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1、l新疆大学科学技术学院新疆大学科学技术学院College of science technology Xinjiang University学生毕业论文学生毕业论文( (设计设计) )题题 目：目： 风力发电机组桨距控制系统设计风力发电机组桨距控制系统设计指导教师指导教师: : 学生姓名：学生姓名： 专专 业：业： 电气工程及自动化电气工程及自动化班班 级级： 电气电气 完成日期完成日期： 年年 5 5 月月 1818 日日l新疆大学科学技术学院新疆大学科学技术学院学生学生毕业论文（设计）任务书毕业论文（设计）任务书学生姓名 学号 专 业 电气工程及其自动化 班级 论文（设计）题目 风力发电机
2、组桨距控制系统设计 论文（设计）来源 教师科研 要求完成的内容 （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，翼型的失速控制原理 （4）研究变桨距控制系统的工作原理 （5）研究主动失速控制系统的工作原理 （6）完成毕业设计说明书一篇 发题日期：2011 年 3 月 9 日 完成日期：2011 年 5 月 18日指导教师签名 l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，近
3、十几年来风力发电 机产品质量有了显著提高，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。桨距控制可以最大限度的捕获 风能。桨距控制系统是风力发电机组的关键技术之一，本文对风力发电机组 的桨距控制系统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。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 制和主动失速控制进行研究。关键字：风力发电机组；定速发电机组；失速控制；变桨距；主动失速；Abstract
4、Air flow formed by kinetic energy extremely wind power. Wind energy formation is mainly will atmospheric motion with the kinetic energy when converted into other forms of energy. The wind technology unceasing progress, increasing capacity, standalone capacity has reached several hundred kw, and have
5、 megawatts wind generators was published, grade nearly ten years wind-driven generator product quality has been improved greatly, as a kind of new, safe and reliable, clean energy and wind resources are rich countries by international concern and the large-scale development. OARS from control can ma
6、ximum capture the wind. OARS from control system is the key technology of wind turbine generators of this paper WTG oar distance control system to do a comprehensive analysis and introduce. First, this paper expounds the present situation and development of wind power, introduces the trend set OARS
7、and variable speed change several OARS WTG summarized the characteristics of generating units, the composition and function of each component. Expounds the significance of research subjects, and puts forward the contents of this paper mainly studies. Further study using generator stall control princ
8、iple, on the basis of distance control and active variable oar control stalled. According to their respective characteristics PI control simulation.Keyword:wtg；Fixed speed wind generators；Stall control；From control variable oar； Active stalll目录1绪论.1 1.1风力发电机的起源.1 1.22010 年我国风力发电的现状1 1.3 2010 年我国风电装机
9、容量2 1.4 世界风力发电的现状.5 1,5 未来我国风力发电的发展趋势.6 1.6 总体概述.6 2风力发电机组的组成.8 2.1 叶片.9 2.2轮毂.9 2.3 机舱.11 2.4 齿轮箱.11 2.5 塔架.13 3 定速风力发电机组（定桨距失速型）.14 3.1 双速发电机.14 3.2 定桨距风力发电机组的特点.14 3.3失速控制原理.15 3.4定桨距失速调节.16 4变速恒频风力发电机组（变桨距）.17 4.1变速的必要性.17 4.2 变桨距风力发电机组的优点及其调节 .19 4.3变桨系统的工作原理.19 4.4变速风力发电机组的运行区域.19 4.5桨距控制方案.21
10、 4.6变桨距控制.21 5 变桨距主动失速型风力发电机组.23 5.1 风力发电机组功率控制的方式.23 5.2 主动失速技术的优点.24 5.3主动失速型风力发电机组的基本思想 .25 5.4桨叶的失速调节原理.25 致谢.28 参考文献.29l1 绪论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。风能利用已有数千年 的历史。在蒸汽机发明以前，风帆和风车是人类生产和生活的重要动力装置。 埃及被认为可能是最先利用风能的国家，约在几千年前，他们就开始利用风
11、帆 来帮助行船。波斯和中国也在很早就开始利用风能，主要使用垂直轴风车。我 国至少在 3000 年前的商代就出现了帆船，到唐代，风帆船已广泛用于江河运输。 最辉煌的是明代，14 世纪郑和七下西洋，庞大的帆船队功不可没。明代以后， 风车广泛应用，沿海一带主要用于帆船和风力机提水灌溉，制盐。在欧洲到中 世纪才广泛利用风能，荷兰人发明了风车。18 世纪荷兰曾用近万台风车排水， 在低洼的海滩上围海造田，成为风车之国。成为有名的农用风车，最多达到了 600 万台。随着蒸汽机的出现，以及煤，石油，天然气的开采，风力机无法和 蒸汽机，内燃机，电动机等相竞争，逐渐被淘汰。到了 19 世纪末，开始利用风 力发电，
12、特别是在 20 世纪 70 年代，利用风力发电进入了一个蓬勃发展的时代 1 。1.1风力发电机的起源1973 年的石油危机之前，风力发电技术仍处于科学研究阶段，主要在高校 和科研单位开发研究，政府从技术储备的角度提供少量科研费。1973 年以后， 风力发电作为能源多样化措施之一，列入能源规划，一些国家对风力发电以工 业化试点应用给予政策扶持，以减税、抵税和价格补贴等经济手段给予激励， 推进了风力发电工业化的发展。进入 90 年代，风力发电技术日趋成熟，风场规 模式建设；另一方面全球环境保护严重恶化，发达国家开始征收能源和碳税， 环保对常规发电提出新的、严格的要求。情况变化缩短了风力发电与常规发
13、电 价格竞争的差距，风力发电正进入商业化发展的前夜。 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% 2 。1.22010 年我国风力发电的现状装机容量继续增长，但增速明显放缓 2010 年，风电产业依旧是最受人们关 注的新能源产业，并已被列入国家七大战略新兴产业。在全球大力发展清洁能 源的大好时机下，我国风电装机容量继续保持增长。全年新增装机 1602.2 万千 瓦，累计装机 418
14、2.7 万千瓦（如图 1-1）。与 2009 年新增装机 1380 万千瓦、 累计装机 2580 万千瓦相比，2010 年风电新增装机增长率仅为 16%，累计装机增 长率为 62%，相比过去四年里风电装机容量连年翻番增长的态势，2010 年我国 风电装机容量增速明显放缓，风电产业正逐渐步入平稳增长3。l图 1-1 2006-2010 年我国总装机容量 国家重视风电产业，海上风电成为新宠为达到我国在哥本哈根会议上 提出的“到 2020 年非化石能源占一次能源消费的比重达到 15%、单位 GDP 二氧 化碳排放强度比 2005 年下降 40%-45%”的目标，2010 年，国家陆续出台了一系 列促进风电产业发展的法律、法规和产业政策，发展目标更加明确，思路更加 清晰，前景非常广阔。此外，根据国家最新的能源规划，2020 年前国家将在新 能源领域增加 5 万亿元投资，其中可再生能源投资约 3 万亿元，风电占 1.5 万 亿元。同时，2010 年是我国海上风电加速发展的元年。国家能源局 5 月 18 日 正式启动了总计 100 万千瓦的首轮海上风电招标工作，分别为滨海和射阳的两 个 30 万千瓦的近海风电项目；大丰和东台的两个 20 万千瓦的潮间带项目，并 于 9 月 10 日在北京开标。同年 6 月，我国首个海上风电项目上海东海大桥 102
