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1、沈阳工程学院毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)题目：800MW风力发电机组控制系统设计系 别 自控系 班级 电自091 学生姓名 王太勇 学号 2009333113指导教师 王 森 职称 助 教 毕业设计(论文)进行地点： 图书馆 F-520 任 务 下 达 时 间： 2012年 2 月28 日起止日期：2012 年 2 月28 日起至 2012年 6 月 17 日止教研室主任 年 月 日批准一、 设计任务发展和利用风能是国际的大趋势，风力发电产业已成为一个朝阳产业。风力发电机组控制系统是实现风力发电系统有效经济运行的关键部分，很大程度上决定了风力发电机组的性能。近年来，国家采用三叶片、定
2、桨距、失速型、双速发电机的风力发电机组进行研究并掌握了总装技术和关键部件叶片、电控、发电机、齿轮箱等的设计制造技术，并初步掌握了总体的设计技术。本课题的主要任务是对800kw风力发电机组的变速恒频控制单元的设计来实现发电机组大范围内调节运行转速，来适应风速变化而引起的风力机功率的变化，从而最大限度的吸收风能，提高效率。具体有如下要求:1.风力发电机组的并网时必须与电网相序一致，电压标称值相等，三相电压平衡。2.风力发电机组应具有宽广的调速运行范围，来适应因风速变化而引起的风力机功率的变化，进而最大限度的吸收风能，从而提高效率。控制要灵活，可以较好的调节有功功率和无功功率。 3.风力发电机组应在
3、整个运行范围内，具有高的效率，更好的提供电能。另外还要求风力发电机组可靠性好，能够在较恶劣的环境下长期工作，结构简单可大批量生产，运行时噪声低，使用维修方便，价格便宜等。4.具体指标如下表风速（mss）转速(rmin)功率（kw）温度（。C）电压（V）频率（Hz）压力（MPa）3-254080000-3038050100二、设计（论文）主要内容及要求本课题主要任务是完成风力发电机组的控制系统的设计，并且详细的介绍风力发电机组各个控制部分原理，功能及其在整个风力发电控制系统中的作用。1.确定风力发电机组控制系统总体方案查阅相关资料，确定控制系统设计方案。2.风力发电机组控制系统关键系统的设计风力
4、发电机组偏航系统的设计、风力发电系统变桨系统的设计、风力发电机组变速恒频系统的设计和风力发电机组并网技术的设计。3.风力发电机组控制系统软件设计完成系统软件的整体结构框图及详细说明。4风力发电机组低压运行部分设计5.撰写毕业设计论文内容包括：中英文摘要（中文摘要一般400字左右）、关键词（一般为35个）、目录、引言（前言、绪论、序言）、正文（字数10000字以上）、结论、致谢、参考文献、附录、有关图纸。其具体要求见毕业设计（论文）撰写规范。三、课题完成后应提交的成果毕业设计论文、控制系统原理图、控制流程图等与其它毕业设计资料一起装订后装在学校统一印制的“沈阳工程学院毕业设计资料袋”中，其装订顺
5、序见毕业设计（论文）撰写规范。四、时间进度安排顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注12.283.4查阅资料，相关知识准备，总体方案设计1周23.73.11风力发电机组总体设计1周33.143.18风力发电机组偏航系统的设计1周43.213.25风力发电机组变桨系统的设计1周55.95.13风力发电机组变速恒频系统的设计1周65.165.20风力发电机组并网技术设计1周75.235.27风力发电低压电部分设计1周85.306.3撰写毕业设计论文1周96.66.10准备毕业答辩1周106.136.17毕业答辩1周五、主要参考资料（文献）： 1李建林,许洪华.风力发电中的电力电子变流技术：机械工业
6、出版社.20082李建华,许洪华.风力发电系统低电压运行技术：机械工业出版社.20063郑源,张德虎.风力发电机组控制技术：中国水利水电出版社.20094王承煦,张源.风力发电：中国电力出版社.20065叶杭冶.风力发电机组的控制技术：机械工业出版社.2005目录绪论第一章 风力发电系统的基本原理1.1 风力发电的基本原理 1.1.1 风力发电的基本原理 1.1.2 风力发电的特点1.2 风资源疾风轮机的概述 1.2.1风资源概述 1.2.2 风轮机的理论1.3 风力发电机的结构与组成 1.3.1风力发电机的分类 1.3.2 水平轴风力发电机的结构1.4 风力发电机的基础理论 1.4.1贝茨（
7、Betz）理论 1.4.2 风力发电机特性系数 1.4.3 异步发电机基本原理 第二章 风力发电机组控制系统的建立2.1 风力发电机组的基本控制要求 2.1.1 风力发电机组运行的控制要求2.2 风力发电机组控制系统的结构原理 2.2.1 风力发电机组的控制目标 2.2.2 控制系统主要参数 2.2.3 控制系统工作原理2.3 风力发电机组偏航系统2.4 变桨距发电机组控制系统 2.4.1 风力发电机组的变桨距控制原理 2.4.2 变桨距风力发电机的运行状态 2.4.3 变桨距控制系统 2.4.4 功率系统2.5 变速恒频系统的构成及工作原理 2.5.1 系统的基本构成 2.5.2 双馈发电机
