风力发电机组桨距控制系统.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流风力发电机组桨距控制系统.精品文档.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 摘 要空气流动所形成的动能极为风能。风能利
2、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,
3、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;AbstractAir 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 capaci
4、ty, standalone capacity has reached several hundred kw, and have 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 c
5、oncern and the large-scale development. OARS from control can maximum 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 situati
6、on and development of wind power, introduces the trend set OARS 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 m
7、ainly studies. Further study using generator stall control principle, 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
8、stall目录1绪论11.1风力发电机的起源11.22010年我国风力发电的现状11.3 2010年我国风电装机容量21.4 世界风力发电的现状51,5 未来我国风力发电的发展趋势61.6 总体概述62风力发电机组的组成82.1 叶片92.2轮毂92.3 机舱112.4 齿轮箱112.5 塔架133 定速风力发电机组(定桨距失速型)143.1 双速发电机143.2 定桨距风力发电机组的特点143.3失速控制原理153.4定桨距失速调节164变速恒频风力发电机组(变桨距)174.1变速的必要性174.2 变桨距风力发电机组的优点及其调节194.3变桨系统的工作原理194.4变速风力发电机组的运行
9、区域194.5桨距控制方案214.6变桨距控制215 变桨距主动失速型风力发电机组235.1 风力发电机组功率控制的方式235.2 主动失速技术的优点245.3主动失速型风力发电机组的基本思想255.4桨叶的失速调节原理25致谢28参考文献291 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,他们就开始利用风帆来帮助行船。
10、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,特别是在20世纪70年代,利用风力发电进入了一
11、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8
12、0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 。1.2 2010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4182.7万千瓦(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
13、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。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
14、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102兆瓦项目全部并网发电。在国家大力推动海上风电加快发展的形势下,上海、江苏、浙江、山东和福建等省市纷纷提交了各自的海上风电发展规划,各风电企业更是前赴后继进行海上风机的研制与生产。1.3 2010年我国风电装机容量总体装机容量(见图1-2):2010年中国(不包括台湾地区)新增安装风电机组1
15、2904台,装机容量18927.99MW,年同比增长37.1%;累计安装风电机组34485台,装机容量44733.29MW,年同比增长73.3%。4图1-2 2010年中国总装机容量各区域装机情况(见图1-3):图1-3 中国各区域装机情况各省市装机容量及分布图(见图1-4):图1-4 我国各区域装机分布图表1-1 各省市装机容量1.4 世界风力发电的现状根据世界风力协会(World Wind Energy Association)于2010年3 月发布2009 年世界风力报告(World Wind Energy Report2009)指出,2009 年全球风力机组总设备容量业达159.213
