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1、摘 要风能作为一种可再生能源越来越受到世界各国政府的重视。与此同时，对风力发电技术和装备的研究开发也日益成为科技领域和企业界关注的热点课题项目之一。本文对风力发电机的主体机械部分中的变桨系统及偏航系统进行了一定的研究、分析。由于风力发电机工作环境的恶劣性，这就要求其各个部件的维护周期要长，从而便于降低维护费用，延长工作时间。首先，采用叶素理论建立了风电机组变桨距调节原理。设计了一套新型变距传动机构电动变桨距传动机构。构建了基于CAXA的三维实体模型，施以正弦运动律，其动态仿真结果验证了该变桨模型建立的有效性和准确性，进一步为风力机变桨距系统的优化设计奠定了基础。其次，针对风力发电机偏航时的要求
2、设计了偏航控制器，改以前的遮掩式角度传感器为绝对式数字角度传感器，增加了系统的灵敏性。关键词：风力发电；变桨距；偏航系统。AbstractWind energy, as a kind of renewable energy, is paid attention to by governments all around the world. The wind power technology and its equipment research become a hot spot topic for technical circles and enterprise.This article ha
3、s studied the brake system and Yaw-control system of wind-driven generator. As wind-driven generator working conditions is bad, in order to reduce the maintenance cost the maintenance cycle of its each part requests to be longer. First, using theory established by the wind generator change propeller
4、 from adjustment principle. Designed a set of new change from transmission mechanismElectric change propeller from transmission mechanism. Constructed based on three-dimensional solid model CAXA, a sinusoidal motion law, the dynamic simulation results show the effectiveness of pitch and accuracy of
5、model, further wind turbine pitch systems laid the foundation for optimal design.Second, for wind turbine yaw when the requirements for the design of the controller, change the previous cover type digital angle sensor for the absolute angle sensor, increasing the sensitivity of the system.Keyword: w
6、ind power; Pitch; Yaw-control system.目录1. 绪论511 风力发电发展概况512 风力发电的背景6121 能源危机6122 环境危机6123 可再生能源开发利用7124 风能开发利用713 风力发电发展现状8131 世界风电8132 我国风电914 国内外风电机组发展趋势10141 产业集中是总的趁势10142 水平轴风电机组技术成为主流11143 风电机组单机容量持续增大11144 变桨变速功率调节技术得到广泛采用11145 双馈异步发电技术仍占主导地位12146 直驱式、全功率变流技术得到迅速发展12147 大型风电机组关健部件的性能日益提高13148
7、 智能化控制技术的应用加速提高了风电机组的可靠性和寿命13149 叶片技术发展趋势141410 风电场建设和运营的技术水平日益提高141411 恶劣气侯环境下的风电机组可靠性得到重视141412 低电压穿越技术得到应用1515 小结152. 发电机组的基本功能构成及工作原理1621 风电机组的基本功能构成1622 风电机组的工作原理172.3 小结193. 风电机组设计的基本内容与步骤2031 确定设计目标2032 总体设计2033 风电机组零部件结构设计2334 样机测试与设计验证233.5 小结244. 风电机组变桨距与偏航系统254.1 变桨距系统254.1.1 变桨距系统基本工作原理2
8、54.2 变桨距机构设计与实体建模274.2.1 变桨距机构分析274.2.2 变桨距三维实体模型的构建284.2.3 桨距机构的动态仿真与分析304.3 偏航系统304.3.1 偏航系统的工作原理314.3.1 偏航控制系统的功能314.3.2 偏航系统控制原理324.4 偏航传动系统设计344.4.1 偏航操作装置概述344.4.2 偏航驱动机构364.5 小结38结论39致谢40参考文献41显示对应的拉丁字符的拼音字典朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典1. 绪论11 风力发电发展概况风能是一种开发成本较低、清洁、安全、可再生的能源。因此，风能的开发利用越来越受到重视。根据贝兹理论，风力机从
