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国电电力新疆新能源开发有限公司初级职称评定论文I摘要当今对可再生能源的开发利用中，风能由于其突出的优点而成为研究的热点，风力发电是我国能源和电力可持续发展战略的最现实选择。目前各种风力发电技术的发展方兴未艾，其中变速恒频风力发电技术因其高效性和实用性正受到越来越多的重视。本文在传统风力发电技术的基础上，主要致力于研究变速恒频双馈风力发电技术，从改善运行性能及增强实用性的角度出发，对变速恒频双馈风力发电技术展开了比较全面的理论性研究。通过查阅资料，首先分析了变速恒频风力发电的原理，并对风力发电机组的主要机型和控制技术做了简要概述。接着对变速恒频双馈风力发电系统的控制进行了研究，最后详细分析了该风力发电系统的结构以及基本原理，并提出了控制策略对其进行控制。在风力发电系统中，采用最大功率跟踪控制算法，能够有效地从风中获得最大能量。关键词：变速恒频；尖速比；IGBT变流器；变桨距控制国电电力新疆新能源开发有限公司初级职称评定论文II目录摘要..............................................................................................................................................................I绪论.............................................................................................................................................................31风力发电机的基本结构和分类.................................................................................................................41.1风力机的结构..................................................................................................................................41.2风力发电机组的分类......................................................................................................................42变速恒频风力发电技术.............................................................................................................................62.1变速恒频风力发电系统结构...........................................................................................................62.2变速恒频风力发电机组的运行原理..............................................................................................72.3双馈风力发电机基本原理...............................................................................................................92.3.1双馈发电机的运行状态.....................................................................................................103变速恒频风力发电控制系统的设计.......................................................................................................113.1变速恒频风力发电机组的运行状态分析....................................................................................113.2变速恒频风力发电机组电气控制系统的基本结构和功能........................................................143.2.1电气控制系统基本框图.....................................................................................................143.2.2系统功能.............................................................................................................................143.3电气控制系统的实现方法............................................................................................................163.3.1控制系统相关参数.............................................................................................................163.3.2硬件接口设计.....................................................................................................................173.3.3控制系统抗干扰设计..........................................................................................................213.4控制程序编制思路及流程图........................................................................................................22参考文献.......................................................................................................................................................26附录1变速恒频风力发电控制系统主控图...............................................................................................27国电电力新疆新能源开发有限公司初级职称评定论文3绪论随着世界各国对能源需求的不断增长和环境保护的日益加强，清洁能源的推广应用已成必然趋势。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。同样有效地利用风能发电是当今世界关注的焦点。随着风力发电机组容量的变大，提高发电机组的运行效率成为风能利用的潮流，对于此类要求，变速恒频风力机组自然成为一种不容忽视的趋势。风力发电是电力可持续发展的最佳战略选择。清洁、高效成为能源生产和消费的主流，世界各国都在加快能源发展多样化的步伐。从20世纪90年代开始，世界能源电力市场发展最为迅速的已经不再是石油、煤和天然气，而是太阳能发电、风力发电等可再生能源。世界各地都在通过立法或不同的优惠政策积极激励、扶持发展风电技术，而中国是风能资源较丰富的国家，更需要开发利用风电技术。技术创新使风电技术日益成熟。在风电机组叶片设计和制造过程中广泛采用了新技术和新材料，而风电控制系统和保护系统广泛应用于电力电子技术和计算机技术。新材料和新技术对于增强风电设备的保护功能和控制功能也有具重大作用。目前我国正在进行西部大开发。由于西部地区地广人稀，土地贫瘠，工业基础薄弱，人均用电量小，靠大电网去解决那里的用电问题是不够的，必须同时开发像风电这样的分散供电系统，才能将变速恒频风力发电技术研究的更好且能满足当地人民生产生活的需求。综上所述，开发利用风力资源，既可解决能源短缺，又可以优化能源结构，减少资源消耗和环境污染，减少温室效应等有害气体的排放，缓解全球变暖，保护环境。同时风力发电也有着巨大的社会效益和经济效益，因此，我们要树立正确的科学发展观，才能将风力发电提高到电力可持续发展的战略地位。国电电力新疆新能源开发有限公司初级职称评定论文41风力发电机的基本结构和分类1.1风力机的结构风力发电是将风的动能转换为机械能，再带动发电机发电，转换成电能。风力发电机的样式虽然多，但其原理和结构还是大同小异。目前商用大型风力发电机组一般为水平轴风力发电机，它由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等组成。风轮的作用是将风能转换为机械能，由气动性能优异的叶片(一般为2-3个叶片)装在轮毂上所组成，低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速，将动力传递给发电机。上述这些部件都安装在机舱平面上，整个机舱由高大的塔架举起，由于变速恒频风力发电技术研究风向经常变化，为了有效地利用风能，必须要有迎风装置，它根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮咬合的小齿轮转动，使机舱始终对风。如图1-1所示，其工作原理为当风流过叶片时，由于空气动力的效应带动叶轮转动，时轮透过主轴连结齿轮箱，经过齿轮箱(或增速机)加速后带动发电机发电。目前也有无齿轮箱式机组可降低震动、噪音，提高发电效率，但成本相对较高。1：轮毂(装叶片)2：传动系统3：增速齿轮箱4：刹车系统5：发电机6：塔架7：风速风向仪图1-1并网型风力发电系统1.2风力发电机组的分类按照不同的分类方式，风力发电机组可分为以下几种类型：国电电力新疆新能源开发有限公司初级职称评定论文51.按照风轮桨叶分类(1)失速型。高风速时，因桨叶形状或因叶尖处的扰流器动作，限制风力机的输出转矩与功率(2)变桨型。高风速时通过调整桨距角，限制输出转矩与功率。2.按风轮转速分类(1)定速型。风轮保持一定转速运行，风能转换效率低，与恒速发电机对应。(2)变速型1）双速型。可在两个设定转速运行、风能转换率低，与双速发电机对应。2）连续变速型。在一段转速范围内连续可调，可捕捉最大风能功率，与变速发电机对应。3.按照传动机构分类(1)齿轮箱升速型。用齿轮箱连接低速风力机和高速发电机（减小发电机体积重量，降低电气系统成本）。(2)直驱型。直接连接低速风力机和低速发电机（避免齿轮箱故障）。4.按发电机分类(1)异步型1）笼型单速异步发电机。2）笼型双速变极异步发电机。3）绕线式双馈异步发电机。(2)同步型1）电励磁同步发电机；2）永磁同步发电机。5.按并网方式分类(1)并网型。并入电网，可省却储能环节。(2)离网型。一般需配蓄电池等直流储能环节，可带交、直流负载与柴油发电机、光伏电池并联运行。国电电力新疆新能源开发有限公司初级职称评定论文62变速恒频风力发电技术