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論文關(guān)鍵字：風(fēng)能發(fā)電機(jī)電能

論文摘要：風(fēng)能是一種清潔，安全，可再生的綠色能源，利用風(fēng)能對(duì)環(huán)境無(wú)污染，對(duì)生態(tài)無(wú)破壞，環(huán)保效益和生態(tài)效益良好，對(duì)于人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，在世界范圍內(nèi)爆發(fā)的能源危機(jī)告誡人們，要生存就要尋找開(kāi)發(fā)新能源，此后各國(guó)政府紛紛制定能源政策支持新能源的開(kāi)發(fā)利用?，F(xiàn)今調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、減少溫室氣體排放、緩解環(huán)境污染、加強(qiáng)能源安全已成為國(guó)內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)。國(guó)家對(duì)可再生能源的利用,特別是風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用給予了高度重視。

近年來(lái)，世界風(fēng)力發(fā)電事業(yè)蓬勃發(fā)展，截至2006年年底，全世界風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)7422萬(wàn)千瓦，預(yù)計(jì)到2010年全世界風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)到149．5吉瓦。

我國(guó)風(fēng)能資源豐富。據(jù)中國(guó)氣象科學(xué)研究院的初步測(cè)算,我國(guó)陸地10m高度處可開(kāi)發(fā)儲(chǔ)量為2.53億kW,海上可開(kāi)發(fā)儲(chǔ)量為7.5億kW,總計(jì)約10億kW,風(fēng)能利用潛力巨大。2005年以來(lái)我國(guó)每年的風(fēng)電新增裝機(jī)容量連年翻番，2005年裝機(jī)容量126萬(wàn)KW，2006年裝機(jī)容量260萬(wàn)KW，2007年裝機(jī)容量590萬(wàn)KW，至2008年底風(fēng)電裝機(jī)容量已超過(guò)1000萬(wàn)KW。國(guó)家規(guī)劃,到2020年中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模將達(dá)3000萬(wàn)kW。在國(guó)家政策和資源優(yōu)勢(shì)的推動(dòng)下,中國(guó)風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。

風(fēng)力發(fā)電在并網(wǎng)時(shí)由于沖擊電流的存在，會(huì)對(duì)電網(wǎng)電壓產(chǎn)生影響。由于風(fēng)力發(fā)電是一種間歇性能源，風(fēng)電場(chǎng)的功率輸出具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，所以為了保證風(fēng)電并網(wǎng)以后系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，需要額外安排一定容量的旋轉(zhuǎn)備用以響應(yīng)風(fēng)電場(chǎng)的隨機(jī)波動(dòng)。各種形式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)對(duì)無(wú)功功率的需求不同，依靠電容補(bǔ)償來(lái)解決無(wú)功功率平衡問(wèn)題，發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率與出力有關(guān)，由此也影響電網(wǎng)的電壓。

大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的投入運(yùn)行，使大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的建設(shè)成為可能，風(fēng)電事業(yè)正逐步向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)。在某些地方，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)在電網(wǎng)中占有了相當(dāng)?shù)谋戎?，它的運(yùn)行狀況直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的安全性和可靠性。為了更加安全、充分的利用風(fēng)力資源，迫切需要深入研究大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題，是保證并入大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)后電力系統(tǒng)仍然可以正常穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提。

國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)期以來(lái)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要采用恒速恒頻發(fā)電方式，但采用恒速恒頻方式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率較低，而且機(jī)械承受的應(yīng)力較大，相應(yīng)的裝置成本較高。近年來(lái)，隨著大規(guī)模電力電子技術(shù)的日趨成熟，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)速下實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲從而高效發(fā)電，國(guó)內(nèi)外正在采用變速恒頻發(fā)電方式，變速恒頻發(fā)電方式可以大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)運(yùn)行轉(zhuǎn)速,來(lái)適應(yīng)因風(fēng)速變化而引起的風(fēng)力機(jī)功率的變化,可以最大限度的吸收風(fēng)能,因而效率較高；控制系統(tǒng)采取的控制手段可以較好的調(diào)節(jié)系統(tǒng)的有功功率、無(wú)功功率,但控制系統(tǒng)較為復(fù)雜；低風(fēng)速下風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速相應(yīng)下降，從而大大降低了系統(tǒng)的機(jī)械應(yīng)力和裝置成本，近年來(lái)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成了大容量風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的主要選擇方向。

恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)包括同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)和異步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)。同步發(fā)電機(jī)在重載情況下并網(wǎng)，若不進(jìn)行有效的控制，常會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的無(wú)功振蕩和失步，對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響。用于風(fēng)力發(fā)電的同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，常采用自動(dòng)準(zhǔn)同步并網(wǎng)和自同步并網(wǎng)方式。前者由于風(fēng)速的不確定性，通過(guò)該方法并網(wǎng)比較困難；后者的并網(wǎng)操作相對(duì)簡(jiǎn)單，使并網(wǎng)在短時(shí)間內(nèi)完成，但要克服合閘時(shí)有沖擊電流的缺點(diǎn)。異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制裝置簡(jiǎn)單，而且并網(wǎng)后不會(huì)產(chǎn)生振蕩和失步，運(yùn)行比較穩(wěn)定。然而，異步發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生發(fā)電機(jī)額定電流5-7倍的沖擊電流，不僅對(duì)電網(wǎng)造成沖擊而且影響機(jī)組壽命；另外異步發(fā)電機(jī)本身不發(fā)無(wú)功功率，需要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。[

變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有多種，例如同步發(fā)電機(jī)交/直/交系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行和雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的并網(wǎng)運(yùn)行。在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電的眾多種方案中,最具優(yōu)勢(shì)的方案是采用雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)型交流勵(lì)磁變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

同步發(fā)電機(jī)交/直/交系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，由于采用頻率變換裝置進(jìn)行輸出控制,因此并網(wǎng)時(shí)沒(méi)有電流沖擊,對(duì)系統(tǒng)幾乎沒(méi)有影響。由于同步發(fā)電機(jī)組工作頻率與電網(wǎng)頻率是彼此獨(dú)立的,風(fēng)輪及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以變化,不必?fù)?dān)心發(fā)生同步發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)運(yùn)行可能出現(xiàn)的失步問(wèn)題。在風(fēng)電系統(tǒng)中使用阻抗匹配和功率跟蹤反饋來(lái)調(diào)節(jié)輸出負(fù)荷,可使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組按最佳效率運(yùn)行,向電網(wǎng)輸送更多的電能。

雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，風(fēng)力機(jī)起動(dòng)后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)至接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)電網(wǎng),并網(wǎng)時(shí)基本上無(wú)電流沖擊。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可隨風(fēng)負(fù)載的變化及時(shí)做出相應(yīng)的調(diào)整,產(chǎn)生最大的電能輸出。而且通過(guò)調(diào)節(jié)雙饋發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的頻率、幅值和相位，可以保證發(fā)電機(jī)在變速運(yùn)行的情況下發(fā)出恒定頻率的電力,并可以調(diào)節(jié)無(wú)功功率和有功功率。

交流勵(lì)磁變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間是一種柔性連接，尤其對(duì)無(wú)刷雙饋電機(jī)而言，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)交流勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)與控制，就可在變速運(yùn)行的任何轉(zhuǎn)速下滿足并網(wǎng)條件，實(shí)現(xiàn)變速恒頻無(wú)沖擊電流的高效并網(wǎng)。其勵(lì)磁繞組與電網(wǎng)間的雙向變頻器功率，僅為發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的一小部分功率?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在未來(lái)幾年內(nèi)，無(wú)刷雙饋電機(jī)在變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)中將會(huì)獲得廣泛的應(yīng)用，對(duì)全國(guó)的風(fēng)力發(fā)電等機(jī)電產(chǎn)品的更新?lián)Q代起推動(dòng)作用，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

研究(設(shè)計(jì))內(nèi)容

對(duì)主要風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型進(jìn)行對(duì)比研究，不同機(jī)型的發(fā)電機(jī)原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行特性和對(duì)電力系統(tǒng)的影響不盡相同，有必要進(jìn)行研究。

對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)方式進(jìn)行比較分析研究，主要是同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)方式和異步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)方式進(jìn)行比較分析，并對(duì)目前主流的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行重點(diǎn)探討。

電壓水平是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)，研究了風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行后電力系統(tǒng)的電壓特性。

從風(fēng)電場(chǎng)接入地區(qū)的中樞點(diǎn)電壓水平、風(fēng)電系統(tǒng)負(fù)荷的輕重、風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功補(bǔ)償容量大小等各個(gè)方面分析探討影響風(fēng)電機(jī)組最大注入功率的各種因素。

