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1、风力发电毕业设计目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 开发利用风能的动因11.1.1 经济驱动力11.1.2 环境驱动力21.1.3 社会驱动力21.1.4 技术驱动力21.2 风力发电的现状21.2.1 世界风力发电现状21.2.2 中国风力发电现状1331.3风力发电展望3第2章 风力发电系统的研究52.1 风力发电系统52.1.1 恒速恒频发电系统52.1.2 变速恒频发电机系统62.2 变速恒频风力发电系统的总体设计92.2.1 变速恒频风力发电系统的特点92.2.2 变速恒频风力发电系统的结构92.2.3 变速恒频风力发电系统运行控制的总体方案19第3章 风力发电
2、机的设计253.1 概述11253.2 风力发电机253.2.1 风力发电机的结构253.2.2 风力发电机的原理263.3 三相异步发电机的电磁设计273.3.1 三相异步发电机电磁设计的特点273.3.2 三相异步发电机和三相异步电动机的差异2273.3.3 三相异步发电机的电磁设计方案283.3.4 三相异步发电机电磁计算程序29结束语40参考文献41致 谢43风力发电机的设计及风力发电系统的研究摘 要：本文对国内外风力发电的发展现状进行了概述。指出了风力发电机的发展趋势和研究方向。阐述了三相异步电机的结构与原理。重点讲述了三相异步发电机的电磁设计方法，并列出了具体的电磁设计过程。本课题
3、所研究的异步发电机，是目前最理想的风力发电机，前景非常乐观重点介绍了目前风电场中所采用的风力发电机组 ,包括风力机、风力机的功率调节及恒速恒频和变速恒频发电系统。介绍了风力发电机组的三种典型控制策略的理论依据技术路线。设计了一个变速恒频风力发电系统。本设计方案程序简单、结构清楚、数据精确，设计过程追求提高效率，兼顾简化工艺，降低成本等特点。关键词： 新能源；风力发电机；变速恒频 The design of wind power generator and the research of wind power systemABSTRACT: A brief summarization of de
4、velopment on wind turbine generators both in China and in the world is given in this paper. Some development and study tends are presented. Introduce the structure and principle of threephase asynchronous machines. Elaborated the methods of threephase asynchronous machines electromagnetic design, li
5、sts the details about the process of electromagnetic design. This lesson a study the threephase asynchronous machines is the best wind turbine generator at present.The main topics mentioned here are about wind turbine, power regulation of wind turbine and induction generator in wind farms with elect
6、rical power system. This paper introduces three types of representative controlling strategies and technical basis and route in major wind turbine generator with plane shaft. Designed a system of gearshift invariable frequency wind power. This design project procedure is simple, the structure is cle
7、ar, the data precision, design the process in addition to pursuing to lift high-efficiencily, look after both sides to simplify the craft, decline low cost etc. Key words: New energy resource；Wind turbine generator；Variety invariable frequency 第1章 绪 论1.1 开发利用风能的动因风能作为一种新能源它的开发利用是有一定动因的，而且随着时间的推移，开发利
8、用风能的动因也在变化。下面将主要从经济、环境、社会和技术进步四方面来介绍风能开发利用的动因。1.1.1 经济驱动力1.1.1.1 经济最优化能源供应的经济最优化提供了重视开发利用的基本原理。在偏远地区，电力供应困难。与常规电网延伸和柴/汽油机发电相比，利用小型离网风力发电系统供电有成本优势。例如在内蒙古农牧区，利用小型离网风力发电系统供电，农牧户承担的成本约2元/KW左右。如果用电网延伸的方法，农牧户承担的成本高于8元/KW。在这些地区，利用汽油/柴油发电机的供电，考虑油料的运输成本，农牧户承担的成本也要高于6元/KW。1.1.1.2 化石能源资源枯竭与供应安全5进入工业社会后，人类在飞速发展
