風(fēng)力發(fā)電技術(shù)綜述-畢業(yè)論文

1、<p><b>　　網(wǎng)絡(luò)高等教育</b></p><p>　　本 科 生 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)） </p><p>　　題 目：風(fēng)力發(fā)電技術(shù)綜述</p><p>　　學(xué)習(xí)中心： 麗水 </p><p>　　層 次： ?？破瘘c(diǎn)本科 </p&g

2、t;<p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　年 級(jí)： 2014年 秋 季 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： 141501409022 </p><p>　　學(xué) 生： 羅享通 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 李昕欣

3、 </p><p>　　完成日期： 2016 年 5 月 30 日 </p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　風(fēng)能是太陽(yáng)能的一種轉(zhuǎn)換形式，是一種重要的自然能源。由于對(duì)能源的渴求，人們無(wú)節(jié)制的開(kāi)采石油、煤炭、天然氣等這些埋在地層深處的維系人類生存的“能源食糧”，不僅嚴(yán)重污染了我們的生存空間、惡化了

4、自然環(huán)境，還帶來(lái)了更可怕的惡果---能源枯竭。因此風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，取之不盡用之不竭，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械動(dòng)能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電力動(dòng)能，這就是風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過(guò)增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電。依據(jù)目前的風(fēng)車技術(shù)，大約是每秒三米的微風(fēng)速度（微風(fēng)的程度），便可以開(kāi)始發(fā)電。 風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電不需要使用燃料，也不會(huì)產(chǎn)生輻射或空

5、氣污染。本論文介紹了風(fēng)能在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀和前景，傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)和新型發(fā)電機(jī)，和它們的優(yōu)缺點(diǎn)，以及風(fēng)力發(fā)電的控制技術(shù)。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　內(nèi)容摘要I</b></p><p&g

6、t;<b>　　1 緒論4</b></p><p>　　1.1 課題的背景及意義4</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀5</p><p>　　1.2.1 國(guó)外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀5</p><p>　　1.2.2 我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀5</p><p>　　2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)

7、8</p><p>　　2.1 傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)8</p><p>　　2.1.1 籠型異步發(fā)電機(jī)8</p><p>　　2.1.2 繞線式異步發(fā)電機(jī)8</p><p>　　2.1.3 有刷雙饋異步發(fā)電機(jī)9</p><p>　　2.1.4 同步發(fā)電機(jī)10</p><p>　

8、　2.2 新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)11</p><p>　　2.2.1 開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)[2]11</p><p>　　2.2.2 無(wú)刷雙饋異步發(fā)電機(jī)11</p><p>　　2.2.3 永磁無(wú)刷直流發(fā)電機(jī)12</p><p>　　2.2.4 永磁同步發(fā)電機(jī)[3]12</p><p>　　2.2.5 全永磁懸

9、浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)[4]13</p><p>　　3 風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)14</p><p>　　3.1 定槳距失速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)14</p><p>　　3.2 變槳距風(fēng)力發(fā)電技術(shù)14</p><p>　　3.3 主動(dòng)失速/混合失速發(fā)電技術(shù)15</p><p>　　3.4 變速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)15</p

10、><p>　　4 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的智能控制17</p><p>　　4.1 模糊控制17</p><p>　　4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制17</p><p>　　5 結(jié) 論19</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)21</b></p><p><b>　

11、　致 謝23</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題的背景及意義 </p><p>　　風(fēng)力發(fā)電是一種技術(shù)最成熟的可再生能源利用方式，發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的重要裝置，控制技術(shù)是風(fēng)力機(jī)安全高效運(yùn)行的關(guān)鍵。</p><p>　　風(fēng)力發(fā)電是

12、利用風(fēng)能來(lái)發(fā)電，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（簡(jiǎn)稱風(fēng)電機(jī)組）是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)械。風(fēng)輪是風(fēng)電機(jī)組最主要的部件，由槳葉和輪轂組成。槳葉具有良好的空氣動(dòng)力外形，在氣流作用下能產(chǎn)生空氣動(dòng)力使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再通過(guò)齒輪箱增速驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。在理論上，最好的風(fēng)輪只能將約的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能?，F(xiàn)代風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪的效率可達(dá)到40%。在風(fēng)電機(jī)組輸出達(dá)到額定功率之前，其功率與風(fēng)速的立方成正比，即風(fēng)速增加1倍，輸出功率增加8倍，可見(jiàn)風(fēng)力發(fā)電

