【正文】 率指令*P。 直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)中的各種變流電路 在直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，其變流技術(shù)種類繁多、方案靈活、代表了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)嶄新的發(fā)展方向。通過(guò)這個(gè)升壓環(huán)節(jié)可以解決由于 PWM 逆變器輸入電壓過(guò)低所引起的 PWM 逆變器運(yùn)行特性差的缺點(diǎn)； Boost 的主要作用是升壓和穩(wěn)壓，同時(shí)在發(fā)電機(jī)的輸出側(cè) Boost環(huán)節(jié)也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)其進(jìn)行功率因數(shù)的校正。其缺點(diǎn)是這種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電要高于并網(wǎng)電壓，所以在風(fēng)速比較低的情況下不能正常工作。 圖 2 MW 直驅(qū)式并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電變流電路 主電路的結(jié)構(gòu) 在圖 中，發(fā)電機(jī)使用永磁同步發(fā)電機(jī)，采用三相不控整流對(duì)發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電進(jìn)行整流，為了減小直流脈動(dòng)，在整流的輸出端并聯(lián)電容 1C進(jìn)行穩(wěn)壓。 ⑵ 輸入功率因數(shù) 有功功率ACP與其視在功率 S 之比為輸入的功率因數(shù)，用 PF 表示，即： SPPF AC? （ 33） SS IVS ?? （ 34） 其中，SV為總的輸入電壓；SI為總的輸入電流。假設(shè)二極管在距離線電壓為 ?角時(shí)開(kāi)始導(dǎo)通，以二極管的一對(duì)橋臂 VD1和 VD2導(dǎo)通時(shí)的時(shí)間記為零點(diǎn)。畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 29 Z源逆變器除了上述優(yōu)點(diǎn)外，也有其缺點(diǎn)，主要是 Z源控制方式比較復(fù)雜，并且這種變換器目前還處在理論研究和實(shí)驗(yàn)階段，距離實(shí)際應(yīng)用還有一段距離，所以不詳細(xì)敘述。目前比較主流的變流方案主要有以下三種類型： ⑴雙 PWM 變流電路 該電路采用 PWM 整流和 PWM 逆變的形式，即雙 PWM 變流電路。當(dāng)風(fēng)速比較低的時(shí)候，由于給逆變器輸入的電壓過(guò)低不能達(dá)到并網(wǎng)的要求，畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 26 因此必須提高逆變器的調(diào)制深度 ，當(dāng)調(diào)制深度加深以后就會(huì)使逆變器的峰值過(guò)高、運(yùn)行的效率降低以及傳導(dǎo)損耗增大等。 ⑵自同步并網(wǎng) 自動(dòng)準(zhǔn)同步并網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是合閘時(shí)沒(méi)有明顯的電流沖擊，缺點(diǎn)是控制與操作相對(duì)復(fù)雜。 在最 佳功率曲線optP上運(yùn)行的風(fēng)機(jī)將會(huì)輸出不同風(fēng)速下的最大輸出功率maxP，其值是： 3max kmP ? （ 223） 其中，? ? 2max3 pop t CRSk ????？刂茦嘟堑姆椒ㄓ泻芏啵梢酝ㄟ^(guò)測(cè)量實(shí)時(shí)風(fēng)速和功率作為輸入信號(hào)設(shè)計(jì)槳距角控制器，也可以將風(fēng)力機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與參考轉(zhuǎn)速的偏差量作為輸入信號(hào)調(diào)節(jié)槳距角。 ⑴定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其特點(diǎn) 20 世紀(jì) 80 年代中期開(kāi)始進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)的定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，主要解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)和運(yùn)行的安全性與可靠性問(wèn)題，采用了軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣動(dòng)力剎車技術(shù)、偏航與自動(dòng)解纜技術(shù)，這些都是并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組需要解決的最基木的問(wèn)題。 ??????????RWRRRrampRWRTtVTtTVTt2max2110 （ 29） 其中，? ? ? ??? RRRWRra mp TTTtVV 212max 1 ????； maxWRV為漸變風(fēng)的最大值； RT R2分別為漸變風(fēng)起始時(shí)間和終止時(shí)間。 此外，除了 偏航控制系統(tǒng)和能量管理系統(tǒng)以外，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還包括主控制系統(tǒng)、故障保護(hù)系統(tǒng)、可視化操作系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都是通過(guò)主控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的，保證了風(fēng)電系統(tǒng)安全、高效、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。根據(jù)我國(guó)《新能源產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃》，至 2020 年我國(guó)風(fēng)電總裝機(jī)容量預(yù)計(jì)達(dá)到 億 kW，將打造七個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地 —— 酒泉、哈密、蒙西、蒙東、河北、江蘇和吉林。 表 世界風(fēng)電整機(jī)裝備制造業(yè)分布 序號(hào) 企業(yè)名稱 當(dāng)年新增(MW) % 累計(jì) (MW) % 1 Vestas(丹麥 ) 4766 % 39705 % 2 GE Wind(美國(guó) ) 4741 % 22931 % 畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 9 3 華銳 (中國(guó) ) 3510 % 5658 % 4 Enercon(德國(guó) ) 3221 % 19738 % 5 金風(fēng) (中國(guó) ) 2727 % 5315 % 6 Gamesa(西班牙 ) 2546 % 19225 % 7 東汽 (中國(guó) ) 2475 % 3765 % 8 Suzlon(印度 ) 2421 % 9671 % 9 Siemens(德 國(guó) ) 2265 % 11213 % 10 Repower(德國(guó) ) 1297 % 4894 % 其他企業(yè)合計(jì) 7031 % 26331 % 總計(jì) 37003 % 168446 % 前十名 29969 % 142115 % 國(guó)內(nèi)風(fēng)電概述 我國(guó)風(fēng)電雖然發(fā)展很快，但是目前開(kāi)發(fā)程度還比較低，至 2021 年底，只開(kāi)發(fā)利用了不到 2600 萬(wàn) kW，不到可開(kāi)發(fā)量的 2%，尚有十分豐富的潛在資源能夠開(kāi)發(fā)利用。 