cm75. 空載時氣隙磁密 ＝ T76. 空載定子齒磁壓降 ＝ A77. 空載轉子齒磁壓降 ＝ A78. 空載定子軛磁壓降 ＝ A79. 空載轉子軛磁壓降 ＝ A80. 空載氣隙磁壓降 ＝ A81. 空載總磁壓降 ＝ A82. 空載磁化電流 ＝83. 定子電流標么值 ＝= 定子電流實際值 ＝ A84. 定子電流密度 ＝ 85. 線負荷 ＝44251 A/m86. 轉子電流標么值 ＝ A轉子電流實際值 ＝ A 端環(huán)電流實際值 ＝ A87. 轉子電流密度 導條電密 ＝ 端環(huán)電密 ＝ 88. 定子電氣損耗 ＝ ＝ W89. 轉子電氣損耗 ＝ ＝ W90. 附加損耗 銅條轉子 ＝ W91. 機械損耗 可參考實際試驗值92. 定子鐵耗 （1）定子齒重量 ＝ Kg （2）定子軛重量 ＝ Kg （3）損耗系數 （查）（4）定子齒損耗 ＝ W（5）定子軛損耗 ＝ W（6）定子鐵耗 ＝ W鐵耗校正系數 （半閉口槽），（開口槽）2 （半閉口槽），（開口槽） 鐵耗標么值 ＝93. 總損耗表么值 ＝94. 輸入功率 ＝95. 效率 ＝=96. 功率因數 ＝=97. 轉差率 ＝ % ＝98. 轉速 ＝1490 r/min99. 最大轉矩 ＝結束語通過將近一個學期的畢業(yè)設計，使我學到了很多東西。4) 電動機計算鐵耗時對應于空載時的電勢=1e0，而發(fā)電機滿載時的鐵耗應對應于滿載電勢=1ee；5) 用=（1ee）/更接近發(fā)電機實際情況。發(fā)電機發(fā)熱，絕緣老化，降低發(fā)電機壽命，所以，異步發(fā)電機的滿載電勢系數取值要大得多，～。長期以來只注重異步電動機的設計和制造，而異步發(fā)電機的電磁設計和制造或是照搬異步電動機，或是用相近容量的異步電動機作為異步電機來使用，通過以下的分析可知這種簡單的照搬是不恰當的。異步發(fā)電機的激磁電流比較大，一般中大型異步電機的＝（20～30）％，而大型同步發(fā)電機的激磁容量常不到額定容量的1%.而對自激異步發(fā)電機來說，它所需要的激磁電流有并聯的電容來提供，按從傳統的方法使并聯價格較高且較笨重的電力電容器。此時轉子導體中的感應電動勢以及電流的有功分量將與電動機狀態(tài)時相反，因此電磁轉矩的方向將與旋轉磁場和轉子轉向兩者相反，即電磁轉矩為制動性質的轉矩。旋轉磁場的轉速ns子轉速n之差稱為轉差，轉差Δn與同步轉速ns的比值為轉差率，用s表示，即：S= （）轉差率是表征異步電機運行狀態(tài)的一個基本變量。為節(jié)約用銅和提高生產率，小型籠形電機一般都用鑄鋁轉子；對中，大型電機，由于鑄鋁質量不易保證固用銅條插入轉子槽內，再在兩端焊端環(huán)的結構。中型感應電機通常采用半開口槽。另外它的低耗，高可靠性，無需勵磁裝置和電刷，結構簡單尺寸小，堅固耐用，基本上無需維修，它已成為風力及其它發(fā)電系統的最理想設備。最優(yōu)控制技術是所有先進控制技術中在風力發(fā)電系統中應用最早、相對比較成熟的控制方法。此類 MIMO 方案可獲得更平穩(wěn)的槳距調整過程，在硬件兼容的基礎上，傳統方案也是可行的。最常見的兩種功率控制方法是槳距調節(jié)和發(fā)電機的電磁制動轉矩控制。試驗結果證明了控制策略的可行性。轉子回路中接有兩個背靠背的變頻器，目的是通過最小化電氣損耗獲得系統全局最大效率，實現最大風能捕獲的最佳速度跟蹤，電機功率因