【正文】 風(fēng)能利用系數(shù)較高。因此，近年來設(shè)計的變槳距風(fēng)力發(fā)電機組，除了對槳葉進行節(jié)距控制以外，還通過控制發(fā)電機轉(zhuǎn)子電源來控制發(fā)電機轉(zhuǎn)差率，使得發(fā)電機轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)能夠快速響應(yīng)風(fēng)速的變化，以吸收瞬變的風(fēng)能，使輸出的功率曲線更加平穩(wěn)。但是，隨著并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組容量的增大，大型風(fēng)力發(fā)電機組的單個葉片已重達(dá)數(shù)噸．對操縱如此巨大的慣性體，并且響應(yīng)速度要能跟上風(fēng)速的變化是相當(dāng)困難的。 附近，不作變化，可認(rèn)為等同于定槳距風(fēng)力發(fā)電機組，發(fā)電機的功率根據(jù)葉片的氣動性能隨風(fēng)速的變化而變化。變槳距風(fēng)力發(fā)電機組的功率調(diào)節(jié)不完全依靠葉片的氣動性能。為了解決上述問題，槳葉制造商首先在 20世紀(jì) 70年代用玻璃鋼復(fù)合材料研制成功了失速性能良好的風(fēng)力機槳葉，解決了定槳距風(fēng)力發(fā)電機組在大風(fēng)時的功率控制問題： 20世紀(jì) 80年代又將葉尖擾流器成功地應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電機組上，解決了在突甩負(fù)載情況下的安全停機問題，使定槳距 (失速型 )風(fēng)力發(fā)電機組在近 20年的風(fēng)能開發(fā)利用中始終占據(jù)主導(dǎo)地位，直到最新推出的兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機組仍有機形采用該項技術(shù)。二是運行中的風(fēng)力發(fā)電機組在突然失去電網(wǎng) (突甩負(fù)載 )的情況下，槳葉自身必須具備制動能力，使風(fēng)力發(fā)電機組能夠在大風(fēng)情況下安全停機。一是當(dāng)風(fēng)速高于風(fēng)輪的設(shè)計點風(fēng)速即定額風(fēng)速時，槳葉必須能夠自動地將功率限制在額定值附近，因為風(fēng)力機上所有材料的物理性能是有限度的。 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀 在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方面，目前實際運用的技術(shù)主要有： (1)定槳距風(fēng)力發(fā)電技術(shù) 定槳距風(fēng)力發(fā)電機組的主要結(jié)構(gòu)特點是：槳葉與輪轂的連接是固定的，即當(dāng)風(fēng)速變 6 化時，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展 現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)涉及空氣動力學(xué)、機械傳動、電機學(xué)、自動控制、力學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科的綜合性高技術(shù)系統(tǒng)工程。 據(jù)有關(guān)單位的初步預(yù)測， 2020年以后，風(fēng)力發(fā)電將在能源供應(yīng)和減排溫室氣體方面起顯著作用，屆時風(fēng)電成本將 “十分接近 ”常規(guī) 電源。按此規(guī)劃計算，從 2020～ 2020年平均每年裝機約 190萬 kW，投資約 152億元人民幣，其中購買風(fēng)力發(fā)電機組的投資約 95億元人民幣。 2020年風(fēng)電上網(wǎng)電量約為 KWh。 截止 2020年 12月 31日，我國除臺灣省累計風(fēng)電機組 1846臺，裝機容量 1260MW，共有風(fēng)電場 62個。風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)從新疆、內(nèi)蒙古和東南沿海部分地區(qū)起步，到 1996年底，已初具規(guī)模，風(fēng)力發(fā)電裝機容量達(dá) 到 了60MW。 中國現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的開發(fā)利用起源于 20世紀(jì) 70年代初，而大容量風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用起始于 80年代，其商業(yè)化發(fā)展則是 90年代初期。 表 截止 2020 年底累計風(fēng)電裝機容量前九名國家 排名 國家 累計裝機容量 1 德國 2230萬 KW 2 美國 1690 萬 KW 3 西班牙 1470 萬 KW 4 印度 780 萬 KW 5 中國 590 萬 KW 6 丹麥 310 萬 KW 7 意大利 270 萬 KW 8 法國 250 萬 KW 9 英國 240 萬 KW 國內(nèi)風(fēng)能資源的開發(fā)與現(xiàn)狀 我國具有豐富的風(fēng)力資源。亞洲風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的主要主導(dǎo)仍是印度。其總裝機容量為 9149MW，排西班牙之后，居世界第三。 2020 年，美國裝機容量大幅度增加，其裝機容量占當(dāng)前世界風(fēng)能容量的 17%(10036MW)，其中 98%的裝機容量被安裝在北美。