【正文】 懂得了做學問一定要沉下心來認真做。但看到我自己的工作結果。因此，剛開始拿到課題的時候不知如何下手，腦子也是一片空白。以前只是理論上的知識，經(jīng)過這次大型的畢業(yè)設計，第一次讓我學會了如何單獨完成設計任務、查找資料。 ＝ 56. 轉子槽漏抗 ＝ 無徑向通風道時 ＝57. 轉子諧波漏抗 ＝（） ＝58. 轉子端部漏抗 ==59. 轉子斜槽漏抗 ＝60. 轉子漏抗 ＝(+++)==61. 總漏抗 ＝+=62. 定子直流電阻 ＝ 式中：對級絕緣——鋁的為 銅的為 63. 定子相電阻表么值 ＝ 64. 有效材料 定子導線重量 ＝ Kg 式中 C為考慮導線絕緣和引線重量的系數(shù)，為導線密度，鋁為。另外，在設計過程中還要注意適當提高發(fā)電機的過載能力和功率因數(shù)，在保護線路上也要采取措施。但異步電動機與異步發(fā)電機是有差異的，故不能直接引用而必須重新分析計算。第二：異步電機在電動機運行時，和的夾角小，而作為發(fā)電機運行時要大一些。當一臺異步電動機作為發(fā)電機運行時，由于滿載電勢增加，電機飽和度提高，一是使電機所需的激磁電流激增，在并網(wǎng)運行時，從電網(wǎng)吸收大量滯后的無功電流，使電網(wǎng)的功率因數(shù)降低；在自激運行時，則必須大量的電容器，以滿足所需的無功電流。，由于定子電流相位不同，使各量有所差別。但在設計上家兩者還是以后有區(qū)別的。自激異步發(fā)電機運行使，端電壓和頻率隨負載而變，為維持電壓和頻率恒定，除對源原動機轉速調節(jié)外，還須根據(jù)負載的性質和大小隨時調節(jié)所并聯(lián)的電容器。此時電機處于電磁制動狀態(tài)，它一方面從外界輸入機警功率，同時又從電網(wǎng)吸取電功率，兩者都變成電機內(nèi)部的損耗。為使轉子持續(xù)地以高于旋轉磁場的轉速旋轉，原動機的驅動轉矩必須克服制動的電磁轉矩；此時轉子從原動機輸入機械功率，通過電磁感應由定子輸出電功率，電機處于發(fā)電機狀態(tài)。轉子感應電流與氣隙磁場相互作用，將產(chǎn)生電磁力和電磁轉矩。當異步電機的負載發(fā)生變化時，轉子的轉速和轉差率將隨之而變化，使轉子導體中的電動勢、電流和電磁轉矩發(fā)生相應的變化，以適應負載的需要。為減少電流，提高電機的功率因數(shù)，異步電動機的氣隙選得較小，中、～2mm。籠型電機結構簡單，制造方便，是一種經(jīng)濟，耐用的電機，所以應用極為廣泛。整個轉子的外表呈圓柱形。大型高壓感應電機都用開口槽，以便嵌線。在定子鐵心內(nèi)圓，均勻地沖有許多形狀相同的槽，用以嵌放定子繞組。所以本次設計采用異步發(fā)電機 風力發(fā)電機 風力發(fā)電機的結構風力發(fā)電機的定子由定子鐵心，定子繞組和機座三部分組成。異步發(fā)電機并入電網(wǎng)的手續(xù)極為簡單，只要將發(fā)電機的轉子帶動到盡可能接近同步轉速，并注意轉子轉向必須與定子旋轉磁場轉向一致，即可并入電網(wǎng)。但由于風力發(fā)電系統(tǒng)的本質非線性，自然風風速和風向的隨機性、間歇性、湍流以及風機的尾流效應，不確定因素很多，而最優(yōu)控制的實現(xiàn)必須有一個精確數(shù)學模型為控制器設計基礎．這對風力發(fā)電系統(tǒng)未免要求過高，將最優(yōu)控制策略與其它控制方法，如與模糊邏輯控制、魯棒控制方法結合起束的混合控制技術，可有效解決風力發(fā)電系統(tǒng)的各類關鍵控制問題：提高風能轉換效率、改善電能品質、減小柔性風電系統(tǒng)傳動鏈上的疲勞負載等。將 LQG 控制應用于可變槳距恒速水平軸風能轉換系統(tǒng)中，調節(jié)槳距保證輸出功率維持在額定值附近．該控制器僅在額定風速以上起作用，且無開關暫態(tài)：通過實際風機模型的非線性模擬，測試并驗證了陣風情況下控制系統(tǒng)的性能。在控制系統(tǒng)設計、研究及性能分析中使用了三種風的模型，但是否考慮測量噪聲仍不明確，每一方案所引起的結構負載問題也沒有提到。但此類方法所有仿真均建立在狀態(tài)反饋基礎上，從實現(xiàn)的觀點看是不實用的，需要用輸出反饋重新評價。