16、GW(亿瓦),并提供3,400 亿度电力,约满足全球2%的电力需求。2009 年新增设备38.312 GW,较2008 年总设备容量120.903GW 增加31.7%。该协会推估2010 年总设备容量将达203.5GW,2020 年全球风力机组累计设备容量将上看1,900 GW,约为2009 年总设备容量之12 倍。目前风力发电设备容量前3 名分别为美国、中国、德国,这3 个国家的风力机组容量计86.946 GW,约占全球的55%。若再加上第3、第4 位的西班牙及印度,则前5 个国家合计117.02GW,约占全球风力机组容量3/4。显示风力发电技术成熟且前景看好,世界各国对风力发电推广,不遗余
17、力5。2009 年于丹麦哥本哈根举办的国际气候COP15 会议,第15 届签约国会议。中期目标是让世界约50 个国家,到2020 年为止温室效应废气排放量削减计划。计划中EU 国家到2020 年为止,占所有能源消费量的20%必须使用再生能源,以此作为设定共同努力的目标。加盟各国家努力开发可能再生能源,就以欧洲共同市场EU 各国努力以赴的风力发电导入状况分析如下:1)世界风力发电规模比前1 年增加41.5%在绿能方面世界各国的定义不同,近两年来各国政府承诺绿能投资金额为5.000 亿美元,其中中国在这方面的投资居冠,投资金额高达2,180 亿美元,其次是韩国投资金额为600 亿美元,欧洲共同市场
18、EU 加上会员各国的投资总金额为550 亿美元。但是若以绿能化刺激策略的绿色、能源领域(能源效率化、可能再生能源、电力送电网、低碳排放汽车)做为限定范围的话,美国居冠的660 亿美元,其次是中国的47 亿美元,EU 为31 亿美元,韩国是16 亿美元。根据英国HSBC 银行集团预估,在绿能化方面的投资金额中,若是以再生能源,以及能源效率技术方面为限,10 年来成长了3 倍。绿色能源全部的投资金额也受到经济危机的影响,2008 年投资金额高达1,550 亿美元。但是就世界的风力发电市场来看,并没有受到经济危机的影响,08 年依然成长了41.5%。09 年风力发电累积导入量为158GW(亿瓦)(G
19、W=10 亿瓦),比前1 年增加31.7%。2)欧洲风力发电占电力需求的5% EU27 个国家在09 年的风力能源导入容量担负起世界领导责任。09 年的风力发电导入量超过10GW,占世界的26.5%。累积导入容量从前年的64.719MW,增加到74.767MW,比前1 年成长了15%。这也是占世界全体的47%市场占有率。对EU 各国来说风力发电(风车,水车)可以说是早已经习惯的风景。在德国搭乘地方火车时,能够从车窗见到风车的风景。就09 年新兴导入可能再生能源来看,占全体的61%,产生的电力为26GW,其中风力发电占39%。EU 发表到2020 年为止,能源消费量的20%以再生能源为目标。若是
20、以EU 各国制定目标来看,到2020 年为止顺利的话可能再生能源,可以达到全体电力消费量的34%。其中预估风力发电领域方面约有14%17%的贡献。欧洲从2000 年以后累积风力发电容量为9.7GW,约成长了7倍的95GW。针对EU 在2009 年底为止的统计,风力发电领域的雇用人数为19 万人,风力发电方面的投资金额为139 亿欧元。09年的发电总容量若没有特殊改变的话162.5TWh,风力发电相当约占EU 电力需求的4.8%。3)欧洲是以海上风力发电导入做为主流欧洲2009 年在海洋风力发电方面的导入容量为582MW,比08年增加56%,占欧洲整体发电设备的6%左右。累积发电容量为2,063
21、MW,占欧洲全体发电量的3%。欧洲的两大市场分别为英国的883MW,以及丹麦的646MW。就2010 年欧洲海洋风力发电容量来看,预定导入1,000MW,相当于欧洲市场的约10%左右。海洋风力发电尚处于萌芽期,预估到2020 年以海洋型的风力发电容量将达到40GW。由于欧洲海域的优势条件,适合海洋型的风力发电设备,预估这将成为欧洲能源再生的主流方式。此外、欧洲在海洋型风力发电技术方面,局于领先地位,故预估到了2030 年,风力发电是目前的7 倍能力,相当于能够供应30,000TWh 的电力。2009 年为止,海洋型风力发电设备共设立830 座,通过海底送电网的传送,已经能够供应2,000MW
22、的电力。目前在欧洲的9 个国家,建立了39 个风力发电系统,海洋型的风力发电也从1994 年在荷兰外海建设的第1 座发电能力2MW,一直到去年的09 年在丹麦沿海设置的海洋型风力发电设备,能够产生209MW 的发电能力。最近大型海上风力涡轮设备,主要是基于深海建设技术提高所赐。仅2009 年就建设了9 个场所的海洋型风力发电基地,供安置了201 座风力发电设备,新设置的风力发电能力达到584MW,09 年在风力发电方面的投资金额为130 亿欧元。其中海洋型风力发电设备就占了15 亿欧元。2010 年更增加到30 亿欧元。1,5 未来我国风力发电的发展趋势 海上风力发电已经悄然兴起并且将会成为重
23、要能源形式,海上有丰富的风能资源和广阔平坦的区域,从而使海上风力发电技术成为最近的研究和应用热点。中国海上风能资源储量远大于陆地风能,储量10m高度可利用的风能资源超过7亿kW,而且距离电力负荷中心很近。随着风力发电的不段发展,陆地上的风力发电机的总和已经开始趋于饱和,那么就需要我们开发新的能源形式,海上风力发电场也就自然而然的成为了新的重要能源开发项目,同时也是风力发电的开发重点。不仅在中国是这样,海上发电也是近年来国际风力发电产业发展的一个新新领域,可谓是“方向中的方向”。随着现代风力发电技术发展的日趋成熟,风力发电机组正不断向大型化发展。大体上大型风力发电机组有两种发展模式。一种是陆地风
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