1、风力发电毕业论文风力发电毕业论文LT5.2 低压穿越.155.3风电功率预测技术.15结语.17参考文献.18附录.19第一章 风力发电的历史与发展1.1 风力发电的意义 能源是国民经济发展和人类生活必须的重要物质基础。我国能源面临最突出的问题是国内化石类能源供应严重不足。一项关于我国未来能源供需报告曾预测，2020年国内可供应常规能源的量不到2亿吨标准煤，能源缺口将为4亿5亿吨，需要从国外进口。如果要减轻我国对石油和天然气进口的依赖，必须调整能源结构，大规模开发可再生资源。可再生能源将作为主要的替代能源，而风力发电则是可再生能源发展的的重点，市场广阔、前景光明、将为国民经济发展提供更充足的物
2、质保证。风力发电是当前既能获得能源，又能减少有害气体排放的最佳途径之一。目前我国的电能结构中75%是煤电，排放污染严重，增加风电等清洁能源比重刻不容缓。在减少室温气体二氧化碳和导致酸雨的二氧化硫等有害气体排放、保护环境、缓解全球气候变暖方面，风电是有效措施之一。风力发电产生的效益除了经济和环境效益以外，还有就业效益和脱贫致富等社会综合效益。综上所述，发展风力发电意义重大，及减少对石油、煤炭等化石类能源的依赖，减少环境污染；又能创造就业，促进地区经济增长。风力发电是现代社会成熟的、效率最为显著的能源转换技术之一，具有无可比拟的优势。1.2 世界风力发电的发展状况随着国际社会能源紧缺压力的不断增大
3、，风力发电得到了高度的重视。近20多年来，风电技术日趋成熟，应用规模越来越大。风力发电在欧洲发展最快，德国的风电发展处于领先地位，在近期德国制定的风电发展长远规划中指出，到2025年风电要实现占电力总容量的25%，到2050年实现占总用量的50%的目标。另外，丹麦的风能发电已经可以满足18%的用电需求，法国也在制定风能发电的长远发展规划。同时，亚洲的风力发电也在保持较快的发展势头。其中，印度政府积极推动风能发展，积极鼓励大型企业进行投资发展风电，并保持实施优惠政策激励风能制造基地，目前印度已经成为世界第五大风电生产国。（附录1、附录2、附录3） 1.3 中国风力发电的发展状况 我国地域幅员辽阔
4、，是世界上风力资源较为丰富的国家之一，全国可开发利用的风能约2.5亿千瓦。有沿海（山东、浙江、福建、广东）和东北至西北（包括内蒙古、新疆、甘肃）两大风带，风的质量很好，为开发风力发电提供了基础环境和条件，因此我国也在大力提倡风力发电。我国从70年代开始进行并网风力发电的尝试。早期，山东，新疆等地引入国外风力发电机组开始我国风电场的运行试验与示范。1997年在国家有关优惠政策和国家计委“成风计划”的推动下，年总装机容量越至10.88万千瓦。总的来说我国风能并网发电已经走过了30年历程，但是跟国外相比，我国装机容量仍然偏低，并且从设备制造水平来说还未走出“试验”阶段，但是同时也看出我国风电潜力巨大
5、。（附录4）随着风电技术的日趋完善，已经形成一种富有活力的新兴产业，并向产业化、设备化、大型化、设备实用化、取能高度化、成本低廉化和开发多元化等方向发展。（附录5）第二章 风力发电系统2.1 风力发电的原理因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染，风力发电正在世界上形成一股热潮。风力发电的原理比较简单，类似于水利发电，风力发电就是利用风力带动风车叶片旋转，在透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度，便可以开始发电。风机发出的电因为质量不高难以直接应用，所以要实现利用就必须要将发出的电能进行变换，满足并网要求，这样就需要我们设计一个可
6、靠的整流逆变系统和控制系统来对其进行变换和控制，使其满足条件。2.2 恒速恒频发电系统 恒速恒频发电系统一般说来比较简单。所采用的发动机主要有两种，即同步发电机和鼠笼型感应发电机。前者运行于由电机级数和频率所决定的同步转速，后者则以稍高于同步速的转速运行。风力发电中所用的同步发电机绝大部分是三相同步电机。其输出连接到邻近的三相电网或输配电线。其输出连接到邻近的三相电网或输配电线。因为三相电机比起相同额定功率的单相电机来，一般体积小、效率较高、而且便宜，所以只有在功率很小和仅有单相电网的少数情况下才会考虑用单相发电机。同步发电机的主要优点是可以像电网或负载提供无功功率，一台额定容量125KVA、
7、功率因数为0.8的同步发电机可以在提供100KW额定功率的同时，向电网提供+75KW和-75KW之间的任何无功功率值。它不仅可以并网运行，也可以单独运行，满足各种不同负载的需要。同步发电机的缺点是它的结构以及控制系统比较复杂，成本相对于感应发电机也比较高。感应发电机也称为异步发电机，有鼠笼型和线绕型两种。在恒速恒频系统中，一般采用鼠笼型异步发电机。它的定子铁心和定子绕组的结构与同步发电机相同。转子采用笼形结构，转子铁心由硅钢片叠成，呈圆筒形。槽中嵌入金属导条，在铁心两端用铝或铜端环将导条短接。转子不需要外加励磁，没有滑环和电刷，因而结构简单、坚固，基本无需维护。（附录6、附录7）2.3 变速恒