偏航控制中運用 LQ 最優(yōu)控制理論，可降低風能轉換系統(tǒng)中結構性動態(tài)負載?；谌嵝越Y構風機模型的分析，研究偏航控制對塔身彎曲尤其側向彎曲的影響，類似于裝置有彈簧和阻尼器的懸掛系統(tǒng)或PD控制器，以偏航角及偏航速度為控制變量的周期性時變 LQ 偏航控制器能夠獲得同樣的側向阻尼，可有效降低塔身扭矩，但控制代價卻僅相當于 PD 控制器的10％ 以內(nèi)。傳統(tǒng)的風力機組控制通常具有多環(huán)結構形式，通過動態(tài)補償器反饋電壓誤差及轉速以獲得電壓調節(jié)，通過電功率誤差的PI反饋(槳距控制)及轉速反饋獲得功率凋節(jié)，兩類控制有大致相同的帶寬。而為實現(xiàn)陣風和電力系統(tǒng)大擾動情況下的輸出功率和電壓的快速平穩(wěn)跟蹤，可以采用靜態(tài)VAR補償器調節(jié)異步發(fā)電機輸出電壓和采用變漿距機構調節(jié)機械輸入功率的方法：結合極大值控制和自適應控制理論，采用改進的 Krsitc 方法進行風輪槳距角控制設計，也可獲得最大輸出功率跟蹤，且可獲得全局最優(yōu)化。對于獨立運行的風力發(fā)電系統(tǒng)，可采用一類可調阻抗一濾波器方法，在線調節(jié)三相可控硅的觸發(fā)角，穩(wěn)定母線電壓并保證風能系統(tǒng)在陣風及負載變化時獲得最大風能利用。將最優(yōu)控制應用于定子磁場定向、高效全控型雙饋風力發(fā)電機中，電機定、轉子邊各有一套全控型功率變換器，控制定轉子的電壓及頻率，使發(fā)電機工作在弱磁風狀態(tài)下。相對恒速風力發(fā)電機組，變速風力機雖然可以增加風能捕獲功率，但通常需要一個等容量的功率變換器相匹配，大大增加機組的制造成本。因此，如何恰當?shù)剡x擇權陣是線性最優(yōu)控制設計中需注意的問題。對一般線性最優(yōu)控制系統(tǒng)： （） 式中：為階矩陣；為階矩陣。這就是變速恒頻技術的優(yōu)勢所在。為此，必須研究風電系統(tǒng)最大風能捕獲運行的控制機理和控制方法。其中2～4可稱為變頻器，其能量流向在某些控制方案中是雙向的，上述變頻器為交一直一交變頻器，也有采用交一交變頻器的。2) 發(fā)電機側變流器由自關斷器件（如GIR、IGBT、GTO等）構成的AC/D變流器，采用一定的控制方法將發(fā)電機發(fā)出的變頻的交流轉換為直流。 控制系統(tǒng)為使風力機組能夠穩(wěn)定運行，必須對其進行有效的控制。 所示, 表示發(fā)電機出口母線電壓,所采用的超導儲能(SMES) 所示。雖然 SMES 價格較貴,但其容量大、響應快。它由一個超導線圈,一個強制換向變換器和一個控制器組成。鎳鎘蓄電池：機械強度高，耐過充電及過放電且比能量較大等優(yōu)點，但價格按貴。數(shù)據(jù)輸入為測量值，計算結果與測量值在控制器中進行比較，校正后調節(jié)輸出，使輸出穩(wěn)定。為了人身安全起見，一般選用輸入輸出有隔離的電路結構。有關資料表明，目前最大功率僅為300W。還有，逆變后電流也比較大，從而后級工頻變壓器的制作也比較困難。逆變變壓整流濾波反饋控制ＵｉｉｉｉｉｉｉｉｉＵo 直流變換器方框圖根據(jù)本文的研究，采用可控整流型開關穩(wěn)壓電源電路。嚴格地說，直流變換器包括隔離開關型穩(wěn)壓器，但為了通俗，還是采用直流變換器一詞。調壓也是靠改變調整開關的導通和截止時間的相對長短來實現(xiàn)的。1) 所謂可控整流型開關穩(wěn)壓電源，是指采用可控硅整流元件作調整開關，由交流市電電網(wǎng)供電，可直接供電，也可經(jīng)過變壓器變壓后供電。c) 單相橋式半控整流電路的特點：該電路實用中需加設續(xù)流二極管VDR，以避免可能發(fā)生的失控現(xiàn)象。繞組及鐵心對銅、鐵等材料的消耗比單相全橋多，在當今世界上有色金屬資源有限的情況下，這是不利的。