直驱式永磁风力发电控制系统设计【文献综述】

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1、毕业设计文献综述机械设计制造及其自动化直驱式永磁风力发电控制系统设计一、概述地球表面各处接受太阳照射受热不同而产生温差．引起大气对流运动形成风。地球上风能蕴藏量巨大。而且取之不尽。用之不竭，是一种重要的可再生能源。据世界气象组织于1954年估计，地球上可为人们利用的风能有107MW．这相当于10000个100万kW的利用燃料发电的发电厂的容量．是地球上可供利用的水力的100倍。这是一个非常可观的数量[1]。人类利用风能的历史已经有数千年．然而利用风能发电的历史却始于1891年．但之后的较长时间发展缓慢。直到1973年石油危机后，风力发电作为新能源越来越受到重视。特

2、别是20世纪90年代以来．风力发电加速发展[1]风力发电是新能源发电中技术成熟、最具规模化的发电技术之一。风力发电具有利用可再生能源、无污染、运行成本低、建设周期短、不占用耕地、单台发电设备投资小、建设有灵活性等许多优点，是最具有发展潜力的能源产业。[2]本文主要在已有的各类发电机的基础上设计一个全新的旋翼式立轴风光发电装置二、已有文献综述及评价风力发电机组是将风能转化为电能的机械．其最主要的部件是风轮．常见风力发电机的风轮为水平轴三叶片，分为定转速与变转速、定桨距与变桨距等几种类型．在理论上，最好的风轮只能将约60％的风能转换为机械能。现代风电机组风轮的效率可以

3、达到40％．在风电机组输出达到额定功率之前，其功率与风速的立方成正比。可见风电的效率与当地的风速关系极大．[3]风力发电在新能源和可再生能源行业中增长速度最快，据相关数据统计。在过去10年中全球风电产业年平均增长率达到了惊人的28％，而美国、意大利和德国的年增长率更是高达50％以上[1]．截至2008年底．全球累计风电装机容量已达到1．2亿kW．[3]针对风电设备制造业的政策主要有：(1)财政补贴政策(2)研发资助政策(3)认证制度(4)强制购买政策(5)政府目标规划(6)国产化生产政策在过去30多年。全球风电技术得到了快速发展，大型风电机组研制技术日趋成熟。根据

4、近5年美国风电设备相关专利的国际IPC分类统计可知：特殊用途的风力发动机、风力发动机与受它驱动的装置的组合、作用于非电原动机并取决于发电机的电输出值的控制、具有基本上与风向一致的旋转轴线的风力发动机、用于取得所需输出值的发电机的控制装置、自动控制和安装结构等为风电技术发展的主要领域．风电机组研制主要向以下几方面发展。(1)大功率风电机组技术(2)水平轴风电机组技术(3)直驱式、全功率变流技术(4)“智能变桨”技术(5)“中速双馈”机组技术(6)深海漂浮式风电机组技术(7)风一光互补发电系统的开发[4]自风电投入应用以来，经过几十年研究与发展，逐渐形成水平轴、三叶片

5、、上风向、管式塔的统一结构。近年来，风力发电技术在电机、电力电子、现代控制、计算机等相关技术的推动下快速发展。当今，风能开发应用及其发展主要表现在1：普通三相同步发电系统在早期的恒速恒频风力发电系统中采用了普通三相同步发电机，风力机与发电机之间通过齿轮箱连接，风力机采用定桨距控制技术，发电机通过断路器直接与电网连接，这就是所谓的“刚性连接”。同步发电机在运行中，由于它既能输出有功功率，又能提供无功功率，频率稳定，电能质量高，已被电力系统广泛采用然而，由于风速时大时小，随机变化，作用在转子上的转矩极不稳定，并网时其调速性能很难达到同步发电机所要求的精度，因此把它用于

6、到风力发电机组上使用效果并不太理想。该系统需要调速机构和励磁机构对同步发电机的频率、电压和功率进行有效的控制，否则可能会造成无功振荡与失步，重载下尤为严重。近年来随着电力电子技术的发展，在同步发电机与电网之间采用变频装置，从技术上解决了“刚性连接”的问题，采用同步发电机的方案又引起了人们的重视。普通三相同步发电机型风力发电系统结构示意图如图1-1所示。为了捕获最大风能，风力机的功率控制采用变桨距调节方式。发电机定子侧通过功率变换器与电网实现“柔性连接”，转子侧通过励磁控制器调节发电机的励磁电流以控制发电机定子侧的输出电压幅值，构成全功率变换器的变速恒频同步风力发电

7、系统。[5]2：双馈风力发电系统双馈式发电机是变速运行风电系统的一种，其模型如图1-2所示，包括风力机、齿轮箱、感应发电机、PWM变频器和直流侧电容器等。双馈机的定子与电网直接连接，转子通过两个变频器连接到电网，机组可在较大速度范围内运行，与电网之间实现能量双向传输。当发电机运行在超同步速度时，发电机定子和转子同时向电网输送能量；而当运行在亚同步速度时，电网通过变频器向转子输送功率。直流侧电容器的作用是维持直流母线电压恒定。与恒速风力机不同，其功率控制方式为变桨距控制，即桨叶节距角随着风速的改变而改变，从而使风力机在较大范围内按最佳参数运行，以提高风能利用率。当风

8、速增大到额