开题报告低风速时风力发电机组风轮的转速控制研究_风力机转速与风速
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开题报告
—低风速时风力发电机组风轮的转速控制研究一·低风速时风力发电机组风轮的转速控制研究的目的和意义
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到各国的重视。首先，它来自于自然，取之不尽用之不竭;其次，风力发电只降低了风的速度，并不产生任何有害的物质，对大自然没有污染。这些优势使得人们对它青睐有加。
目前，我国大规模风能开发利用主要集中在风能资源丰富的高风速区，对于风能资源较丰富和可利用的低风速区却几乎没有开发，而这部分地区约占全国总面积的68%，且我国能源消耗的主要区域均处于低风速区。
低风速时风力发电机组风轮的转速控制研究能帮助我国开发属于低风速区的风能，低风速区风能的开发对实现风能的就地转化和利用、弥补常规风能利用手段的不同、补充化石能源的短缺、及对能源消耗结构的调整有重要作用。二·国内外的研究概况
2.1 国内研究现状及发展趋势：
我国虽然是在20世纪70年代就开始研制大型并网型风力发电机组，但直到在90年代国家“乘风计划“的支持下，风力发电才真正从科研走向市场。在国家有关部委的支持下，额定功率为200kw、250kw、300kw、600kw的风力发电机组已研制成功，200kw~600kw的大型风力发电机组制造技术己基本掌握，并开始研制兆瓦级风力发电机组。我国自主开发的200kw~300kw级风力发电机组的国产化率已超过90%;600kw风力发电机组样机的国产化率达到80%左右。此外还开发了一批风光、风柴联合发电系统。浙江省机电设计研究院研制的200kw风力发电机组，于1997年4月通过了国家级技术成果鉴定，同年12月又完成了样机的研制。由上海蓝天公司主持研制的300kw风力发电机组，1998年初在南澳风电场投入并网运行，目前运行情况良好。在600kw风力机研制方面，由国家科委立项，新疆风能公司、浙江省机电设计研究院等单位主持的大型风力机国产化项目也迈出了坚实的步伐。到2003年，我国己在11个省区建立了27个风电场，总装机容量达46万kw。其中达坂城风电场累计安装风力发电机组172台，装机容量达到9.2万kw;南澳风电场安装风力发电机组近百台，装机容量达到4.8万kw;内蒙辉腾勒风电场装机容量也超过3万kw;福建的坪潭、大连横山、浙江舟山、上海崇明也都在规划建设500kw、600kw、800kw容量不等的风力发电场。其次，浙江、福建、广东沿海及新疆、内蒙古自治区都有较大功率的风力发电场。东部沿海有丰富的风能资源，距离电力负荷中心近，海上风电场必将成为今后我国新兴的能源基地。
虽然我国近几年风电发展很快，装机量以每年20%以上的速度递增，但风电仍仅占全国电力总装机的0.11%。相比国外，我国在风力发电技术的研究上比较落后，企业生产规模小，工艺技术落后，一些原材料和产品国产化程度低，重要原材料和零部件以及大容量的风力发电装置绝大多数依靠进口。国内自制的风力发电机多为异步发电机，不能做到变速恒频发电，不能有效地利用各种风况下的风能。总体上，我国的风力发电目前仍处于起步阶段。
2.2 国外研究现状与发展趋势：
首先从装机容量上来看近几年世界风力发电的发展。到2001年，全球总装机容量为25273mw，其中德国装机容量为8OOOmw，名列首位，占世界风电装机容量的30%。美国装机容量达4000mw，名列第二。西班牙为3300mw，名列第三。丹麦装机容量265Omw，英国为65Omw，中国为400mw，排列第八位。到2002年底，世界总装机容量为32037mw，而欧洲占全世界的74.4%，为23832mw。据预测，在2001一2005年的5年间，全世界新增风力发电设备的发电能力约为3900mw，到2010年全世界总装机容量会超过140000mw，预计2020年的世界风力发电量将占全世界总发电量的10%。
其次，从政策上来了解各国对发展风力发电的态度。为促进风力发电的发展，世界各国政府特别是欧美国家出台了许多优惠政策，主要包括有:投资补贴、低利率贷款、规定新能源必须在电源中占有一定比例、从电费中征收附加基金用于发展风电、减排C02奖励等。欧洲的德国、丹麦、荷兰等采用政府财政扶持、直接补贴的措施发展本国的风力发电事业;美国通过金融支持，由联邦和州政府提供信贷资助来扶持风力发电事业;印度通过鼓励外来投资和加强对外合作交流发展风力发电;日本采取的措施则是优先采购风电。多种多样的优惠政策促进了各国风力发电的快速发展。
三·论文的理论依据、研究方法、研究内容
3·1：风力机转速系统分析
本研究采用PLC作为风力发电机组的主结果控制器，可以用简单的程序完成复杂的逻辑控制。风力发电机组的运行逻辑通过PLC控制器进行协调，PLC控制器根据外部运行条件控制风力发电机组启动和停机，实时监控变流器内的电流和电压，协调整流器和逆变器的工作，控制变桨距调整风力发电机的转速，最终实现平稳的功率输出。
3·2：风力转速研究方法及理论
在不同的风速下,调整叶片的转速,最大的获取能量。也就是风速低于额定风速时,跟踪最大功率系数（Cpmax）。整个控制分成三个阶段:当风速达到启动风速时,风力机开始发电运行,叶片转速不断增加,C的值不断增加,风力机逐渐进入功率系数（Cp）恒定区(CpCpmax),这时随着风速的增大,转速必须下降,使叶尖速比减少的速度比转速恒定区下降的更快,使机组维持在更小的C值下恒功率运行。
转矩和转速关系特性可以用下图表示
转矩控制目前分直接速度控制和间接速度控制,间接速度控制是根据转矩和转速的平方关系式来控制发电机转矩:
论文采用的控制是采用直接速度控制,直接速度控制是将任一时刻所需要的最佳发电机转速设置为风速的函数,通过测量风速,然后从风力发电机组的功率特性推算发电机所需的最佳速度。
风速和叶尖速比确定当前的气动转矩Ta,在经过机械的感应滞后后输出气 动转矩Tm作工月在齿轮箱的轴上,根据输入的风速确定当前参考转速wret和经过传动系统测量的当前转速作为控制器的输入,控制器通过控制逆变器和发电机的转矩和气动输出转矩几乎达到动态平衡,控制叶轮的转速稳定在最佳叶尖速比附
近,获取最大的能量。转矩产生的延时一般低于10ms,与机械系统的时间常数相比,可以认为是瞬态过程,通过这一假设简化了风力发电机组模型,电气系统的状态参数的动态特性均可以相对机械系统忽略。
稳态时,风力发电机组的机械转矩
气动转矩是一个跟风速,转速,桨叶节距角有关的函数,当在桨叶节距角刀恒定时,运行点附件的小变化量可以表示为
可以看出叶轮的转矩和风速有关,同时也与自身的转速有关。
四·参考文献
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