綜合分析幾種常用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)控制技術(shù)，分析比較它們各自應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電上的優(yōu)缺點(diǎn)。并提出風(fēng)力發(fā)電技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)。

研究(設(shè)計(jì))方法及技術(shù)路線

首先建立幾種常用風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，建立風(fēng)速、風(fēng)力機(jī)模型，并利用已建立的數(shù)學(xué)模型對(duì)發(fā)電機(jī)原理進(jìn)行探討，研究各風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性，并就各種發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的影響進(jìn)行理論探討，特別是與電網(wǎng)有功、無(wú)功交換功率及對(duì)電網(wǎng)電壓的影響進(jìn)行探討，找出合適的并網(wǎng)運(yùn)行控制方案。

本課題研究的難點(diǎn)有：1）風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立；由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型較多，不同電機(jī)的數(shù)學(xué)模型不一樣，不能建立統(tǒng)一的、適應(yīng)各種機(jī)型的數(shù)學(xué)模型。2）該課題的探討主要停留在理論上，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆抡嬗?jì)算，難以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)間安排

第九周

詳細(xì)地了解設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)任務(wù)、設(shè)計(jì)要求、預(yù)期效果。本周內(nèi)主要完成：①明確設(shè)計(jì)任務(wù)的具體內(nèi)容。②完成開(kāi)題報(bào)告。③編制初步設(shè)計(jì)方案

第十周

通過(guò)分析設(shè)計(jì)任務(wù)，提出各自的問(wèn)題。

第十一周、第十二周

①將設(shè)計(jì)任務(wù)再次細(xì)化，提出更加具體的問(wèn)題。②開(kāi)始設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)的整體方案，包括相關(guān)硬件、軟件方案，提出可行性。

第十三周、第十四周

①設(shè)計(jì)方案更加具體化，使之更加清晰，明確提出可達(dá)到的預(yù)期效果。②再次論證方案的可行性。③對(duì)設(shè)計(jì)方案各部分進(jìn)行系統(tǒng)的分析計(jì)算，解決設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的具體問(wèn)題。

第十六周

總結(jié)前兩個(gè)階段的工作成果，編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。

第十七周

①妥善保存設(shè)計(jì)系統(tǒng)。②修改畢業(yè)論文，并完成打印。③準(zhǔn)備答辯

預(yù)期成果

預(yù)期成果為幾種常見(jiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行控制方案，并以論文論文的形式表達(dá)出來(lái)?？赡艿膭?chuàng)新點(diǎn)為：考慮充分利用電力存儲(chǔ)或者能量存儲(chǔ)技術(shù)，降低風(fēng)能資源的隨機(jī)性對(duì)電網(wǎng)造成的不利影響，改善風(fēng)能資源的利用條件，盡可能達(dá)到可控的目的。

主要參考文獻(xiàn)

[1]劉亮,唐任遠(yuǎn),孫雨萍．兆瓦級(jí)直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究．山東大學(xué)碩士學(xué)位論文．2008.5

[2]任景．變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動(dòng)態(tài)模型及并網(wǎng)研究．電網(wǎng)與水力發(fā)電進(jìn)展．2008.1

[3]張偉，韓肖清．異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)仿真分析．太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文．2006.5

[4]HoldsworthL，JenkinsN，StrbacG．Electricalstabilityoflargeoffshorewindfarms．SeventhInternationalConferenceonAC-DCPowerTransmission．2001

[5]CHEDIDR,MRADF,BASMAM.Intelligentcontrolforwindenergyconversionsystems.WindEng,1998(1)

[6]宋偉,李昌禧．大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行的探討．河北電力技術(shù)．2002（4）

[7]吳俊玲，周雙喜，孫建鋒，陳壽孫，孟慶和．并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的最大注入功率分析．電網(wǎng)技術(shù)．2004.10

[8]葉運(yùn)驊．并網(wǎng)型變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)與策略．哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)．2002.12

[9]耿華,楊耕,馬小亮．并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)綜述．電力電子技術(shù)．2006.12

[10]何東升,劉永強(qiáng),王亞．并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的研究．高電壓技術(shù)．2008.1

[11]SlootwegJG,KlingWL,PolinderH.Dynamicmodelingofawindturbinewithdoublyfedinductiongenerator.IEEE

PowerEngineeringSocietySummerMeeting:Vol1,2001