13、的效率與當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)速關(guān)系極大。</p><p>　　在不斷持續(xù)的能源緊張中，不少人想到了新能源利用。利用潔凈的能源（可再生能源）是人類社會(huì)文明進(jìn)步的表現(xiàn)、是科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、是環(huán)保理念的體現(xiàn)。潔凈能源指太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能、生物能等，這都是可再生取之不盡的能源，特別是風(fēng)能技術(shù)最為成熟，經(jīng)濟(jì)可行性較高，是一種較理想的發(fā)展能源。風(fēng)是地球上的一種自然現(xiàn)象，它是由太陽(yáng)輻射熱引起的。風(fēng)能是太陽(yáng)能的一種轉(zhuǎn)換形式，是一種重要的自然

14、能源。太陽(yáng)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(duì)流運(yùn)動(dòng)形成風(fēng)。據(jù)估計(jì)到達(dá)地球的太陽(yáng)能中雖然只有大約2%轉(zhuǎn)化為風(fēng)能，但其總量仍是十分可觀的。全球的風(fēng)能約為2.74×109MW，其中可利用的風(fēng)能為2×107MW，比地球上可開(kāi)發(fā)利用的水能總量還要大10倍。 我國(guó)風(fēng)能資源總量約42億千瓦，技術(shù)可開(kāi)發(fā)量約3億千瓦。目前東南沿海是最大風(fēng)能資源區(qū)，風(fēng)能密度為200W/M2～300W/M2，大于6m/s

15、的風(fēng)速時(shí)間全年3000h以上就可取得較大經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 國(guó)外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　19世紀(jì)末，丹麥?zhǔn)紫乳_(kāi)始探索風(fēng)力發(fā)電，研制出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。直到20世紀(jì)70年代以前，只有小小型充電用風(fēng)力機(jī)達(dá)到實(shí)用階段。美國(guó)在20世紀(jì)30年代還有許多電網(wǎng)未通達(dá)的地區(qū)，獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)電機(jī)組在實(shí)

16、現(xiàn)農(nóng)村電氣化方面起了很大作用，當(dāng)時(shí)的機(jī)組多采用木制葉片、固定輪轂和側(cè)偏尾舵調(diào)速，單機(jī)容量的范圍為0.5~3kW。</p><p>　　風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。其蘊(yùn)量巨大，全球的風(fēng)能約為2.74×109MW，其中可利用的風(fēng)能為2×107MW，比地球上可開(kāi)發(fā)利用的水能總量還要大10倍。中國(guó)風(fēng)能儲(chǔ)量很大、分布面廣，僅陸地上的風(fēng)能儲(chǔ)量就有約2.53億千瓦。</p&

17、gt;<p>　　隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，風(fēng)能市場(chǎng)也迅速發(fā)展起來(lái)。自2004年以來(lái)，全球風(fēng)力發(fā)電能力翻了一番，2006年至2007年間，全球風(fēng)能發(fā)電裝機(jī)容量擴(kuò)大27%。2007年已有9萬(wàn)兆瓦，這一數(shù)字到2010年將是16萬(wàn)兆瓦。預(yù)計(jì)未來(lái)20-25年內(nèi)，世界風(fēng)能市場(chǎng)每年將遞增25%。隨著技術(shù)進(jìn)步和環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，風(fēng)能發(fā)電在商業(yè)上將完全可以與燃煤發(fā)電競(jìng)爭(zhēng)。</p><p>　　1.2.2 我國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展