美國的風(fēng)電場大都集中建在西海岸的加利福尼亞地區(qū)。目前德國的風(fēng)電利用規(guī)模處于絕對的世界領(lǐng)先地位，其裝機容量多年全球位列 4 第一。截止 2020 年 12 月 31 同，德國裝機容量達(dá)到 18428MW，比 2020年新增 ，增長 %。丹麥一流的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)培育了具有國際競爭力的專業(yè)的風(fēng)電企業(yè)，丹麥有世界領(lǐng)先的風(fēng)機制造業(yè)以及國內(nèi)和國際經(jīng)銷商，大型 商業(yè)化風(fēng)力機制造廠家有 vestas、Bonus、 NEG Micon 等，丹麥企業(yè)制造的風(fēng)機約占 50%的世界市場份額。 20 世紀(jì) 80 年代初，丹麥開始發(fā)展現(xiàn)代風(fēng)電，自 1959 年丹麥的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)迅速擴張，裝機容量大幅提高。 2020 年歐洲在總裝機容量 (40932MW)及新增裝機容量 (6174MW)仍然保持世界領(lǐng)先地位。為了應(yīng)對全球氣候變化，歐洲積極推廣可再生能源應(yīng)用以替代化石能源，實現(xiàn)溫室氣體減排。目前風(fēng)力發(fā)電占全球電量的 1%，部分國家及地區(qū)己達(dá) 20%甚至更多。 2020 年全球風(fēng)機裝機增長率為 24%， 2020 年增長率為 21%。風(fēng)能產(chǎn)業(yè)己經(jīng)成為全球范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展的高科技產(chǎn)業(yè)，其從業(yè)人數(shù)己超過 萬人。盡管從全能量系統(tǒng)的觀點來看，在風(fēng)電 3 設(shè)備及其原材料的生產(chǎn)、帶蠟和安裝過程中需要消耗一定的化石能源，進而對環(huán)境構(gòu)成一定的污染，但 其排放量相對于風(fēng)力機發(fā)出的電力而言則微不足道。據(jù)理論計算全球大氣中風(fēng)能總的能量是 1017kW，而且是可再生的，估計大約有 的蘊藏風(fēng)能可以被開發(fā)利用，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大 10 倍。太陽照射到地球表面，地球表面各處受熱不同，產(chǎn)生溫差 ，從而引起大氣的對流運動形成風(fēng)。風(fēng)是地球上的一種自然現(xiàn)象，它是由太陽輻射引起的。太陽能和風(fēng)能被看作是最有代表性的新能源和可再生能源，作為這兩種能源的高級利用，太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)受到世界各國的高度重視?？稍偕茉磳儆诒镜刭Y源，通過一定的工藝技術(shù)，不僅可轉(zhuǎn)換為電力，還可以直接、間接地轉(zhuǎn)換為液體燃料，為各種移動設(shè)備提供能源，緩解能源供應(yīng)問題 [1,2]。 1993年我國成為石油凈進口國， 2020 年進口依存度已經(jīng)達(dá)到 36%，隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)增長，石油進口量占整體石油需求量中的份額將進一步增長，預(yù)計 2020 年我國石油對外依存度將達(dá)到 50%。同時，我國還有 700 萬戶無電人口，無法用常規(guī)電網(wǎng)延伸解決用電。第二，我國農(nóng)村小康建設(shè)的需要。第一，我國能源系統(tǒng)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。 作為全球能源市場日趨重要的一個組成部分，中國的能源消費目前已占世界能源消費總量的 %，使得世界越來越將能源話題聚集在中國和亞太地區(qū)。盡管經(jīng)濟合作與發(fā)展組織國家對一次能源的絕對需求量將有很大的增加，但這些國家 2020 年前對能源需求的增長率卻相當(dāng)緩慢。在一次能源的產(chǎn)量和消耗中，居第一位的仍然是石油，煤炭和天然氣分別居第二位和第三位。 1995 年至 2020 年期間，全世界對一次能源需求量的增長，將比 20 世紀(jì) 80 年代緩慢。 世界能源消費現(xiàn)狀 當(dāng)前，包括我國在內(nèi)的絕大多數(shù)國家都以石油和煤炭等礦物 燃料為主要能源。用來發(fā)電的可再生能源主要有風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、地?zé)崮艿龋鶎?yīng)的發(fā)電技術(shù)有風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、光伏發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)和地?zé)岚l(fā)電技術(shù)?？稍偕茉醇夹g(shù)包括開發(fā)和利用可再生能源的各種技術(shù)。隨著化石能源的日趨枯竭及人類生 存 環(huán)境的逐漸惡化，新的無污染接替能源 —— 可再生能源已引起了世界各國的高度重 視。 Simulation of Wind Turbine。 