【正文】 “√”）指導教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日評閱教師評閱書評閱教師評價：一、論文（設計）質量論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格二、論文（設計）水平論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格建議成績：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格（在所選等級前的□內畫“√”）評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章）年 月 日XX本科畢業(yè)設計說明書教研室（或答辯小組）及教學系意見教研室（或答辯小組）評價：一、答辯過程畢業(yè)論文（設計）的基本要點和見解的敘述情況□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格對答辯問題的反應、理解、表達情況□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格學生答辯過程中的精神狀態(tài)□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格二、論文（設計）質量論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格三、論文（設計）水平論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格評定成績：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格（在所選等級前的□內畫“√”）教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名）年 月 日教學系意見：系主任： （簽名）年 月 日第一章 風力發(fā)電系統(tǒng)的基本原理 風力發(fā)電的基本原理 風力發(fā)電的基本原理風能具有一定的動能，通過風輪機將風能轉化為機械能，拖動發(fā)電機發(fā)電。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權說明本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热?。利用控制系統(tǒng)使風力發(fā)電系統(tǒng)在規(guī)定的時間內不出故障或少出故障，并在出故障之后能夠以最快的速度修復系統(tǒng)使之恢復正常工作。風力發(fā)電起源于20世紀70年代，技術成熟于80年代，自90年代以來風力發(fā)電進入了大發(fā)展階段。隨著風力發(fā)電容量的不斷增大，控制方式從基本單一的定槳距失速控制向全槳葉變距控制和變速控制發(fā)展。本篇論文主要是通過PSCAD/EMTDC仿真軟件，建立風力發(fā)電系統(tǒng)控制模型以及完整的風力發(fā)電樣例系統(tǒng)模型，對自建的風力發(fā)電系統(tǒng)控制模型進行仿真分析，利用運行模塊進行EMTDC模擬計算，驗證風力發(fā)電系統(tǒng)控制模型的可用性，并且通過單曲線繪圖對模擬結果進行分析，并利用多曲線繪圖模塊產(chǎn)生可直接用于研究報告的模擬結果圖形。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。風力發(fā)電的原理是利用風帶動風車葉片旋轉，再通過增速器將旋轉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。風速是指某一高度連續(xù)10min所測得各瞬時風速的平均值。在風速V的概率分布p(V)知道后，平均風能密度還可根據(jù)下式求得 （12） 風輪機的理論[4]風輪機又稱為風車，是一種將風能轉換成機械能、電能或熱能的能量轉換裝置。在本文中以后不做特殊說明時所指的風力發(fā)電機組即為大中型的水平軸風力發(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。塔架有型鋼架結構的，有圓錐型鋼管和鋼筋混凝土的等三種形式，風電機塔載有機艙及轉子。 （10）風力發(fā)電機微機控制系統(tǒng)[11]風力發(fā)電機的微機控制屬于離散型控制，是將風向標、風速計、風輪轉速、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轉換，輸送給單片機再按設計程序給出各種指令實現(xiàn)自動啟動、自動調向、自動調速、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、過大風停機等的自動控制。貝茨(Betz)建立的。風作用在葉片上的力由歐拉定理求得 (16)式中 ——空氣當時的密度風輪所接受的功率為 (17)所以經(jīng)過風輪葉片的風的動能轉化 (18)式中 ——空氣質量 (19) (110)因此，風作用在風輪葉片上的力F和風輪輸出的功率P分別為 (111) (112)風速是給定的，的大小取決于，是的函數(shù)，對微分求最大值得 (113)令其等于0，求解方程得 (114) (115)16/27=0．593，稱作貝茨功率系數(shù) (116)而正是風速為的風能，故 (117)=0．593，說明風吹在葉片上，葉片上所能獲得的最大功率為風吹過葉片掃掠面積的風能的59．3％。使用異步機作為風力發(fā)電機與電網(wǎng)并聯(lián)的優(yōu)點是：發(fā)電機結構簡單成本低并網(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，其轉子可分為繞線式和鼠籠式，繞線式異步機的轉子繞組和定子繞組相同，鼠籠式異步機的轉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)。發(fā)電機額定電壓發(fā)電機額定運行時電壓為定子或轉子輸出的電壓，單位為V。同步轉速對于額定頻率為f 的交流發(fā)電機其同步轉速 (124)式中 ——發(fā)電機的極對數(shù)；——同步轉速r/min。