可從各種角度對整流電路進行分類，分類方法有：按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種；按電路結構可分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數(shù)可分為單相電路和多相電路；按變壓器二次側電流的方向可分為單向或雙向；又分為單拍電路和雙拍電路。例如，當直流回路中電抗器的電感量足夠大時（Ld﹕大于或等于3Xp/ｗ0，Ld﹕——折算到轉子整流回路的平均電抗器的電感，Xp——折算到轉子側的每相漏抗，ｗ0——定子側電源的頻率）時，逆變器的脈動電勢所引起的轉子脈動電流可以忽略不計，但當 Ld不滿足上述條件時，將會出現(xiàn)輕載時電流斷續(xù)的現(xiàn)象，使機械特性發(fā)生畸變。這意味著當連接到電網(wǎng)時，雙輸出感應發(fā)電機是一臺較好的能量轉換器。從而，雙輸出感應發(fā)電機具有較高的功率因數(shù)，這是因為當保持電機氣隙磁通不變的情況下，通過調節(jié)轉子電壓的相位和幅值，就可以補償定子側的無功功率。如果施加額定電壓，由于異步發(fā)電機的電流受到限制，就不可能獲得更多的實驗數(shù)據(jù)。這種系統(tǒng)中異步發(fā)電機轉子繞組側接的整流器是不可控整流器，與轉子繞組接交交變頻器的雙饋調速系統(tǒng)比較，調節(jié)功能要小些，其中最主要的是不能調節(jié)定子側的無功功率，且因逆變器功率因數(shù)低，使整個系統(tǒng)的功率因數(shù)較低。此時整流器和逆變器兩者組成了一個從轉差頻率轉換為工頻交流的變頻裝置。1. 雙輸出異步發(fā)電機的工作原理風能轉換系統(tǒng)中使用的傳統(tǒng)異步發(fā)電機向電網(wǎng)輸送電能時，作為恒輸出功率的異步發(fā)電機以超同步轉子速度運行。該方案是在電網(wǎng)頻率不變的情況下，由風輪運行工況變換為電機轉速變化工況，從而增加了電能輸出，還可以實現(xiàn)機組的平衡起動和電磁制動，以及電網(wǎng)電壓故障時，控制線路中的伺服電動機可得到備用電源。第二，通過對電壓和頻率的動態(tài)控制允許發(fā)電機工作在最大效率點。 風力發(fā)電機 目前用來做風力發(fā)電的風力發(fā)電機種類多種多樣,有異步發(fā)電機、同步發(fā)電機、永磁發(fā)電機等等。 在某一固定的風速下, 隨著風輪機轉速n 的變化, CP 的值會相應的變化, 從而使風輪機輸出的機械功率Pm 變化, 也就是說, 轉速n 變化, 會導致風輪機捕獲風能的能力有所不同。風輪機的氣動特性很復雜, 主要包括: 力矩特性、功率特性、推力特性等。另外，電路輸出波形中諧波分量很小，可以得到相當好的正弦輸出波形。它實質上是利用一臺三相高頻交流發(fā)電機，通過磁場調制和解調技術來產(chǎn)生一個所需的低頻單相輸出。3) 采用先進的PWM控制技術，可抑制諧波，減小開關損耗，提高效率，降成本。當風速下降時，在電力電子裝置調控下，將高速風輪所釋放的能量轉變?yōu)殡娔芩腿腚娋W(wǎng)，風輪的加速、減速對風能的階躍性變化起到緩沖作用，使風力機內(nèi)部能量傳輸部件的應力變化比較平穩(wěn)，防止破壞性機械應力產(chǎn)生，從而使風力發(fā)電機組運行更加平穩(wěn)和安全。 變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的總體設計 變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的特點變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)的特點是風力機和發(fā)電機的轉速可在很大范圍內(nèi)變化，而不影響輸出電能的頻率。目前正在研究一種新型的無刷雙饋發(fā)電機，它采用雙級定子和嵌套偶合的籠型轉子。由于變換裝置處在發(fā)電機的轉子回路（勵磁回路），其容量一般不超過發(fā)電機額定功率的30%。從而在發(fā)電機定子繞組中感應出相應于同步轉速的工頻電壓。它的缺點是若想得到三相輸出，則必須采用三套磁場調制發(fā)電機系統(tǒng)，且各套發(fā)電機系統(tǒng)間應保持某一合適的相位差，這就提高了整個系統(tǒng)的成本。