18、現(xiàn)狀</p><p>　　我國(guó)是世界上利用風(fēng)力最早的國(guó)家之一，但進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電科研的工作起步較晚。中國(guó)現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用起源于20世紀(jì)70年代初。 經(jīng)過(guò)初期發(fā)展、單機(jī)分散研制、示應(yīng)用、重點(diǎn)攻關(guān)、實(shí)用推廣、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化幾個(gè)階段的發(fā)展，無(wú)論在科學(xué)研究、設(shè)計(jì)制造，還是試驗(yàn)、示范、應(yīng)用推廣等方面均有了長(zhǎng)足的進(jìn)步和很大的提高，并取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，特別是在解決常規(guī)電網(wǎng)外無(wú)電地區(qū)農(nóng)、牧、漁民用電方面走在

19、世界的前列，生產(chǎn)能力、保有量和年產(chǎn)量都居世界第一。雖然說(shuō)中國(guó)并網(wǎng)大型風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚, 但也發(fā)展很快, 已經(jīng)具備制造單機(jī)容量600kW 的大型商業(yè)化風(fēng)電機(jī)組的能力, 目前正在組織兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組的攻關(guān)。我國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量2003 年底已達(dá)56. 7 萬(wàn)kW, 居世界上第十位。特別是1996 至1998 年我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)的建設(shè)發(fā)展得很快, 這主要得益于政府的重視和相關(guān)政策的支持。我國(guó)風(fēng)機(jī)國(guó)產(chǎn)化的水平正在不斷提高, 機(jī)組的國(guó)產(chǎn)化

20、率超過(guò)90%, 今年并網(wǎng)國(guó)產(chǎn)機(jī)組的訂單已越200 臺(tái)。截止2003 年, 我國(guó)累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組1042 臺(tái), 總裝機(jī)容量56. 7 萬(wàn)kW。共有40 個(gè)風(fēng)電場(chǎng), 分布在1</p><p>　　我國(guó)風(fēng)能資源豐富,總儲(chǔ)量約為32億千瓦,可開(kāi)發(fā)的裝機(jī)容量約為2.53億千瓦,居世界首位?！笆濉逼陂g，中國(guó)的并網(wǎng)風(fēng)電得到迅速發(fā)展。2006年，中國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到260萬(wàn)千瓦，成為繼歐洲、美國(guó)和印度之后發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的

21、主要市場(chǎng)之一。2007年我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)規(guī)模延續(xù)暴發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，截至2007年底全國(guó)累計(jì)裝機(jī)約600萬(wàn)千瓦。2008年8月，中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)總量已經(jīng)達(dá)到700萬(wàn)千瓦，占中國(guó)發(fā)電總裝機(jī)容量的1%，位居世界第五，這也意味著中國(guó)已進(jìn)入可再生能源大國(guó)行列。</p><p>　　2008年以來(lái)，國(guó)內(nèi)風(fēng)電建設(shè)的熱潮達(dá)到了白熱化的程度。2009年，中國(guó)（不含臺(tái)灣地區(qū)）新增風(fēng)電機(jī)組10129臺(tái)，容量13803.2MW，同比增長(zhǎng)124%；

22、累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組21581臺(tái)，容量25805.3MW。2009年，臺(tái)灣地區(qū)新增風(fēng)電機(jī)組37臺(tái)，容量77.9MW；累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組227臺(tái)，容量436.05MW。</p><p>　　1.3 本文的主要內(nèi)容</p><p>　　本文介紹了風(fēng)力發(fā)電為取來(lái)發(fā)展的潛力，風(fēng)電特點(diǎn)決定其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) (1)從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,風(fēng)電成本是可以預(yù)期的,目前,我國(guó)已經(jīng)批復(fù)的風(fēng)電價(jià)格為0.5-0.6元/kw

23、h,但是隨著技術(shù)進(jìn)步和風(fēng)電產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大,到2020年之前風(fēng)電成本有望下降20%-40%,屆時(shí)風(fēng)電價(jià)格將接近0.4元/kwh,這個(gè)價(jià)格同常規(guī)電力相比是具有可競(jìng)爭(zhēng)性的。 (2)風(fēng)電屬于資源依賴性技術(shù),目前我國(guó)風(fēng)能資源分布及開(kāi)發(fā)潛力基本明確,雖然仍需要精查,但是從未來(lái)大規(guī)模需求來(lái)看,風(fēng)能資源具有保障。 (3)風(fēng)力發(fā)電對(duì)土地、水資源的要求很小,對(duì)環(huán)境的影響非常有限。 (4)在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)方面,我國(guó)學(xué)者提出了風(fēng)電低頻傳輸技術(shù)