國(guó)內(nèi)外風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀 世界風(fēng)電概述 表 全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量 年份 累計(jì)裝機(jī)容量（ MW) 1996 年 6100 1997 年 7600 1998 年 10120 1999 年 13560 2021 年 17320 2021 年 23820 2021 年 31090 2021 年 39223 2021 年 47430 2021 年 58961 2021 年 74052 2021 年 93835 2021 年 120296 2021 年 158505 2021 年 195364 2021 年 237470 2021 年 283730 畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 7 表 全球風(fēng)電新增裝機(jī)容量 年份 新增裝機(jī)容量（ MW） 1996 年 1280 1997 年 1500 1998 年 2520 1999 年 3440 2021 年 3760 2021 年 6500 2021 年 7270 2021 年 8133 2021 年 8207 2021 年 11531 2021 年 15091 2021 年 19783 2021 年 26461 2021 年 38209 2021 年 35802 2021 年 41000 2021 年 46108 丹麥?zhǔn)鞘澜缟献钤缡褂蔑L(fēng)力發(fā)電的國(guó)家，也是風(fēng)電發(fā)展最為迅速、技術(shù)最為先進(jìn)的國(guó)家之一， 擁有世界風(fēng)電制造領(lǐng)頭羊企業(yè) Vestas（ 維斯塔斯），截至 2021 年 3 月，其產(chǎn)品累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到 39705 MW，占世界總裝機(jī)量的 %。目前，芬蘭 WinWinD 公司己經(jīng)研發(fā)出來(lái)了 MW 風(fēng)電機(jī)組，該公司的3 MW風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)安裝完成， 2021年該公司將開(kāi)發(fā)出 MW的風(fēng)電機(jī)組。近年來(lái)隨著海上風(fēng)電場(chǎng)的開(kāi)發(fā)， 兆瓦容量以上的永磁同步力發(fā)電機(jī)使用越來(lái)越廣泛。在 VSCF 風(fēng)電系統(tǒng)中，當(dāng)風(fēng)速不斷的變化時(shí)，風(fēng)機(jī)始終能夠保持在最佳葉尖速比，從而提高風(fēng)能的轉(zhuǎn)換率，通過(guò)恰當(dāng)?shù)目刂撇呗詮亩a(chǎn)生恒定頻率的電能。由于采用了微機(jī)技術(shù)，現(xiàn)代大中型風(fēng)力機(jī)具有很高的自動(dòng)化水平，具有風(fēng)機(jī)自診斷功能，其安全保護(hù)也越來(lái)越完善，不僅可以實(shí)現(xiàn)單機(jī)獨(dú)立控制，而且也能實(shí)現(xiàn)多機(jī)群體控制和遠(yuǎn)程遙控，完全可以做到無(wú)人值守，必要時(shí)，只需進(jìn)行定期的維畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 2 護(hù)，避免了火力發(fā)電存 在的大修問(wèn)題。 vector control 畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 III 目 錄 摘要 ............................................................................................................................................. I Abstract....................................................................................................................................... II 第一章 緒論 .............................................................................................................................. 1 課題背景 ..................................................................................................................... 1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 ......................................................................................... 2 風(fēng)電的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) ................................................................................................. 4 國(guó)內(nèi)外風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................................................................. 6 世界風(fēng)電概述 .................................................................................................. 6 國(guó)內(nèi)風(fēng)電概述 .................................................................................................. 9 第二章 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)工作原理及其空氣動(dòng)力學(xué)模型和原理 ............................................. 11 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)工作原理 ........................................................................................... 11 風(fēng)力機(jī)模型 ............................................................................................................... 12 空氣動(dòng)力學(xué)模型 ............................................................................................ 12 風(fēng)速模型 ........................................................................................................ 13 風(fēng)能轉(zhuǎn)換原理 ................................................................................................ 15 定變槳距發(fā)電機(jī)組和槳距角控制模型 ........................................................ 17 最大風(fēng)能捕獲原理 ................................................................................................... 20 第三章 直驅(qū)式并網(wǎng)系統(tǒng)中的變流部分研究 ........................................................................ 23 永磁直驅(qū)式同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)方式 ........................................................................... 23 直驅(qū)式風(fēng)電系統(tǒng)中的各種變流電路 ....................................................................... 24 直驅(qū)式并網(wǎng)型風(fēng)電系統(tǒng)的變流方式 ....................................................................... 27 畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書 IV 變流器主電路研究以及工作原理 ...............................................