這個特點非常適合用于并網(wǎng)運行，風力發(fā)電機的勵磁通過勵磁變壓器取自電網(wǎng)，這樣，風力發(fā)電機的輸出總是自動與電網(wǎng)同步，不存在失步問題，而且整個系統(tǒng)控制相當簡單，運行非?？煽俊０l(fā)電機本身具有較高的旋轉頻，用頻率為 (一般是工頻50Hz)的低頻交流電勵磁，則三相電樞繞組的輸出電壓將是由頻率為和的兩個分量組成的調幅波。下面結合發(fā)電機和電力電子變換裝置介紹三種連續(xù)變速的發(fā)電系統(tǒng)。機械方法如采用變速比液壓傳動或可變傳動比機械傳動，電/機械方法如采用定子可旋轉的感應發(fā)電機，電氣式變速系統(tǒng)如采用高滑差感應發(fā)電機或雙定子感應發(fā)電機等。這種電機定子繞組有六個接線端子，通過開關控制不同的接法，即可得到不同的轉速。比起單速機來，這種發(fā)動機要重一些，效率也稍低一些，因為總有一個繞組未被利用，導致?lián)p耗相對增大。下面介紹不連續(xù)變速運行方式常用的幾種方法。 不連續(xù)變速系統(tǒng)一般來說，利用不連續(xù)變速發(fā)電機可以獲得連續(xù)變速運行的某些好處，但不是全部好處。 變速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)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(tǒng)，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(nèi)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。[6]感應發(fā)電機也可以有兩種運行方式，即并網(wǎng)運行和單獨運行。它的定子鐵心和定子繞組的結構與同步發(fā)電機相同。它不僅可以并網(wǎng)運行，也可以單獨運行，滿足各種不同負載的需要。其輸出聯(lián)接到鄰近的三相電網(wǎng)或輸配電線。所采用的發(fā)動機主要有兩種，即同步發(fā)電機和鼠籠型感應發(fā)電機。 3) 穩(wěn)定可靠地同電網(wǎng)、柴油發(fā)電機及其他發(fā)電裝置或儲能系統(tǒng)聯(lián)合運行，為用戶提供穩(wěn)定的電能。第2章 風力發(fā)電系統(tǒng)的研究 風力發(fā)電系統(tǒng) 風力發(fā)電系統(tǒng)是風力發(fā)電的重要部分，它不僅直接影響轉換過程的性能、效率和供電質量，而且也影響到前一個轉換過程的運行方式、效率和裝置結構。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。由于他被設計成在幾乎所有的風況下都能獲得較大的空氣動力效率，因而提高了捕捉風能的效率，試驗表明，變速風力發(fā)電機組要比恒速風力發(fā)電機組多捕獲15%的風能，同時每由于機艙重量減輕和改善了傳動系統(tǒng)各部件的受力狀況，可使風力發(fā)電機組的支撐結構減輕，塔架等基礎費用也可降低。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。早期的一些風力機槳葉是根據(jù)直升飛機的機翼設計的，而風力機的槳葉運行在與直升飛機很不同的空氣動力環(huán)境中。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。目前正處于前期工作階段和正在建設的風電場以遍及10多個省、市和自治區(qū)。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(wǎng)風力發(fā)電技術的試驗和示范。世界能源委員會預計，～。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。 風力發(fā)電的現(xiàn)狀 世界風力發(fā)電現(xiàn)狀20世紀80年代以來，工業(yè)發(fā)達國家對風力發(fā)電機組的研制取得了巨大進展。另外，在一些國家（如歐盟國家）中，