24、、風(fēng)電直接傳送到電網(wǎng)中心等技術(shù),而且隨著我國(guó)對(duì)可再生能源關(guān)注程度的提高,長(zhǎng)期來(lái)看,風(fēng)力發(fā)電技術(shù)將會(huì)越來(lái)越成熟,能夠達(dá)到風(fēng)電大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)要求。 總體來(lái)看,風(fēng)力發(fā)電在技術(shù)、成本、市場(chǎng)上都具有明確的預(yù)期,也不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響,資源儲(chǔ)量也能保證期大規(guī)模的發(fā)展應(yīng)用,因而其未來(lái)必將大規(guī)模發(fā)展。</p><p><b>　　2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)</b></p><p>　　

25、2.1 傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)</p><p>　　2.1.1 籠型異步發(fā)電機(jī)</p><p>　　籠型異步發(fā)電機(jī)是傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)廣泛采用的發(fā)電機(jī)。與同步電機(jī)、直流電機(jī)、繞線式異步電機(jī)相比,籠型異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固、價(jià)廉、維護(hù)方便和功率密度高等突出優(yōu)點(diǎn)。異步電機(jī)作為可逆電機(jī),能用于發(fā)電場(chǎng)合,并在電網(wǎng)中的異步電機(jī)從電網(wǎng)吸收感性無(wú)功來(lái)勵(lì)磁,超同步運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)則處于發(fā)電狀態(tài)。本文介紹的獨(dú)立供電發(fā)

26、電運(yùn)行的籠型異步發(fā)電機(jī)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中的功率變換器是指軟并網(wǎng)用的雙向晶閘管起動(dòng)裝置，箭頭指功率P的流動(dòng)方向。其工作原理是利用電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，在高于同步轉(zhuǎn)速附近作恒速運(yùn)行，采用定槳距失速或主動(dòng)失速槳葉，單速或雙速發(fā)電機(jī)運(yùn)行。</p><p>　　圖1 籠型異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.1.2 繞線式異步發(fā)電機(jī)</p><p>　　繞線

27、式異步發(fā)電機(jī)由電機(jī)轉(zhuǎn)子外接可變電阻組成，其工作原理是通過(guò)電力電子裝置調(diào)整轉(zhuǎn)子回路的電阻，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率可增大至10%，能實(shí)現(xiàn)有限變速運(yùn)行，提高輸出功率，同時(shí)采用變槳距調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)子電流控制，可以提高動(dòng)態(tài)性能，維持輸出功率穩(wěn)定，減小陣風(fēng)對(duì)電網(wǎng)的擾動(dòng)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。</p><p>　　圖2 繞線式異步發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.1.3 有刷雙饋異

28、步發(fā)電機(jī)</p><p>　　雙饋式異步發(fā)電機(jī)實(shí)際是異步感應(yīng)電機(jī)的一種變異，雙饋異步發(fā)電機(jī)通常為4極或6極，轉(zhuǎn)速為1500r/min、1000r/min，如此高的轉(zhuǎn)速是通過(guò)多級(jí)增速齒輪箱來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種發(fā)電機(jī)始于上世紀(jì)80年代，日本日立公司、東芝公司和前蘇聯(lián)在這種發(fā)電機(jī)的研制和開(kāi)發(fā)中都作出了顯著的貢獻(xiàn)。為了降低異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行中功率變換器的功率，雙饋異步發(fā)電機(jī)被廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，通過(guò)控制轉(zhuǎn)差頻率可實(shí)現(xiàn)發(fā)電

29、機(jī)的雙饋調(diào)速。但是此種電機(jī)是有刷結(jié)構(gòu)，運(yùn)行可靠性差，需要經(jīng)常維護(hù)，并且此種結(jié)構(gòu)不適合于運(yùn)行在環(huán)境比較惡劣的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。</p><p>　　圖3 雙饋異步發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.1.4 同步發(fā)電機(jī)</p><p>　　作發(fā)電機(jī)運(yùn)行的同步電機(jī)。是一種最常用的交流發(fā)電機(jī)。在現(xiàn)代電力工業(yè)中，它廣泛用于水力發(fā)電、火力發(fā)電、核能發(fā)