關(guān)鍵詞 ： 風(fēng)力發(fā)電 ； 最大功率點跟蹤 ； 風(fēng)力機模擬 ； 仿真 － V－ Analysis and Simulation on Maximum Power Point Tracking Control Method of Wind Power Abstract The environment and energy are urgent problems of survival and development of human .Mainly, Conventional energy like coal， oil and natural gas is not only restricted ,but also causing serious air pollution .As a clean and renewable energy , the wind power has gotten a quick development and bee one of the most promising new energies. Therefore, the utilization of wind power development is regarded by many countries in the world. By taking directdrive permanent mag synchronous wind power system as an example, several ma ximum power point tracking control method of the current wind power generation system is discussed and pared in this paper, then one of the methods is simulated and verified. Based on the current status and foreground of wind power industrial home and abroad, the paper firstly describes the structure and position of wind turbines operating principle, and secondly analysis maximum power of the wind turbine control principles and methods, and then pares the optimum tip speed ratio control, the best power curve control, and mountain climbing search method. Then a model of permanent mag direct drive wind turbine is built in MATLAB/SIMULINK based on the mathematical model, include rotor model, permanent mag generator model and the control system model. And the simulation models are used to validating the method of the optimum tip speed ratio control below the rated wind speed. Keywords： Wind Power。 本文在分析國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀以及風(fēng)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，首先介紹了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和各組成部分的結(jié)構(gòu)及其運行原理，分析了風(fēng)力發(fā)電機最大功率跟蹤控制的基本原理和方法，比較了最佳葉尖速比控 制、最佳功率曲線控制和爬山搜索法。而風(fēng)能最為一種清潔可再生能源，發(fā)展迅速，已經(jīng)成為世界新能源最主要的發(fā)展方向之一，因此，對風(fēng)能的開發(fā)和利用已經(jīng)受到了世界各國的高度重視。 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )專題部分： 題目： 設(shè)計或論文專題的基本內(nèi)容： 學(xué)生接受畢業(yè)設(shè)計 (論文 )題目日期 第 2 周 指導(dǎo)教師簽字： 2020 年 3 月 8 日 － III－ － IV－ 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率追蹤控制方法的分析與仿真 摘 要 能源、環(huán)境是當(dāng)今人類生存和發(fā)展所需要解決的緊迫問題。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 作者簽名： 日 期： 學(xué)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(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最大功率追蹤控制方法的分析與仿真 Analysis and Simulation on Maximum Power Point Tracking Control Method of Wind Power by Zhang Peinan Supervisor: Associate Professor Su Hongyu Hei long jiang University Cambridge college May 2020 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致