變槳距失速型機組控制風速超過風力發(fā)電機組額定風速以上時，為確保風力發(fā)電機組輸出功率不再增加，導致風力發(fā)電機組過載，通過改變槳葉節(jié)距角和空氣動力學的失速特性，使葉片吸收風功率減少或者發(fā)生失速，從而控制風力發(fā)電機組的功率輸出。 安全鏈動作停機：電控制系統(tǒng)軟保護控制失敗→硬性停機→停機。過電壓、過電流保護：主電路計算機電源進線端、控制變壓器進線和有關伺服電動機的進線端均設置過電壓、過電流保護措施。（4）大于開機風速并且轉速達到并網(wǎng)轉速的條件下風力發(fā)電機組能軟切入自動并網(wǎng)保證電流沖擊小于額定電流。跟風精度范圍177。15176。起動的第一秒內先檢查電網(wǎng)、設置各個計算器、輸出機構初始工作狀態(tài)及晶閘管的開通角。這時氣流對葉片不產(chǎn)生力矩，整個葉片實際上是一塊阻尼板。（2）變距控制[7]變槳距控制系統(tǒng)實際上是一個隨動系統(tǒng)，變距控制器是一個非線性比例控制器，它可以補償比例閥的死帶和極限。尖速比可表示為 （21） 式中 為風輪機的機械轉速(rad/s)；為葉片半徑(m)；為來流的線性風速(m/s)。從理論上講風輪機組的輸出功率是無限大的，它是風速立方的函數(shù)。從的函數(shù)關系來看，難以保證在額定風速之前使值達到最大，特別是在低風速段。 變槳距風力發(fā)電機的控制策略為了盡可能提高風輪機風能轉換效率和保證風輪機輸出功率平穩(wěn)，風輪機將進行槳距調整。風機正常工作時，主要采用功率控制。從圖26可以看出，風機轉速對于功率系數(shù)影響很大。這一點與鼠籠式轉子電流頻率的結論是一致的(為電機轉差)。氣流對槳葉不產(chǎn)生轉矩，當風速達到起動風速時，槳葉向0176。功率反饋信號與額定功率進行比較，功率超過額定功率時，槳葉節(jié)距向迎風面積減少的方向轉動一個角度，反之則向迎風面積增大的方向轉動一個角度。（2）變距控制變距控制系統(tǒng)是一個隨動系統(tǒng)，如圖29所示?？刂破靼Ｒ?guī)的PD控制器和PI控制器，接著是節(jié)距角的非線性化環(huán)節(jié)，通過非線性化處理，增益隨節(jié)距角的增加而減小，以此補償由于轉子空氣動力學產(chǎn)生的非線性，因為當功率不變時，轉矩對節(jié)距角的比是隨節(jié)距角的增加而增加的。在達到額定值前，速度給定值隨功率給定值按比例增加。 （1）功率控制系統(tǒng)功率控制系統(tǒng)如圖212所示，它由兩個控制環(huán)節(jié)組成。圖213 轉子電流控制器原理圖從電磁轉矩的關系式來說明轉子電阻與發(fā)電機轉差率的關系。（2）選擇器A、B端輸入?yún)?shù)：A端輸入變量發(fā)電機轉子轉速w；B端輸入常數(shù)1。當風速達到或超過額定風速后，風力發(fā)電機組進入額定功率狀態(tài)，將轉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。其各部分的參數(shù)如下所示。（3）漸變風用于描述風速的逐漸的變化，在四個時間區(qū)段內有不同風速，漸變風變化過程如圖33所示。隨機噪聲風vwN輸入?yún)?shù)圖37 陣行風輸入?yún)?shù)圖38 漸變風輸入?yún)?shù)用于描述在指定高度風速變化的隨機噪聲風的特性是由許多諧波組成的，根據(jù)實際數(shù)據(jù)可以給出其噪聲分量數(shù)為50個，如圖39所示。(2)選擇開關StoT控制模型及參數(shù)圖314 異步發(fā)電機模型選擇開關StoT控制是用于發(fā)電機轉速控制和轉矩控制選擇的控制器，選擇開關模型是當選擇1時，異步發(fā)電機由轉子轉速控制，當選擇0時，異步發(fā)電機由輸入機械轉矩控制。 控制系統(tǒng)在樣例模型中的模擬仿真 風速模擬仿真分析（1）風速模型輸出及參數(shù)設置圖41 風速模型輸出及參數(shù)設置(2)綜合風速模型的仿真綜合風速是由基本風、陣行風、漸變風以及隨機噪聲風四種分量的風速疊加而成的,此仿真結果是在沒有外加切入風速時的結果,如圖42所示。 （2）發(fā)電機有功功率輸出及仿真結果分析異步發(fā)電機有功功率輸出及參數(shù)設置如圖48，由于異步發(fā)電機只能輸出有功功率，根據(jù)電力系統(tǒng)對異步機作為電動機狀態(tài)的有關規(guī)定，它的基本參量的正方向是按電動機狀態(tài)定義的，則有功功率輸出為負值。圖412 異步發(fā)電機轉速模擬仿真結果異步發(fā)電機轉速仿真結果分析，此時異步電機運行在電動機狀態(tài)；，則發(fā)電機的轉速開始上升，并超過發(fā)電機轉速標玄值1，異步電機此時運行在發(fā)電機狀態(tài)，之后轉速繼續(xù)上升，并逐漸趨于穩(wěn)定。(2)低壓母線和高壓母線的線電壓輸出及仿真結果分析圖420 低壓母線和高壓母線的線電壓輸出及仿真結果低壓母線和高壓母線的線電壓仿真結果分析在正常運行時,低壓母線和高壓母線電壓均從0迅速上升并均達到各自的額定值，然后一直保持穩(wěn)定。通常對轉速的控制是通過對發(fā)電機轉矩的控制來實現(xiàn)。轉速的恒定使發(fā)電機能夠正常起動，并能安全地并入到電網(wǎng)，并網(wǎng)后在額定轉速下運行。(3) 低壓母線相電流輸出及仿真結果分析并網(wǎng)前電流為0,在1s時斷路器合閘并網(wǎng)，出現(xiàn)很大的沖擊電流，其沖擊電流值達到11KA，然后又開始上升，最后趨于穩(wěn)定,。（5）發(fā)電機機械轉矩輸出及仿真結果分析異步發(fā)電機機械轉矩輸出及參數(shù)設置如圖413所示。在3s和4s分別受到陣行風和漸變風的影響，有功功率的曲線有很小的下降，然后又達到穩(wěn)定狀態(tài)。如圖42所示,在沒有外力風速的情況下，由于受隨機噪聲風的影響，風速的曲線波動很大，在3s和4s時分別又受到陣行風與漸變風的影響，波形也出現(xiàn)了相應的波動。圖315 選擇開關StoT控制模型,輸出為低水平輸出值1；, 輸出為高水平輸出值0. 輸入為自然數(shù),則輸出整數(shù) 圖316 StoT控制模型及參數(shù) 異步發(fā)電機參數(shù)