30、電以及柴油機(jī)發(fā)電。由于同步發(fā)電機(jī)一般采用直流勵(lì)磁，當(dāng)其單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，能方便地調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電壓。若并入電網(wǎng)運(yùn)行，因電壓由電網(wǎng)決定，不能改變，此時(shí)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的結(jié)果是調(diào)節(jié)了電機(jī)的功率因數(shù)和無(wú)功功率。同步發(fā)電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與同步電機(jī)相同，一般采用三相形式，只在某些小型同步發(fā)電機(jī)中電樞繞組采用單相。近年來(lái)，采用同步發(fā)電機(jī)來(lái)代替異步發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)主要技術(shù)進(jìn)步。此種發(fā)電機(jī)極數(shù)很多，轉(zhuǎn)速較低，徑向尺寸較大，軸向尺寸

31、較小，可工作在起動(dòng)力矩大、頻繁起動(dòng)及換向的場(chǎng)合，并且當(dāng)與電子功率變換器相連時(shí)可以實(shí)現(xiàn)變速操作，因此適用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。</p><p>　　圖4 同步發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.2 新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)</p><p>　　2.2.1 開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)[2]</p><p>　　開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固,具有

32、成本低、工作可靠、控制靈活、運(yùn)行效率高、容錯(cuò)能力強(qiáng)等優(yōu)越特性,在某些特殊應(yīng)用領(lǐng)域有一定的應(yīng)用優(yōu)越性.開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一種典型的機(jī)電一體化電機(jī),其控制靈活,容易實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行,且可作發(fā)電機(jī)運(yùn)行。開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量密度高、過(guò)載能力強(qiáng)、動(dòng)靜態(tài)性能好、可靠性和效率高的特點(diǎn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。</p><p>　　圖5 開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.2.2 無(wú)刷

33、雙饋異步發(fā)電機(jī)</p><p>　　其基本原理與有刷雙饋異步發(fā)電機(jī)相同，主要區(qū)別是取消了電刷，此種電機(jī)彌補(bǔ)了標(biāo)準(zhǔn)型雙饋電機(jī)的不足，兼有籠型、繞線型異步電機(jī)和電勵(lì)磁同步電機(jī)的共同優(yōu)點(diǎn)，功率因數(shù)和運(yùn)行速度可以調(diào)節(jié)，因此適合于變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，其缺點(diǎn)是增加了電機(jī)的體積和成本。</p><p>　　2.2.3 永磁無(wú)刷直流發(fā)電機(jī)</p><p>　　永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)

34、是由一塊或多塊永磁體建立磁場(chǎng)的直流電動(dòng)機(jī)，其性能與恒定勵(lì)磁電流的他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)相似，可以由改變電樞電壓來(lái)方便地調(diào)速。與他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)相比，具有體積小、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、用銅量少等優(yōu)點(diǎn)，是小功率直流電動(dòng)機(jī)的主要類型。電樞繞組是直流單波繞組，采用二極管來(lái)取代電刷裝置，兩者連為一體，采用切向永磁體轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，外電樞結(jié)構(gòu)。此種電機(jī)不但具有直流發(fā)電機(jī)電壓波形平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，也具有永磁同步發(fā)電機(jī)壽命長(zhǎng)，效率高的優(yōu)點(diǎn)，適合在小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用。<

35、;/p><p>　　2.2.4 永磁同步發(fā)電機(jī)[3]</p><p>　　永磁同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)主要分為三部分：主電樞和主轉(zhuǎn)子、主勵(lì)磁機(jī)、副勵(lì)磁機(jī)。永磁其實(shí)是指副勵(lì)磁機(jī)部分，主轉(zhuǎn)子是一定是線圈繞組，不然就無(wú)法自動(dòng)調(diào)壓。主轉(zhuǎn)子通過(guò)直流電來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，在原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，磁場(chǎng)隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。永磁同步發(fā)電機(jī)采用永磁體勵(lì)磁，無(wú)需外加勵(lì)磁裝置，減少了勵(lì)磁損耗；同時(shí)它無(wú)需換向裝置，因此具有效率高，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)電

