风力机的调节与控制技术-毕业设计.docx
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《风力机的调节与控制技术-毕业设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《风力机的调节与控制技术-毕业设计.docx(61页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、课程设计说明书题目名称: 风力机的调节与控制技术 系 部: 电力工程系 专业班级: 新能源13-1 学生姓名: 学 号: 指导教师: 完成日期: 2016.5.11 新疆工程学院课程设计评定意见设计题目 风力机的调节与控制技术 系 部 电力工程系 专业班级 新能源13-1 学生姓名 学生学号 评定意见:评定成绩: 指导教师(签名): 年 月 日(此页背书)评定意见参考提纲:1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。2、学生的勤勉态度。3、设计或说明书的优缺点,包括:学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。新疆工程学院 电 力 工 程 系(部)课程设计任务书
2、 2015/2016学年 第二学期 2016年 5月 11日专业新能源应用技术班级13-1课程名称毕业设计设计题目风力机的调节与控制技术指导教师竟静静起止时间周数设计地点设计目的:设计任务或主要技术指标:(1)查阅相关资料,掌握定速风力发电机组的工作特性 (2)查阅相关资料,掌握变速风力发电机组的工作特性 (3)研究桨叶的气动特性,明白偏航系统的工作原理 (4)研究定桨距控制系统的工作原理 (5)研究变桨距控制系统的工作原理设计进度与要求:主要参考书及参考资料: 1 陈伯时.电力拖动自动控制系统M).北京:机械工业出版社,2003.2 叶杭冶.风力发电机组的控制技术M.北京:机械工业出版社,2
3、005.3 郑康.变速恒频风力发电系统中的风力机模拟M.机电工程,2003.4 林勇刚.大型风力机变桨距控制技术研究D. 杭州:浙江大学, 2005.教研室主任(签名) 系(部)主任(签名) 摘 要空气流动所形成的动能极为风能。风能利用形成主要是将大气运动时所具有的动能转化为其他形式的能。随着风电技术不断进步,容量逐步增大,单机容量已达几百千瓦,并有兆瓦级风力发电机问世,作为一种新的,安全可靠的,干净的能源而受到国际上风资源丰富国家的关注与大规模开发。风力机和发电机是风力发电中的两个关键部分,有限的机械强度和电气性能使其速度和功率受到限制,因此风力机和发电机的功率和速度控制是其关键技术之一。风
4、力发电机组在超过额定风速(1216m/s)以后,由于机械强度和风力机、发电机、电力电子容量等物理性能的限制,必须降低风能所捕获的能量,使功率的输出保持在额定值附近即保持功率输出恒定,同时减少叶片承受的负荷和整个风力机收到的冲击,保证风力机不受到伤害。本文对风力发电机组的桨距控制系统、风力机的偏航控制机构、驱动机构做了较为全面的分析及介绍。首先简述了风力发电的现状和发展的趋势,介绍了定速定桨和变速变桨风力发电机组的特点,综述了发电机组的构成及各部件的功能,设计了风电机组的偏航控制系统。阐述了课题研究的意义,并提出了本文主要研究的内容。深入学习定速发电机组的失速控制原理,在此基础上对变桨距控制和主
5、动失速控制进行研究。关键词:风力发电机;定桨距;变桨距;偏航系统;驱动机构目 录第一章 绪论11.1风能11.2 风能发电的历史与现状21.3 2014年我国风电装机容量21.4 风力发电技术的发展51.5 风力发电的前景5第二章 风力发电机组概述72.1 风力发电机组的组成72.2 风力发电机组的工作原理82.3 风电机组的分类92.3.1 按功率控制方式分类92.3.2 按发电机控制方式分类的风力机组102.4 风力发电控制系统简介102.4.1 变桨距系统112.4.2 偏航系统122.4.3 制动系统12第三章 风力发电桨距调节及偏航系统简介133.1 定桨距133.1.1 双速发电机
6、133.1.2 定桨距风力发电机组的特点133.2 风力发电的空气动力学基础143.2.1 贝茨理论143.2.2 风轮机163.3 变桨距173.3.1 变桨距173.3.2 定桨距与变桨距的比较183.3.3 变桨距控制过程193.4 变桨距风力机组的运行状态分析193.4.1 启动状态193.4.2 欠功率状态203.4.3 额定功率状态203.5 变桨距控制的特点203.5.1 输出功率特性203.5.2 风能利用率213.5.3 额定功率213.5.4 启动与制动性能213.5.5对机械部件的影响213.6 偏航控制系统功能和原理223.6.1 偏航控制系统的功能223.6.2 偏航