8、的工作原理 2.5.3 双PWM变频器的工作原理 2.5.4 变速恒频风力发电系统的并网控制方案结论致谢参考文献 绪论第一章 风力发电系统的基本原理1.1 风力发电的基本原理1.1.1 风力发电的基本原理风能具有一定的动能，通过风轮机将风能转化为机械能，拖动发电机发电。风力发电的原理是利用风带动风车叶片旋转，再通过增速器将旋转的速度提高来促使发电机发电的。依据目前的风车技术，大约3m/s的微风速度便可以开始发电。风力发电的原理说起来非常简单，最简单的风力发电机可由叶片和发电机两部分构成如图1-1所示。空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能，从而推动片叶旋转，如果将叶轮的转轴与发电机的转
9、轴相连就会带动发电机发出电来。1.1.2 风力发电的特点（1）可再生的洁净能源风力发电是一种可再生的洁净能源，不消耗化石资源也不污染环境，这是火力发电所无法比拟的优点。（2）建设周期短一个十兆瓦级的风电场建设期不到一年。（3）装机规模灵活可根据资金情况决定一次装机规模，有一台资金就可以安装一台投产一台。（4）可靠性高把现代高科技应用于风力发电机组使其发电可靠性大大提高，中、大型风力发电机组可靠性从80年代的50%提高到了98%，高于火力发电且机组寿命可达20年。（5）造价低 从国外建成的风电场看，单位千瓦造价和单位千瓦时电价都低于火力发电，和常规能源发电相比具有竞争力。我国由于中大型风力发电机
10、组全部从国外引进，造价和电价相对比火力发电高，但随着大中型风力发电机组实现国产化、产业化，在不久的将来风力发电的造价和电价都将低于火力发电。（6）运行维护简单现代中大型风力发电机的自动化水平很高，完全可以在无人职守的情况下正常工作，只需定期进行必要的维护，不存在火力发电的大修问题。（7）实际占地面积小发电机组与监控、变电等建筑仅占火电厂1%的土地，其余场地仍可供农、牧、渔使用。（8）发电方式多样化风力发电既可并网运行，也可以和其他能源如柴油发电、太阳能发电、水利发电机组形成互补系统，还可以独立运行，因此对于解决边远地区的用电问题提供了现实可行性。（9）单机容量小由于风能密度低决定了单台风力发电
11、机组容量不可能很大，与现在的火力发电机组和核电机组无法相比。另外风况是不稳定的，有时无风有时又有破坏性的大风，这都是风力发电必须解决的实际问题。1.2 风资源及风轮机概述1.2.1 风资源概述（1）风的起源风的形成乃是空气流动的结果。风就是水平运动的空气，空气运动主要是由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同而形成的。大气的流动也像水流一样，是从压力高处往压力低处流，太阳能正是形成大气压差的原因。由于地球自转轴与围绕太阳的公转轴之间存在665的夹角，因此对地球上不同地点太阳照射角度是不同的，而且对同一地点一年中这个角度也是变化的。地球上某处所接受的太阳辐射能与该地点太阳照射角的正弦成正比。（2
12、）风的参数风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。风速是指某一高度连续10min所测得各瞬时风速的平均值。一般以草地上空10m高处的10min内风速的平均值为参考。风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。（3）风能的基本情况1风能的特点风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。 风能资源的估算风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内
13、垂直流过单位截面积的风能，即风功率为 (1-1)式中 为风能(w)；为空气密度(kg/m)；为风速(m/s)。由于风速是一个随机性很大的量，必须通过一段时间的观测来了解它的平均状况，一个地方风能潜力的多少要视该地常年平均风能密度的大小。因此需要求出在一段时间内的平均风能密度，这个值可以将风能密度公式对时间积分后平均来求得。在风速V的概率分布p(V)知道后，平均风能密度还可根据下式求得 （1-2）1.2.2 风轮机的理论风轮机又称为风车，是一种将风能转换成机械能、电能或热能的能量转换装置。风轮机的类型很多通常将其分为水平轴风轮机垂直轴风轮机和特殊风轮机三大类。但应用最广的还是前两种类型的风轮机。
14、1.3 风力发电机的结构与组成1.3.1 风力发电机的分类风力发电机组是将风能转化为电能的装置，按其容量分可分为：小型（10kw以下）、中型（10100kw）和大型（100kw以上）风力发电机组。按主轴与地面相对位置又可分为：水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组。水平轴风力发电机是目前世界各国风力发电机最为成功的一种形式，主要优点是风轮可以架设到离地面较高的地方，从而减少了由于地面扰动对风轮动态特性的影响。它的主要机械部件都在机舱中，如主轴、齿轮箱、发电机、液压系统及调向装置等。而生产垂直轴风力发电机的国家很少，主要原因是垂直轴风力发电机效率低，需启动设备，同时还有些技术问题尚待解决。在本文中以