36、機(jī)轉(zhuǎn)子被風(fēng)能驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流。與等功率一般發(fā)電機(jī)相比，永磁同步發(fā)電機(jī)在尺寸及重量上僅是它們的1/3或1/5。由于此種發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)較多，且操作上同時(shí)具有同步電機(jī)和永磁電機(jī)的特點(diǎn)，因此適合于采用發(fā)電機(jī)與風(fēng)輪直接相連、無(wú)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的并網(wǎng)形式。</p><p>　　2.2.5 全永磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)[4]</p><p>　　全永磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)上完全由永

37、磁體構(gòu)成、不帶任何控制系統(tǒng)，其最大特點(diǎn)是“輕風(fēng)起動(dòng)，微風(fēng)發(fā)電”，起動(dòng)風(fēng)速為1.5m/s，大大低于傳統(tǒng)的3.5m/s。通過(guò)采用磁力傳動(dòng)技術(shù)和磁懸浮技術(shù)，可克服永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出特性偏軟的缺點(diǎn)。系統(tǒng)由原動(dòng)力傳送裝置、磁力傳動(dòng)調(diào)速裝置、磁輪、永磁發(fā)電機(jī)等幾部分組成。其低風(fēng)速啟動(dòng)技術(shù)，對(duì)開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)廣大地區(qū)的低風(fēng)速資源，增加風(fēng)力發(fā)電機(jī)的年發(fā)電時(shí)間有積極意義。</p><p>　　3 風(fēng)力發(fā)電控制技術(shù)</p>

38、<p>　　由于自然風(fēng)速的大小和方向的隨機(jī)變化，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組切入電網(wǎng)和切出電網(wǎng)、輸入功率的限制、風(fēng)輪的主動(dòng)對(duì)風(fēng)以及對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中故障的檢測(cè)和保護(hù)必須能夠自動(dòng)控制。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)從定槳距恒速運(yùn)行至基于變槳距技術(shù)的變速運(yùn)行，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組從能夠向電網(wǎng)提供電力到理想地向電網(wǎng)提供電力的最終目標(biāo)。</p><p>　　3.1 定槳距失速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)</p><p>　　

39、定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組于20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)，主要解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)問(wèn)題、運(yùn)行安全性與可靠性問(wèn)題。定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組于20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始進(jìn)入風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)，主要解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)問(wèn)題、運(yùn)行安全性與可靠性問(wèn)題。采用了軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣動(dòng)力剎車技術(shù)、偏行與自動(dòng)解纜技術(shù)。槳葉節(jié)距角在安裝時(shí)已經(jīng)固定，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率限制，輸出功率由槳葉本身性能限制。當(dāng)風(fēng)速高于額定轉(zhuǎn)速時(shí)，槳葉能夠通過(guò)失速調(diào)節(jié)方式自動(dòng)地將功率限制

40、在額定值附近，其主要依賴于葉片獨(dú)特的翼型結(jié)構(gòu)，在大風(fēng)時(shí)，流過(guò)葉片背風(fēng)面的氣流產(chǎn)生紊流，降低葉片氣動(dòng)效率，影響能量捕獲，產(chǎn)生失速。由于失速是一個(gè)非常復(fù)雜的氣動(dòng)過(guò)程，對(duì)于不穩(wěn)定的風(fēng)況，很難精確計(jì)算出失速效果，所以很少用在MW級(jí)以上的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制上。</p><p>　　3.2 變槳距風(fēng)力發(fā)電技術(shù)</p><p>　　從空氣動(dòng)力學(xué)角度考慮，當(dāng)風(fēng)速過(guò)高時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整槳葉節(jié)距、改變氣流對(duì)

