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1、工学学士学位论文风力发电智能控制器设计和仿真研究专业名称 电气工程及其自动化 学生姓名 指导老师 扬 州 大 学2011年5月风力发电智能控制器设计和仿真研究摘 要论文首先介绍了课题的背景、目的和意义，综述了国内外风力发电发展概况；给出了结构简单的小型风力发电系统结构，它包括风力机、永磁同步发电机（PMSM）、二极管整流桥、Buck变换器、蓄电池；并利用PSIM软件进行了仿真模拟，风力机带动永磁同步发电机转动，产生不稳定的交流电压，再通过三相桥式整流电路和滤波电容，得到较稳定的直流电，并由Buck变换电路来控制电压的大小，由C block编程软件来控制实现，并且给出了各阶段的波形模拟结果。 其
2、次介绍了蓄电池的等效电路，Thevenin蓄电池等效模型，通过该模型来模拟对蓄电池的充放电过程，并对模拟波形震荡进行了分析，并通过受控电压源来模拟蓄电池解决了波形震荡的问题,得到了理想的波形图。关键词：风力发电、buck变换器、蓄电池的等效模型。Wind power intelligent controller design and simuAbstractIt firstly introduces the background, subject purpose and meaning, reviewed the development situation of wind power; Giv
3、es structure simple small wind power systems structure, it including wind machine, permanent magnet synchronous generator (new all-digital fuzzy), diode rectifier bridge, Buck converter, battery; And by using PSIM software simulation, drive a wind turbine permanent magnet synchronous generator, prod
4、uce unstable rotation, again through three-phase ac voltage bridge rectifier circuit and filter capacitance, get a stable dc, and Buck transform circuit to control by the size of the voltage by C programming software to control which are implemented, and the various stages of waveform simulation res
5、ults. Secondly introduces the equivalent circuit, battery Thevenin battery equivalent model, through the model to simulate the process of charging and discharging of battery, and the simulation waveform concussion are analyzed, and through controlled voltage source to simulate battery solved wavefor
6、m and obtain the shock wave map. The ideal Keywords: wind power generation, buck converter, battery equivalent model. 目录第一章 前言5一、课题的目的和意义5（一）我国发展风力发电的必要性5（二）小型风力发电系统特点6（三）课题的目的和意义7二、风力发电发展概况7（一）世界风力发电现状及展望8（二）国内风力发电现状及展望8三、风力发电技术的发展9（一）发电机10（二）储能技术与方式10第二章 风力发电系统原理与仿真软件12一、系统组成与原理12（一）系统结构12（二）风力机及其
7、运行特性13（三）功率调节原理14二、 仿真软件15（一）软件介绍15（二） 系统仿真模型16（三） Buck变换电路19（四）Buck电路的运用21（五）整流和降压波形图21三 、C block应用软件22（一） C block软件的使用22（二） C block软件的应用22第三章 蓄电池的模拟和应用26一、Thevenin蓄电池等效模型26（一）Thevenin蓄电池等效模型图26（二）Thevenin蓄电池等效模型说明26二、Thevenin蓄电池等效模型的应用27（一）Thevenin蓄电池等效模型应用图27（二）波形图28三、蓄电池等效模型29（一）受控电压源29（二）受控电压源的
8、应用30第四章 总结36致谢37参考文献38第一章 前言一、课题的目的和意义（一）我国发展风力发电的必要性能源是国民经济发展的重要物质基础和人类生活必需的物质保证。随着经济发展提速，人民生活水平提高，中国能源发展面临的问题日益突出，概括起来有四个方面：1.资源短缺能源资源总量少，优质资源尤其短缺。总体而言，中国人均拥有的能源很少，只有世界平均值的40%，特别是中国石油资源量严重不足，最终可开采储量仅占世界石油可采储量的3%左右，剩余可开采储量仅占世界剩余可开采石油储量的1.8%。因此，中国能源供应将面临长期后备资源不足，特别是优质能源短缺问题。2.效率低下能源利用技术落后，能源利用效率低。目前
