【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。通過這個升壓環(huán)節(jié)可以解決由于 PWM 逆變器輸入電壓過低所引起的 PWM 逆變器運行特性差的缺點； Boost 的主要作用是升壓和穩(wěn)壓，同時在發(fā)電機的輸出側(cè) Boost環(huán)節(jié)也能夠?qū)崿F(xiàn)對其進行功率因數(shù)的校正。其缺點是這種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要求永磁同步發(fā)電機發(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)電機使用永磁同步發(fā)電機，采用三相不控整流對發(fā)電機發(fā)出的交流電進行整流，為了減小直流脈動，在整流的輸出端并聯(lián)電容 1C進行穩(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 ?角時開始導(dǎo)通，以二極管的一對橋臂 VD1和 VD2導(dǎo)通時的時間記為零點。畢業(yè)設(shè)計 說明書 29 Z源逆變器除了上述優(yōu)點外，也有其缺點，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驗階段，距離實際應(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)速比較低的時候，由于給逆變器輸入的電壓過低不能達(dá)到并網(wǎng)的要求，畢業(yè)設(shè)計 說明書 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使逆變器的峰值過高、運行的效率降低以及傳導(dǎo)損耗增大等。 ⑵自同步并網(wǎng) 自動準(zhǔn)同步并網(wǎng)的優(yōu)點是合閘時沒有明顯的電流沖擊，缺點是控制與操作相對復(fù)雜。 在最 佳功率曲線optP上運行的風(fēng)機將會輸出不同風(fēng)速下的最大輸出功率maxP，其值是： 3max kmP ? （ 223） 其中，? ? 2max3 pop t CRSk ???。控制槳距角的方法有很多，可以通過測量實時風(fēng)速和功率作為輸入信號設(shè)計槳距角控制器，也可以將風(fēng)力機實際轉(zhuǎn)速與參考轉(zhuǎn)速的偏差量作為輸入信號調(diào)節(jié)槳距角。 ⑴定槳距風(fēng)力發(fā)電機組及其特點 20 世紀(jì) 80 年代中期開始進入風(fēng)力發(fā)電市場的定槳距風(fēng)力發(fā)電機組，主要解決了風(fēng)力發(fā)電機組的并網(wǎng)和運行的安全性與可靠性問題，采用了軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣動力剎車技術(shù)、偏航與自動解纜技術(shù)，這些都是并網(wǎng)運行的風(fēng)力發(fā)電機組需要解決的最基木的問題。 ??????????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)起始時間和終止時間。 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)、故障保護系統(tǒng)、可視化操作系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都是通過主控制系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制的，保證了風(fēng)電系統(tǒng)安全、高效、經(jīng)濟的運行。根據(jù)我國《新能源產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃》，至 2020 年我國風(fēng)電總裝機容量預(yù)計達(dá)到 億 kW，將打造七個千萬千瓦級風(fēng)電基地 —— 酒泉、哈密、蒙西、蒙東、河北、江蘇和吉林。 表 世界風(fēng)電整機裝備制造業(yè)分布 序號 企業(yè)名稱 當(dāng)年新增(MW) % 累計 (MW) % 1 Vestas(丹麥 ) 4766 % 39705 % 2 GE Wind(美國 ) 4741 % 22931 % 畢業(yè)設(shè)計 說明書 9 3 華銳 (中國 ) 3510 % 5658 % 4 Enercon(德國 ) 3221 % 19738 % 5 金風(fēng) (中國 ) 2727 % 5315 % 6 Gamesa(西班牙 ) 2546 % 19225 % 7 東汽 (中國 ) 2475 % 3765 % 8 Suzlon(印度 ) 2421 % 9671 % 9 Siemens(德 國 ) 2265 % 11213 % 10 Repower(德國 ) 1297 % 4894 % 其他企業(yè)合計 7031 % 26331 % 總計 37003 % 168446 % 前十名 29969 % 142115 % 國內(nèi)風(fēng)電概述 我國風(fēng)電雖然發(fā)展很快，但是目前開發(fā)程度還比較低，至 2021 年底，只開發(fā)利用了不到 2600 萬 kW，不到可開發(fā)量的 2%，尚有十分豐富的潛在資源能夠開發(fā)利用。 國內(nèi)外風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀 世界風(fēng)電概述 表 全球風(fēng)電累計裝機容量 年份 累計裝機容量（ 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 說明書 7 表 全球風(fēng)電新增裝機容量 年份 新增裝機容量（ 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)電的國家，也是風(fēng)電發(fā)展最為迅速、技術(shù)最為先進的國家之一， 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)品累計裝機容量達(dá)到 39705 MW，占世界總裝機量的 %。目前，芬蘭 WinWinD 公司己經(jīng)研發(fā)出來了 MW 風(fēng)電機組，該公司的3 MW風(fēng)電機組已經(jīng)安裝完成， 2021年該公司將開發(fā)出 MW的風(fēng)電機組。近年來隨著海上風(fēng)電場的開發(fā)， 兆瓦容量以上的永磁同步力發(fā)電機使用越來越廣泛。在 VSCF 風(fēng)電系統(tǒng)中，當(dāng)風(fēng)速不斷的變化時，風(fēng)機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。由于采用了微機技術(shù)，現(xiàn)代大中型風(fēng)力機具有很高的自動化水平，具有風(fēng)機自診斷功能，其安全保護也越來越完善，不僅可以實現(xiàn)單機獨立控制，而且也能實現(xiàn)多機群體控制和遠(yuǎn)程遙控，完全可以做到無人值守，必要時，只需進行定期的維畢業(yè)設(shè)計 說明書 2 護，避免了火力發(fā)電存 在的大修問題。 vector control 畢業(yè)設(shè)計 說明書 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)電的未來發(fā)展趨勢 ................................................................................................. 4 國內(nèi)外風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀 ................................................................................................. 6 世界風(fēng)電概述 .................................................................................................. 6 國內(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)力機模型 ............................................................................................................... 12 空氣動力學(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 說明書 IV 變流器主電路研究以及工作原理 ...............................................