41、葉片攻角，從而改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獲得的空氣動(dòng)力轉(zhuǎn)矩，使輸出功率保持穩(wěn)定。采用變槳距調(diào)節(jié)方式，風(fēng)機(jī)輸出功率曲線平滑，在陣風(fēng)時(shí)，塔筒、葉片、基礎(chǔ)受到的沖擊較失速調(diào)節(jié)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)要小很多，可減少材料使用率，降低整機(jī)重量。其缺點(diǎn)是需要一套復(fù)雜的變槳距機(jī)構(gòu)，要求其對(duì)陣風(fēng)的響應(yīng)速度足夠快，減小由于風(fēng)的波動(dòng)引起的功率脈動(dòng)。</p><p>　　3.3 主動(dòng)失速/混合失速發(fā)電技術(shù)</p><p>　　這種

42、技術(shù)是前兩種技術(shù)的組合。低風(fēng)速時(shí)采用變槳距調(diào)節(jié)可達(dá)到更高的氣動(dòng)效率，當(dāng)風(fēng)機(jī)達(dá)到額定功率后，風(fēng)機(jī)按照變槳距調(diào)節(jié)時(shí)風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)槳距相反方向改變槳距。這種調(diào)節(jié)將引起葉片攻角的變化，從而導(dǎo)致更深層次的失速，使功率輸出更加平滑，其綜合了前兩種方法的優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　3.4 變速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)</p><p>　　變速運(yùn)行是風(fēng)機(jī)葉輪跟隨風(fēng)速變化改變其旋轉(zhuǎn)速度，保持基本恒定的最佳葉尖速比，風(fēng)能利用

43、系數(shù)最大的運(yùn)行方式。與恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相比，變速風(fēng)力發(fā)電技術(shù)具有低風(fēng)速時(shí)能夠根據(jù)風(fēng)速變化在運(yùn)行中保持最佳葉尖速比獲得最大風(fēng)能、高風(fēng)速時(shí)利用風(fēng)輪轉(zhuǎn)速變化儲(chǔ)存的部分能量以提高傳動(dòng)系統(tǒng)的柔性和使輸出功率更加平穩(wěn)、進(jìn)行動(dòng)態(tài)功率和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)補(bǔ)償?shù)葍?yōu)越性。</p><p>　　4 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的智能控制</p><p><b>　　4.1 模糊控制</b></p>

44、<p>　　模糊控制是一種典型的智能控制方法，其最大特點(diǎn)是將專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)表示為語(yǔ)言規(guī)則用于控制。它不依賴于被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，能克服非線性因素影響，對(duì)被調(diào)節(jié)對(duì)象的參數(shù)具有較強(qiáng)的魯棒性。由于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是一個(gè)隨機(jī)性的非線性系統(tǒng)，因此模糊控制非常適合于風(fēng)力機(jī)的控制。模糊控制在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速跟蹤、最大風(fēng)能捕獲、發(fā)電機(jī)最大功率獲取以及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)魯棒性等方面取得了較好的控制效果?；\型異步發(fā)電機(jī)可采用模糊控制器跟蹤發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速以實(shí)現(xiàn)

45、最大空氣動(dòng)力效率、計(jì)算輕載時(shí)磁鏈以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)一逆變器效率優(yōu)化、實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)速度控制的魯棒性，可根據(jù)功率偏差及其變化取得在額定風(fēng)速以下運(yùn)行時(shí)的最大功率。變速恒頻無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 采用自適應(yīng)模糊控制模型，可實(shí)現(xiàn)較好的魯棒性和抗干擾能力，并且利用模糊控制可實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲并改善系統(tǒng)穩(wěn)定性。大部分文獻(xiàn)采用的是簡(jiǎn)單模糊控制器，主要缺點(diǎn)是控制精度不高，會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差， 需要專家知識(shí)，缺乏自適應(yīng)能力。</p><p>　　

46、4.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制</p><p>　　人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有可任意逼近任何非線性模型的非線性映射能力，利用其自學(xué)習(xí)和自收斂性可作為自適應(yīng)控制器。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用來(lái)根據(jù)以往觀察風(fēng)速數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)風(fēng)速變化等方面。變槳距風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中可采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器通過(guò)在線學(xué)習(xí)并修改 ． 特性曲線，實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的最大捕獲并減小機(jī)械負(fù)載力矩，根據(jù)風(fēng)速數(shù)據(jù)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性可建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參考自適應(yīng)控制模型。基于數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)是