7、控制原理223.6.3 偏航驱动机构23第四章 变桨距控制系统的设计254.1 所涉及设备介绍254.1.1 GE PAC SysteRX3i控制器简介254.1.2 PAC Systems RX3i性能264.1.3 PAC Systems RX3i模块简介274.1.4 运动模块DSM324i介绍274.1.5 伺服电机选型284.2 设计方案294.3 液压变桨距控制系统设计294.3.1 液压变桨距控制系统304.3.2 液压变桨距结构304.3.3 变桨控制系统的设计314.4 液压变桨距控制系统评估334.5 电动变桨距控制系统设计344.5.1 独立变桨距控制分析354.5.2
8、统一变桨控制系统384.6 电动变桨距软件设计394.7 电动变桨距系统评估414.8 液压变桨距与电动变桨距的比较414.9 最佳控制思想41总结42致谢43参考文献44附录45风力机的调节与控制技术第一章 绪论1.1风能风是地球上的一种自然现象,它是由太阳辐射热引起的。风能是太阳能的一种转换形式,是一种重要的自然能源。太阳照射到地球表面,地球表面各处受热不同,产生温差,从而引起大气的对流运动形成风。在新能源发电技术中,风力发电是其中最接近实用和推广的一种。风力发电是一个综合性较强的系统,涉及空气动力学、机械、电机和控制技术等领域。风力发电是在大量利用风力提水的基础上发展起来的,它首先起源于
9、丹麦,目前丹麦已成为世界上生产风力发电设备的大国。20世纪70年代世界连续出现石油危机,随之而来的环境问题迫使人们考虑可再生能源利用问题,风力发电很快重新提上了议事日程。风力发电是近期内最具开发利用前景的可再生能源,也将是21世纪中发展最快的一种可再生能源。据理论计算全球大气中风能总的能量是1017kW,而且是可再生的,估计大约有3.51012kW的蕴藏风能可以被开发利用,这个价值至少比世界上可利用的水能大10倍,而且风取之不尽,用之不竭,不存在资源衰竭问题,同时在风能的转换过程中,基本不消耗化石能源,因而不会对环境构成严重威胁。从表1.1可以看出风力发电具有显著的环保效益。据专家计算,风力发
10、电每1kW/时一般可以减少消耗0.310.34kg标准煤,同时还会减少排放CO2 0.8350.93kg,以及一定数量的NO2,SO2及粉尘灰碴等。CO2会导致温室效应,空气中的NO2和SO2会产生酸雨,粉尘污染空气,灰碴需占用土地堆放和处理。而风力发电则不同其作为绿色能源的一种,己深受全世界的重视。表1.1 不同能源对环境影响对比表能源空气污染气候改变土地使用水质污染野生动物辐射煤极高极高高高高低石油高高中等中等中等近乎为零天然气中等高中等低低近乎为零水电近乎为零中等高高近乎为零近乎为零核电近乎为零低低高高极高太阳能近乎为零低高近乎为零近乎为零近乎为零风能近乎为零极低低近乎为零近乎为零近乎为
11、零正如美国著名学者、美国地球政策研究所所长莱斯特布朗在他的新书B模式中指出:我们要提倡风力发电,由于风能非常丰富、价格非常便宜、能源不会枯竭;又可以在很大范围内取得非常干净,没有污染,不会对气候造成影响。目前,还没有任何一种能源有这么多的优点。因此风能是一种对环境和人类都友好的真正的无污染的能源,其是改变全球能源与环境冲突的最有效方式之一,而这其中以风力发电最为广泛。1.2 风能发电的历史与现状世界上第一个利用风力发电的国家是丹麦。1890年,丹麦制造了人类社会第一台风力发电机。到1910年时,已有几百台525kW的风力发电机组在丹麦运行。同年荷兰、美国等国家也都有风力机发电机组的运行。风力发
12、电的应用最初在边远地区,应用的方式主要有: 单独使用小型风力发电机,供家庭住宅使用; 风力发电机与其它电源联用,可为海上导航设备和远距离通信设备供电; 并入地方孤立小电网,为乡村供电。在此后的一段时间内,由于风力机机械故障频发和发电成本较高,而且石油价格下降、能源供应状况好转,因而风力发电并没有得到足够的重视,几乎没有得到什么发展。风力发电技术真正得以大的发展是在本世纪50年代中期之后,在这段时间里,由于火电造成的环境污染日益严重,而且正逐步耗尽人类有限的矿物资源,导致人们对可再生能源包括风能越来越重视,特别是1973年石油危机以来,经过几十年的努力,风力发电机机组得到了日新月异的进展,风力发
13、电逐步从科研走向产品,从实验走向实用。我国风力发电起步于80年代末,集中在沿海和新疆、内蒙风能带。19861994年试点,1994年新疆达坂城2号风场首次突破装机10 MW(当年全国装机25 MW),4年后,全国装机223 MW,增长9倍,占全球风力发电装机的2.3%。全球风能理事会据相关统计公布:2009年全球风电增长28.8%,高于过去10年的平均增长,增长最快的市场在欧洲、北美和亚洲。全球的总装机容量已超过了12.08千万千瓦,相当于减排1.58亿吨二氧化碳。风力发电增长最快的主要是美国和中国,中国风能协会发布的2010年中国风电装机容量统计报告中显示,2010年中国新增安装风电机组12