9、风中吸收的能量不到空气动能的59.3%，同时由于受到机械结构等限制，实际值更小。因此，如何提高风能转化率，获取更多风能，实现风能规模化利用，一直为学者及业界所关注。近年来，大型风电机组通过采用变速变桨距控制及最大功率跟踪MPPT等技术，旨在提高响应速度，获得最大能量（低风速是捕获最大功率，高风速时捕获额定功率）。但是，由于一些不确定因素的存在，风能转换系统表现出强非线性特征，风力机产生的能量随着风速和风向的连续波动是快速变化的。传统线性定常控制器因存在较大超调和损失，系统稳定性差，不适合用来控制大型变速变桨距风电机组。根据风速大小，风力发电系统由4个动态过程构成，即启动、变速运行、变桨距运行和
10、刹车。其中，启动、刹车过程使系统能在最短时间内有较快的响应速度；变速运行调节风能，减少或消除风能产生过程中的急剧波动，捕获最大能量，减弱暂态负荷的影响；变桨距控制通过调节桨距角维持风电机组输出额定功率不变。世界上第1台风电机组于1891年在丹麦建成，但由于技术和经济等方面的原因，风力发电一直未能得到广泛应用。直到1973年发生了石油危机，美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源，投入大量经费，采用新技术研制现代风电机组。20世纪80年代开始建立示范风电场。20世纪90年代，许多国家纷纷制定了激励风力发电发展的优惠政策。1992年以来，全球风电累计装机容量的年增长率一直高于15%，风力发电技
11、术日臻成熟。2002年4月25日，首届世界风能大会在法国巴黎举行，欧洲和北美风力发电技术发展迅速。2006年，全球已有48个政府引入法规扶持风力发电等可再生能源的发展。2008年年底全球累计风电装机容量已超过了120.8GW，相当于减排1.58亿吨CO2。美国风电市场近年来一直保持高速发展，2009年新增风电装机容量9.92GW，累计风电装机容量达到35.16GW，排名世界第1。我国已成为继欧洲、美国和印度之后风力发电应用的主要市场之一，风能资源丰富，可开发量为1400GW。其中，陆上开发量为600GW；海上开发量为800GW。我国在20世纪50年代末，使用各种木结构的布篷式风车。20世纪70
12、年代中期以后，风能开发利用列入“六五”国家计划。20世纪70年代末到80年代初，自主研制、批量生产了10kW以下的小型风力发电机，解决了居住分散的农牧民和岛屿居民的生产、生活用电，风力发电停留在蒙古包单家独户使用或实验室研究阶段。1983年，山东引进3台丹麦Vestas 55kW风力发电机，开始了并网发电技术的试验和示范；1986年5月，山东荣成建成我国第一个并网风电场，其次是新疆达坂城风电场。19861993年，全国共建12个风电场，装机容量为13.3MW；19941999年，全国共建有21个风电场，装机容量达到249.05MW。其中，19921996年的主力机型为200300kW机组，19
13、972002年的主力机型则为600kW机组。2008年，我国累计装机容量达到12.21GW，其中并网发电的装机容量为8.94kW。截止到2009年年底，我国风电并网总量累计达到16.13GW，累计装机容量为25805.3MW。12 风力发电的背景121 能源危机能源是人类赖以生存的物质基础。自从工业革命以来，全球的能源消耗飞速增长，推动了工业化的进程，提高了社会发展水平和人类生活质量。全球经济的急剧增长对能源的需求越来越大，能源危机制约了人类进一步发展。自20世纪50年代以后，由于石油危机的爆发，对世界经济造成巨大影响，国际舆论开始关注世界能源危机问题。全球能源危机的主要表现在于，全球能源储量
14、与开采时间有限。可以支配的化石资源的极限大约为11801510亿吨，自1995年世界石油的开采量33.2亿吨计算，石油储量大约在2050年左右即将枯竭；天然气储量估计131800152900m3，年开采量维持在2300 m3，将在5765年内枯竭；煤的储量约为5600亿吨，1995年煤开采量为33亿吨，可以供应169年；铀的年开采量目前为每年6万吨，据1993年世界能源委员会的估计可维持到21世纪30年代中期。综上所述，煤炭、石油、天然气等不可再生化石能源的总量有限，待开发新的可再生能源。122 环境危机在能源消耗急剧增长，能源危机凸显的同时，环境危机也出现了。现代社会对能源的巨大需求，导致大
15、量的化石能源被燃烧。燃烧不断产生CO2和其他温室气体，使得原来沉积在地下的碳元素，被大量释放到空气中。据估计，按照目前的趋势，到2030年，由各种温室气体增加所引起的气候变化，将相当于把大气中CO2浓度提高到工业化社会以前CO2浓度的两倍。到2100年，温室效应强度将相当于把大气中CO2浓度提高到工业化社会以前CO2浓度的3倍，达到5000万年前的CO2浓度水平。能源消费在迅速扩大，已经达到了阻碍地球生态系统自律功能正常运转的程度。研究表明：地球变暖不是地球本身自然循环的变化，而是人类活动排放的CO2等温室气体效应造成的。其过程与人类大量消耗化石能源资源，尤其是燃烧化石燃料发电大量排放的CO2密切相关。到2015年，世界温室气体的排放量将达到最高，全球变暖带来的影响不