9、自己的文明过程中经过了多次能源危机。人们开始认识到，无限制地开采煤炭、石油、天然气等化石能源，终有资源枯竭的一天。目前石油储量约1300亿吨，年消耗量约35亿吨，计今后25年中平均年消耗量将达50亿吨，即使加上新发现的油田，专家估计总储量也不会超过2000亿吨，石油资源在四五十年后也将枯竭。为了人类社会的可持续发展，当务之急是寻找和研究利用其他可再生资源。风能作为新能源中最具工业开发潜力的可再生能源，就格外引起人们的瞩目。一些国家要靠进口化石能源来满足本国内能源的消费。风能的开发利用可以减少对国外能源的依赖，并加强本国的能源供应安全水平，国内的化石能源价格变化较小，社会经济稳定性也因此而增强。
10、1.1.1.3 促进能源产业升级风力发电技术属于新兴技术，风电产业是朝阳产业。风力发电技术的研发、示范到商业化发展，最终进入市场，将给整个能源产业带来新的活力，成为国民经济的一种新的经济增长点。一个国家如果开发利用风能技术早，就有可能占据风能利用的技术和市场优势。1.1.2 环境驱动力除了人们早先认识到的烟尘、二氧化硫等区域性的污染外，世界上越来越多的人开始认识到二氧化碳等温室气体的大量排放对全球气候变暖给人类社会带来的有害影响。冰山消融、海平面升高、大气环流和海洋异常导致自然灾害的频发、土地沙漠化，使“地球村”的效应更加明显，各国都认识到必须共同采取措施减缓和影响这种变化。为减缓地球变暖，1
11、997年在日本京都召开的联合国气候变化框架缔约方第3次大会上，84国代表审议通过京都议定书，要求工业发达国家大幅度削减二氧化碳等温室气体排放量。这也迫使人们重视寻找其他可再生的替代能源。风能在能源转化工程中不会产生任何排放量，因此除了不产生烟尘、二氧化硫等区域性污染外，也不会带来全球环境污染。1.1.3 社会驱动力风能份额增加时，会创造很多直接和间接的就业机会。除了在工厂的生产和装机工程中创造就业之外，在设备维护方面也会提供就业机会。另外，在一些国家（如欧盟国家）中，风能开发利用已经成为热点问题，得到了公众的支持。许多民众十分关注风能的发展，并将利用风能和其他可再生能源当成他们的生活方式。绿色
12、电力的发展就是一个典型的例子，人们自愿以高于化石电力的价格购买风电和其他可再生能源电力。1.1.4 技术驱动力随着科技的进步，空气动力理论的不断发展、新型高强度、轻质材料的出现，计算机设计技术的广泛应用和自动控制技术的不断改进，机械、电气、电子元件制造技术的成熟，为风电技术向大功率、高效率、高可靠性和高度自动化方向发展提供了条件。1.2 风力发电的现状1.2.1 世界风力发电现状20世纪80年代以来，工业发达国家对风力发电机组的研制取得了巨大进展。1987年美国研制出单机容量为3.2MW的水平轴风力发电机组，安装于夏威夷群岛的瓦胡岛上。1987年加拿大研制出单机容量为4.0MW的立轴达里厄风力
13、发电机组，安装于魁北克省的凯普-柴特。进入20世纪80年代，单机容量在100KW以上的水平轴风力发电机组的研究开发及生产在欧洲的丹麦、德国、荷兰、西班牙等国取得了快速发展。到20世纪90年代，单机容量为100200KW的机组已在中型和大型风电场中成为主导机型。同时单机容量在1MW以上的风力发电机组也研制开发成功，并在风电场中成功运行。世界风电总装机容量1997年底为746万KW,1998年底为1015万KW，1999年底为1393万KW，2000年达1845万KW，2001年达2493万KW，2002年达3112KW,平均年增长率在30%以上。欧洲风能协会预计，全世界到2020年风力发电装机容
14、量将超过1亿KW，占欧洲总发电量的20%以上。世界能源委员会预计，全世界到2020年风力发电装机容量可达1.8亿4.7亿KW。1.2.2 中国风力发电现状13中国风力发电起步较晚，但发展较快。目前风力发电机组的研制开发重点分两方面，一是1KW以下独力运行的小型风力发电机组，二是100KW以上并网运行的大型风力发电机组。20世纪80年代中期，中国开始规划风力发电场的建设。1983年在山东荣城引进3台丹麦55KW风力发电机组，开始并网风力发电技术的试验和示范。1986年在新疆达坂城安装了台100KW风力发电机组，1989年又安装了13台150KW风力发电机组，同年在内蒙古朱日和也安装5台美国100
15、KW机组，开始了中国风电场运行的试验和示范。特别近年来，中国的风力风电场建设取得了较好的经济效益和巨大的发展。据统计，到2001年底，中国共建有27座风电场，装机812台，总容量39.98985万KW。目前正处于前期工作阶段和正在建设的风电场以遍及10多个省、市和自治区。1.3 风力发电展望风力发电技术目前还在不断发展，主要体现在单机容量不断增大上。目前主流发电机组的功率，已上升到600750KW，MW级的机组也成批生产，24MW级的机组已在实验生产。这就必然要采用一些新的复合材料和新的技术。例如，单机容量不断增大，桨叶的长度也在不断增长，容量为2MW的风力机叶轮扫风直径达72m。目前最长的叶片以做到50m。桨叶材料由玻璃纤维增强树脂发展为强度高、重量轻的碳纤维。桨叶也向柔性方向发展。早期的一些风力机桨叶是根据直升飞机的机翼设计的，而风力机的桨叶运行在与直升飞机很不同的空气动力环境中。对叶型的进一步改进，增强了风力机捕捉风能的效率。例如，在美国，国家可再生能源实验室研制开发了一种