14、904台,装机容量18927.99兆瓦,年同比增长37.1%;累计安装风电机组34485台,装机容量44733.29兆瓦,年同比增长73.3%,成功超越美国跃居全球第一风电大国的地位。1.3 2014年我国风电装机容量总体装机情况 2014年,中国风电产业发展势头良好,新增风电装机量刷新历史记录。据统计,全国(除台湾地区外)新增安装风电机组13121台,新增装机容量 23196MW,同比增长44.2%;累计安装风电机组76241台,累计装机容量114609MW,同比增长25.4%,如图1.1。 图1.1 2004-2014年中国新增和累计风电装机容量区域装机情况 2014年,我国各大区域的风电
15、新增装机容量与2013年相比,除东北地区有所下降外,其他区域的新增装机容量均呈上升态势。东北三省区域除黑龙江省新增装机容量略显增长外,吉林和辽宁分别同比下降28.76%和44.8%。西南和西北区域新增装机容量分别同比增长72.26%和67.84%,华北区域同比增长45.44%、华东区域同比增长41.26%。2014年,我国各省区市风电新增装机容量中,排名前五的省份有甘肃、新疆、内蒙古、宁夏和山西,占全国新增装机容量的52.6%。 其中甘肃同比增长488.3%,宁夏同比增长91.44%,新疆同比增长2.23%,内蒙古同比增长29.46%,山西同比增长17.97%。2014年,我国风电累计装机容量
16、(除台湾地区外)为114608.89MW,其中,内蒙古自治区依然保持全国首位,累计装机容量达到22312.31MW,占全国19.5%。其次为甘肃,占全国9.36%,河北和新疆占比相当,分别为8.61% 和8.44%,如图1.2所示。 海上风电装机情况 2014年,中国海上风电新增装机61台,容量达到229.3MW,同比增长487.9%,其中潮间带装机容量为130MW,占海上风电新增装机总量的56.69%。2014年,远景能源和上海电气的海上风电机组供应量较大,其他企业仅安装了实验样机。截至2014年底,中国已建成的海上风电项目装机容量共计657.88MW。 截至2014 年底,我国潮间带累计风
17、电装机容量达到434.48MW,占海上装机容量的65.6%,近海风电装机容量占34.4%,其中规模化项目有近海风电项目为东海大桥海上项目(102MW)及其二期项目,龙源如东海上(潮间带)示范风电场,还有江苏如东扩建项目,其余主要为各风电机组制造商安装的实验样机。截至2014年底,海上风电机组供应商共11家,其中累计装机容量达到100MW以上的机组制造商有华锐风电、上海电气、远景能源、金风科技,这四家企业海上风电机组装机量占海上风电装机总量的86.9%。在所有吊装的海上风电机组中,累计装机容量最多的是3MW机组,占总装机容量的27%,其次是4MW机组,装机容量占20%, 2.5MW 和3.6MW
18、机组装机量分别占到16%和15%。目前单机容量最大的是6MW机组,分别由联合动力和明阳风电供应,如图1.3。图1.2 2014年中国各省区市风电新增装机容量图1.3 截至2014年底中国海上风电新增和累计装机情况1.4 风力发电技术的发展发展了一个多世纪的风力发电,在其道路上虽然有过停滞期,但是总体来看风电技术的发展依然是令人惊讶的。第一,风电机组单机容量持续增大。安装大容量机组能够降低风电场运行成本,降低整个风力发电成本,从而提高风电市场竞争力。同时,随着现代风电技术的日趋成熟,风力发电机组技术朝着提高单机容量,减轻单位千瓦重量,提高转换效率的方向发展。第二,变桨距功率可调节型机组发展迅速。
19、由于变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全、高效等优点,近年来在风电机组特别是大型风电机组上得到了广泛应用。大多数风电机组开发制造厂商,包括传统失速型风电机组制造厂商,都开发制造了变桨距风力发电机组。第三,变速恒频技术得到快速推广。随着风电技术以及电力电子技术的进步,大多风电机组开发制造厂商开始使用变速恒频技术,并结合变桨距技术的应用,开发出了变桨变速风电机组,并在市场上快速推广和应用。第四,无齿轮箱直驱风电机组的市场份额迅速扩大。无齿轮箱的直驱方式能有效减少由于齿轮箱问题而造成的机组故障,可有效提高系统运行的可靠性和寿命,可大大减少维护成本,受到了市场的推崇。第五,全功率变流技术兴起。近年
20、来,欧洲Enercon、Winind等公司都发展和应用了全功率变流的并网技术,使风轮和发电机的调速范围可从0到150%的额定转速,提高了风能的利用范围,改善了向电网供电的电能质量。第六,海上风力发电机组的开发应用。由于风力发电机组置身于运行工况更为复杂的海上,机组地基和塔架要承受海水的腐蚀和海浪的拍打,机组自身还要设计有抵御台风的侵袭,所以应用于海上的风力发电机组要具有更高的性能和安全要求。1.5 风力发电的前景目前风电己经成为世界上增长最快的能源,过去5年全球风电累计装机容量的平均增长率一直保持在33%。欧洲风能协会和绿色和平组织签署了风力力发电关于2020年风电达到世界电力总量的12%的蓝
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 风力机 调节 控制 技术 毕业设计
![提示](https://www.deliwenku.com/images/bang_tan.gif)
限制150内