9、，中国能源效率为32%，约低于世界平均水平10个百分点，单位GDP能源消耗是美国的3.5倍、日本的9.7倍，世界平均水平的3倍。同时，中国正处在经济高速增长时期，工业化、城镇化、小康化建设都需要能源作支撑，能源消耗总量将不断提高，大力提高效率是降低能源消耗总量的重要措施之一。3.环境污染中国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家，目前能源消耗构成中煤炭占67%。能源消耗过分依赖煤炭造成了严重的煤烟型环境污染。不仅造成土壤酸化、粮食减产和植被破坏，而且引发大量呼吸道疾病，直接威胁人民身体健康。中国每吨标准煤的能源消耗，排放的温室气体比世界平均水平高出50%，在不远的将来，排放总量上中国将超过美国
10、，成为世界第一大温室气体排放国。4.能源结构不合理中国能源以煤为主，这远远偏离当前世界能源消耗以油气等优质能源为主的基本趋势和特征。据专家预测表明，为实现中国2020年国民生产总值翻两番的目标，能源供应至少要翻一番，预计到2020年全国电力装机将约10亿千瓦，如果按2002年的电源结构和供电煤耗383克标煤/千瓦时估算，2020年中国仅用发电的煤耗将近14亿吨标煤能源供应需求量将超过30亿吨标准煤。要满足如此巨大的需求量，石油一半以上靠进口，煤炭也接近开采极限，因此保障能源供应必须调整能源结构，大规模开发可再生能源资源。风电是最接近商业化的可再生能源技术之一，是可再生能源发展的重点，也是最有可
11、能大规模发展的能源之一。风能是一种优质的、洁净的、可再生的、储量丰富的能源。利用风能来发电，能使环境避免污染，气候得到保护，使人类的健康和地球上的生命免受不良影响。我国发展风电的必要性近期体现在以下几个方面：（1）满足能源供应；（2）促进地区经济特别是西部地区的发展；（3）改善中国以煤炭为主的能源结构；（4）促进风机设备制造业的自主开发能力和参与国际市场的竞争能力；（5）减少温室气体排放；（6）在解决老少边地区用电、脱贫致富方面发挥重大作用。（二）小型风力发电系统特点风力发电的基本设备是风力发电机组。从能量转换角度看，风力发电机组包含风力机和发电机两个部分。风力机的功能是将风能转换为机械能。发
12、电机的功能是将机械能转换为电能。风力发电机组的单机容量由几十瓦到几兆瓦。我国通常按照容量的大小将风力发电机组分为大型（100kW以上）、中型（10kW100kW）、小型（110kW）和微型（501000W）。小型风力发电机因其安装方便、机动性高等优点已被广泛应用于风力资源丰富的地区。目前，我国安装使用的微小型风力机有50W，100W，150W，200W，300W和500W以及1kW，2 kW，3 kW，6 kW，10 kW和20 kW等11种型号若干种机型。小型风力机由叶片、发电机、回转体、尾翼、立柱、蓄电池和底座构成。叶片带动发电机发电，电能就储存在蓄电池中。由于风是间歇性的，利用风力发电并
13、希望得到稳定的电能的简单办法就是利用蓄电池。具体方法为：强风时，将发出的电输入蓄电池中；风力不足时，由蓄电池进行放电输出电能。小型风力发电机组通常有两种运行方式：1.独立运行方式又称离网运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，用蓄电池储能，以保证无风时的用电。2.风力发电与其他发电方式相结合风力发电与其他发电方式（如柴油机发电或太阳能发电）相结合，向一个单位或一个村庄或一个海岛供电。独立运行方式的小型风力发电机组，是我国远离电网的边远偏僻农村、牧区、海岛和特殊处所发展风力发电解决其基本用电问题的主要运行方式，除具有风力发电的一般优点外，其自身优点主要有：（1）机动性高小型发电机
14、可配合需要增加或变更组件大小；（2）安装方便可根据需要随时安装，安装简单，快速解决日常用电问题；（3）能源使用多元化小型发电机可与多种不同的可再生能源组合，方便可靠；（4）量身定做的电力使用某些小型发电机种可以配合实际的电力需求调节发电量，提升发电效率；（5）减少对环境的冲击减少因燃烧木柴、干草以及使用电池后遗留下的重金属对环境与地下水的污染。（三）课题的目的和意义风能利用的能量密度低且具有随机性、不稳定性和分布的不均匀性，这些给风能的利用带来了许多问题。现有的小型风力发电系统存在能量转换效率低、蓄电池使用寿命短、控制简单和缺乏完整的系统功率控制等问题。因此，本文研究的目的是在分析现有的小型风
15、力发电系统的基础上，设计简单、高效、高可靠性的风电系统，实现风电系统可靠及优化运行，包括：1.掌握小型风力发电的运行机理，提高能量转换效率，实现优化运行，充分利用风能；2.结合风力发电特点，改进对蓄电池管理和控制，延长蓄电池使用寿命；3.提高系统可靠性，保证系统安全运行。因此，研究可靠性更高、价格更廉的小型风力发电控制系统，对于增强市场竞争能力，加速小型风力发电的普及和应用，具有重要意义。二、风力发电发展概况经过20多年的不断发展，风力发电机组的技术形式逐步形成了目前最常见的水平轴、三叶片、上风向、管式塔的统一形式。进入21世纪之后，随着现代电力电子技术的不断发展，新材料的涌现以及工艺的不断完善，世界风力发电技术又向前迈进了一大步。（一）世界风力发电现状及展望自20世纪的最后两年以来，全世界风力发电的装机容量快速增长，特别是在欧洲，为了实现减排温室气体的目标，对风电执行较高收购电价的激励政策促进了风电技术和产业的发展，风电成本继续下降。由于海上风能资源比陆地丰富，海上风