8、频发电系统这是20世纪70年代中期以后逐渐发展起来的一种新型风力发电系统，其主要优点是在于风轮以变速运行，可以在很宽的风俗范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比，从而提高了风力发电机的运行效率，从风中获取的能量可以比恒速风力发电机高得多。此外，这种风力发电机在结构上和使用中还有很多的优越性。利用电力电子学是实现变速运行的最佳最好的办法之一，虽然与恒速恒频系统相比可能使风电转换装置的电气部分变得较为复杂和昂贵，但电气部分的成本在中、大型风力发电机组所占比例不大，因而发展中、大型变速恒频风电机组受到许多国家的重视。2.3.1 不连续变速系统一般来说，利用不连续变速发电机可以获得连续变速运行的某些好处，但
9、不是全部好处。主要效果是比以前单一转速的风电机组有较高的年发电量，因为它能在一定的风速范围内运行于最佳叶尖速比附近。但它对风速的快速变化实际上只是一台单速风力机，因此不能期望它像连续变速系统那样有效的获取变化的风能。更重要的是，他不能利用转子的惯性来吸收峰值转矩，所以这种方法不能改善风力机的疲劳寿命。2.3.2 连续变速系统连续变速系统可以通过多种方法来得到，包括机械方法、电/机械方法、电气方法及电子学方法等。机械方法如采用变速比液压传动或可变传动比机械传动，电/机械方法如采用定子可旋转的感应发电机，电气式变速系统如采用高滑差感应发电机或双定子感应发电机等。这些方法虽然可以得到连续的变速运行，
10、但都存在这样或那样的缺点和问题，在实际应用中难以推广。目前看来最有前景的当属电力电子学方法，这种变速发电系统主要有两部分组成，及发电机和电力电子变换装置。发电机可以是市场上已有的，通常电机如同步电机、鼠笼型感应发电机、绕线型感应发电机等。也有近来刚研制的新型发电机如磁场调制发电机、无刷双馈发电机等；电力电子变换装置有交流/直流/交流变换器和交流/交流变换器等。2.3.3 变速恒频发电系统的特点变速恒频风力发电系统的特点是风力机和发电机的转速可在很大范围内变化，而不影响输出电能的频率。可以通过适当的控制，使风力机的尖速比处于或接近最佳值，从而可以最大限度的利用风能。另外，对于恒速风机来讲，当风速
11、跃升时，巨大的风能将通过风轮机传递给主轴、齿轮和发电机等部件，在这些部件上产生很大的机械应力，如果这种过程重复出现会引起这些部件的疲劳损坏，因此设计时应该加大安全系数，从而导致制造成本增加。而风力发电机采取变速运行时，当风速跃升产生的巨大风能，部分被加速旋转的风轮吸收以功能的形式储存于高速运转的风轮中，从而避免主轴及传动机构承受过大的扭矩和应力。当风速下降时，在电力电子装置调控下，将高速风轮所释放的能量转变为电能送入电网，风轮的加速、减速对风能的阶跃性变化起到缓冲作用，使风力机内部能量传输部件的应力变化比较平稳，防止破坏机械应力产生，从而使风力发电机组运行更加平稳和安全。2.3.4 变速恒频发
12、电系统的结构变色恒频风力系统以变速恒频为核心，系统结构包括：风能机、齿轮箱、异步发电机、整流装置、储能装置、控制系统六部分。第三章 功率控制系统3.1 异步发电机异步发电机三相电枢绕组的输出电压将是由频率为和的两个分量组成的调幅波。通过并联桥式整流器整流，然后通过可控硅开关电路，将波形的一半反向，最后经滤波器滤波，即得到与发电机转速无关频率为的恒频正旋波输出。它实质上是利用一台三相高频交流发电机，通过磁场调制和解调技术来产生一个所需的低频单相输出。发电机系统输出电压的频率和相位仅取决于励磁电流的频率和相位，而与发电机的转速无关。这个特点非常适合用于并网运行，风力发电机的励磁通过励磁变压器取自电
13、网，这样，风力发电机的输出总是自动与电网同步，不存在失步问题，而且整个系统控制相当简单，运行非常可靠。它的另一个优点是可以使风力机在很大风速范围内按最佳效率运行，提高了风能转化效率，且简化风力机的调速机构，只需采取适当的限速措施即可，并且在限速运行区仍可允许转速有一定范围的波动，从而可降低风力机机械部分的造价，并能提高运行可靠性。另外，电路输出波形中谐波分量很小，可以得到相当好的正弦输出波形。异步发电机一直是风能系统中常用的能量转换器，因为把异步发电机并入电网的手续极为简单，只要将转子带动到尽可能接近同步转速，并注意转子向定子旋转磁场转向一致，即可并入电网。通常同步发电机并入电网时必须整步，并
14、且并入电网时有时会发生振荡与失步。而且，变速运行的风力发电机能捕捉更多的风能，这可从三个方面来说明：当风速低于用来发出与电网同频率电能所需的速度时，仍能利用此时的风能。第二，通过对电压和频率的动态控制允许发电机工作在最大效率点。第三，电压和频率的动态控制使电机励磁能跟踪风俗变化，因此可以降低机械传动的能量损耗。但该机组的主要缺点是风速小时，电能输出少。为此在风力发电机组的机电变换器线路中利用不同极对数和不同额定功率值的两台异步发电机的方法，可以达到增加输出的目的。该方案是在电网频率不变的情况下，由风轮运行工况变换为电机转速变化工况，从而增加了电能输出，还可以实现机组的平衡起动和电磁制动，以及电网电压故障时，控制线路中的伺服电动机可得到备用电源。利用两台发电机无疑会增加风力发电机组的年发电量，但同时也会增加主电气设备的成本，增加这就的运行费用。因此，也有采用一台双速变极发电机来替代两台不同额定功率值得异步发电机。3.2 整流装置 3.2.1 整流电路的选择策略 1）整流电路是电力电子电路
