风力发电实验模型的电气系统概述与设计

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1、风力发电实验模型的电气系统概述与设计第一章绪论1.1风力发电的背景伴随着社会经济的不断提高和巨大变化，现代的人类对于能源的需求日益增多。能源的有效供应是国民经济快速持续发展的保障。然而，能源危机与环境问题已成为当前人类面临的两大难题，可持续发展战略是解决这一问题的有效方法[1]。常规能源的不可再生性制约了经济与社会的可持续发展。新能源的开发与利用越来越受到广泛关注。而常规能源将消耗殆尽正需要加强对新能源的开发利用[2]。大力发展低碳经济对于解决当今世界严重的环境污染问题和资源枯竭，以及时下全球应对金融危机，调整能源结构问题具有重要意义。其中，风力发电作为绿色新能源为电力行业的发展提供了广泛的市

2、场和光明的前景。近年来，风能已成为发展迅速的绿色新能源之一。风能具有的优点是：干净无污染、不需要燃料、自然界可再生性；不需要采掘也不需要筑坝节省了装置和防护设备；不但在运行的方面可以降低所产生的费用问题，而且可以缩短建设的时间。通常的情况是风电机组在20-25年内可以正常使用，机组总成本的3%-5%大约就是在使用过程中和出现问题所需要的维护经费。长期以来，人们之所以忽视了风力发电作为新能源发电技术将会带来的广大前景是认为风电电价比火电电价高。我国风力发电将来的发展趋势是风电成本必然将要大幅降低，设备的国产化比重将日益提高。与太阳能、核能等其它新能源发电技术相比，风力发电成本较低，对周围的生态环

3、境影响小，技术较为成熟。随着现代电力电子技术的完善，日益成熟，风电产业发展迅速。主要表现在风能的利用率得到提高，单机容量的扩大，通过新技术的发展改善了风电机组的性能，风力发电成本降低，风电机组系统的安全性和可靠性受到了越来越多的重视，风能开发利用的政策受到世界鼓励并给与实施，风电的电价呈快速下降趋势，且在风资源丰富的地方可以和天然气发电以及新建的燃煤发电相竞争。发展改革委员会于2005年7月在风电建设的相关文件中明确提出：风电设备的国产化率必须不得低于70%。这一政策的提出对于推动我国风电技术大规模、商业化起了重要作用。技术的进步使风电成本越来越具有市场竞争力。1.2课题的研究背景和本论文的主

4、要研究内容近年来，风电技术正在飞速发展。为了能够实现不断并且进一步提高风力发电技术最好的方法是进行现场试验。在今后的几年内，还需加大对风电技术和智能电网技术的研究开发和支持力度，争取在新能源产业的核心技术上获得更大的突破，并且积极研究蓄能和储能电站建设。通过一些调查发现，在我国，风电场中相关的运行和维护人员的专业技术知识非常缺乏，很难迅速的解决风电场中的各种突出问题。为了他们更快的适应工作环境，企业还需要对这些人员进行专业的技能培训，这样不仅使企业的用人费用有所增加，在一定程度上还会对企业的发展产生制约。依托现有的职业技术培训资源，加强学校与企业的联合培养等模式，完成建设人才培养体系。其中包括

5、有几个方面：新能源的产业设计、设备的制造、设备的安装、设备的调试和运营管理等，积极引进国外的高端技术人员参与，保障新能源产业可持续发展。我国风电市场伴随着政府相关政策的不断完善，已经进入了提速的阶段，风力设备不断增长。相关的技术工程人员和专业人才是目前风电产业快速发展的必备条件[8]。一些高职院校顺应市场的需求，调整专业，开设风电类专业。同时，为了提高教学实验研究的质量，在实验室搭建风力发电系统实验模拟平台。一方面，克服了研究时间长，耗费大量的人力物力，减少了研究经费，不需要建立生产型实训基地的昂贵费用。另一方面，实验模拟平台的建设满足了对教学的实训装置的需求，实现理论结合实际的教学理念。更有

6、利于培养市场急需的有风力发电装备运行、维护的优秀高端技能型专门人才。第二章风力发电模型的基本组成及运行原理2.1系统基本组成该课题研究的是应用于教学实验中，可以独立运行小型风力发电的系统。将该装置称作风力发电模型的实验装置。由以下几个部分组成：风力机、风力发电机、耗能负载、整流器、蓄电池、逆变器、控制器和负载等组成[11-15]。本文从系统结构优化及提高可靠性的角度出发，在实际应用中采用变频器与异步电动机相结合来模拟风力机并作为原动机来直接连接永磁同步发电机，省去了电刷和集电环等易耗机械部件。在该系统中包含DC/DC变换器，该变换器所处的位置是在二极管搭建的整流桥和蓄电池之间，能实现的功能是能

7、量变换以及控制。其中安装了风速仪、霍尔电压电流传感器、电压电流调节电路、单片机等可以实现对电压、电流、风速等物理量的实时监测，构成了运行监测系统。因风能资源的不稳定性，发电机输出的交流电是变化的。经整流部分在对蓄电池充电，另一部分经逆变器转变为220V的稳定电压。风力发电系统结构如图2-1所示，可实现风力发电变流过程的演示实验。该系统具有结构简单、动态性能较好、效率和可靠性都比较高等有利的特点。系