47、現(xiàn)代智能技術(shù)中的重要方面，研究從觀測(cè)數(shù)據(jù)出發(fā)尋找規(guī)律，利用這些規(guī)律對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)或無(wú)法觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，來(lái)對(duì)工業(yè)過(guò)程進(jìn)行有效控制。這些學(xué)習(xí)方法包括模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等。在風(fēng)電系統(tǒng)中，可從運(yùn)行機(jī)組獲取大量重要數(shù)據(jù)，以對(duì)機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性和性能進(jìn)行研究。因此，將上述基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法與風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制相結(jié)合，是解決風(fēng)機(jī)控制問(wèn)題的重要途徑之一。</p><p><b>　　5 結(jié) 論&l

48、t;/b></p><p>　　風(fēng)電產(chǎn)業(yè)正處于一個(gè)技術(shù)成熟的階段,在電力能源市場(chǎng)中已占據(jù)了一席之地。為滿足全球未來(lái)對(duì)于清潔可再生電力的需求,風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的研發(fā)還需要持續(xù)不斷努力。為提高風(fēng)力發(fā)電效率，降低成本改善電能質(zhì)量,減少噪聲實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，風(fēng)力發(fā)電將向大容量、變轉(zhuǎn)速、直驅(qū)化、無(wú)刷化、智能化以及微風(fēng)發(fā)電等方向發(fā)展。加強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)、發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)公司規(guī)劃溝通協(xié)調(diào)。智能電網(wǎng)通過(guò)數(shù)碼技術(shù)提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性及效

49、率，可以應(yīng)用在所有相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈，是新能源產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略的核心之一。電網(wǎng)公司和發(fā)電企業(yè)必須要加強(qiáng)合作，探討電網(wǎng)建設(shè)滯后和風(fēng)力發(fā)電超前的問(wèn)題。按照風(fēng)電直供或者非并網(wǎng)解決風(fēng)電并網(wǎng)難問(wèn)題。加大對(duì)風(fēng)機(jī)的技術(shù)研發(fā)的支持，解決風(fēng)機(jī)制造企業(yè)的低技術(shù)重復(fù)建設(shè)問(wèn)題，加大重組的推動(dòng)。淘汰落后的產(chǎn)能。公司要積極通過(guò)與主要零部件供應(yīng)商談判等多種方式，適當(dāng)降低公司的采購(gòu)成本并爭(zhēng)取取得較為寬松的付款方式。公司可以通過(guò)與供應(yīng)商加強(qiáng)溝通，建立穩(wěn)定持續(xù)的供貨關(guān)系。未來(lái)的趨勢(shì)是風(fēng)機(jī)

50、制造企業(yè)需要通過(guò)并購(gòu)、或者自己建立一些關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)企業(yè)，這樣，就能夠消除原材料供應(yīng)對(duì)企業(yè)發(fā)展的掣肘。企業(yè)需要考慮在現(xiàn)在國(guó)家提倡行業(yè)企業(yè)做大做強(qiáng)，提高競(jìng)爭(zhēng)力的前提下，加快縱向一體化</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 盧為平.風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ).化學(xué)工業(yè)出版社，2011</p><p>　　[2] 葉杭冶.風(fēng)力

51、發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[3] 侯雪.風(fēng)力發(fā)電技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社，2014年12月 </p><p>　　[4] 張完善，劉六.校園環(huán)境與學(xué)風(fēng)建設(shè).城市日?qǐng)?bào)，2002年3月5日，第2版.</p><p>　　[5] Borko H, Bernier C L.Indexi

52、ng concepts and methods.New York: Academic Pr.,1978.</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，在這里我要感謝指導(dǎo)老師的知道和監(jiān)督，以及同學(xué)的支持和幫助，其中每一個(gè)字都包含了指導(dǎo)老師和同學(xué)們的汗水，如果沒(méi)有老師以及同學(xué)的幫助，是不可能完成這樣