发展道路，建设和谐社会和谐世界的重要环。风力发电发展情况国外风力发电发展情况世纪末，风力发电机组首先由丹麦人研制成功，紧接着，世界各国开始探索研究，直至今天，世界上越来越多的国家致力于风力发展。欧洲的装机容量是全球各地装机容量最大的地区，预计在年之后半的欧洲人口将会使用风力发电。在欧洲以外，大力发展风电的国家主要有美国中国印度加拿大和日本等。到目前为止，已有个国家正在积极发展风力发电。目前，全球风力发电累计装机容量在逐年增长，根据全球风能协会统计，年，全球风力发电总装机的容量为，如表所示。表年至年全球风力发电累计装机容量年份年累计装机容量根据风力发展国的规划，对于未来，风电仍有很大发展空间。以欧洲为例，到年计划实现可再生能源占到总发电量的，其中风电占到。目前，主要国家的风电覆盖率均处于比较低的水平，而且全球平均风电仅占总发电量的。从总体来看，美中印以及欧的风电市场增长非常迅速。国内风力发电发展情况面对环境污染和资源短缺的压力，我国迫切需要走出条有中国特色的新型能源发展道路，实现可持续发展。我国的风力发电事业起步较晚，但在国家的支持下，风力发电取得了快速发展。在年，山东荣成引进了风电机组，我国开始了风电场的运转试验。利用风能并网发电在我国已经开展了多年，但风电仍未走出试验的阶段。截至目前，我国风电场总装机容量为万千瓦，仅占全国装机的。我国风能资源丰富，主要分布在新疆内蒙古，也分布在东部至东南沿海地带及岛屿。在陆上，能开发利用的风能储量，在亿千瓦左右在海上，能开发利用的风能储量，在亿千瓦左右。风力发电技术发展状况风电技术也逐渐成为些科研人员研究的热点。风力发电的整个系统的核心是将机械能转换为电能的过程，因此风力发电技术研究的个重点，就是研制种发电机系统，这种系统要有利于风电的转换。风力发电过程中,当风电机与电网并联运行时,电网和风电的频率要致,也就是说风电频率要保持恒定。对于风力发电系统，包括恒速恒频发电机系统变速恒频发电机系统。恒速恒频发电系统对于单机容量，恒速运行方式多用于千瓦的风电机组，由于笼型异步发电机能直接从电网中获得励磁功率，因而多采用笼型异步发电机。通常，恒速风电机组包括变桨距风力机定桨距失速型风力机。前者控制风力机输出功率的方法是利用风轮叶片的变桨距进行调节而后者控制风力机输出功率的方法由风轮叶片完成通过风轮叶片翼型的气动失速特性来限制叶片吸收过大的风能，可是这种风力机成型工艺难度较大。笼型异步发电机属于恒速恒频的风力发电机是因为具有以下特性在并网后，电网频率决定发电机磁场旋转速度异步发电机转子转速变化不大。变速恒频发电系统在变速恒频发电方式下，风力机工作在变速运行状态，风轮的转速随风速变化，保持在定的最佳叶尖速比上，并且在额定风速以下的整个运行范围内使风力机的风能利用系数处于最大值，因而，与恒速运行方式相比，有较大的优势。对于不同风速区，这种变速机组都能适应，因而风力发电的地域范围得以拓宽，并且能吸收大量风能并储存起来，这样对于主轴及传动机构，就不会承受很大的扭矩及应力。通过电力电子装置的调频，调压等将风能产生的电能并入电网，同时，风力机组也会在安全与平稳的状态下运行。般来说，对于风力发电机，有四种变速恒频控制方案鼠笼式异步发电机风电系统无刷双馈发电机风电系统交流励磁双馈发电机风电系统永磁发电机风电系统。本文的研究内容及研究意义本文的研究内容本文研究的是风力发电系统最大功率追踪控制研究，具体内容如下熟悉风力发电系统的构成和的含义分析比较目前的算法的理论知识采用进行仿真分析，确定各种算法的优缺点采用合适的算法，在新能源并网实验室中进行实验，验证算法的有效性。本文的研究意义由于环境问题与资源比的变化对系统功率的影响。模拟中，令风速为，在占空比为和时，风力机输出功率如图所示。图风力机输出功率由图可知风力机的输出功率随占空比而改变。对于输出功率，在占空比为时，为左右，在占空比为时，大概为。所以通过上图可以得出改变占空比，能使输出功率发生变化。这样，就可以通过调整占空比，实现了风力发电机最大功率追踪。三种爬山搜索法的仿真各种爬山搜索法都有优缺点，为了进步比较分析，用搭建了最大功率跟踪模块，然后将其代入到系统中，当风速由突变为时，对风力机功率的吸收情况进行观察。传统爬山搜索法的仿真首先对传统爬山搜索法也就是固定步长算法进行仿真，模块如图所示。图传统爬山搜索法模块在图所示系统中，引入个将最原始的个模块，对输出功率的情况进行观察。采样时间设置为下文的仿真也按此时间，初始占空比为，步长为。结果如图所示。图固定步长占空比扰动法的风力机输出功率从图中可以看出当风速稳定在时，根据计算可得，输出功率稳定在最大功率处当风速变为时，输出功率会快速上升，直至最大功率处。从图中也可以看出固定步长爬山搜索法的缺点是，在风速稳定时，对于输出功率，由于占空比不断变化，会有较大波动。图为固定步长扰动法占空比变化波形。图固定步长占空比扰动法占空比的波形从上图中可知对于占空比，当风速为时，在间波动而当风速变为时，能迅速跟踪风速变化，在间波动。所以，跟踪速度很快，但占空比波动比较大。变步长爬山搜索法的仿真首先，对变步长爬山搜索法进行建模，如图所示。图变步长占空比扰动法的模块然后将图模块整合到图所示系统中便可得到图的仿真结果。图变步长占空比扰动法的风力机输出功率从上图可知与固定步长的方法相比，不论稳定性，还是在快速性上，变步长爬山搜索法都有较大提高，但功率波动这问题依然没有得到解决。变步长扰动法占空比变化波形如图所示。图变步长占空比扰动法占空比的波形从上图可以看出风速为时，与固定步长相比，此方法占空比的变化范围为，因而可以得出，此方法追踪最大功率的效果要更好些。改进的变步长爬山搜索法的仿真首先，对改进的变步长爬山搜索法建模，如图所示图改进的变步长占空比扰动法的模块在图所示系统中，引入此模块。合理设置参数，进行仿真，可得风力机输出功率。如图所示。图改进的变步长占空比扰动法风力机输出功率从上图可看出功率波形相当平稳，有着更快的跟踪速度，功率波动小，所以，效果还是比较令人满意的。对于变步长占空比扰动法，图为其占空比波形。图占空比波形由上图可知对于占空比，在风速为时，保持在处在风速为时，保持在处，波动很小，系统较为稳定。上述三种方法都是扰动法中比较简单方法，它们跟踪最大功率思想是致的首先，对功率与占空比的变化方向进行判断然后，对当前运行点与最大功率点的位置进行确定最后，得出当前占空比扰动方向。对比以上三种扰动法的跟踪效果，不难得出改进的变步长爬山搜索法性能更加优越。本章总结本章首先对整个风电系统进行了建模，然后，对于三种爬山搜索法，利用对其进行仿真研究，通过仿真对比发现，相比于固定步长与变步长爬山算法，改进的爬山搜索法更能满足最大功率追踪的要求。结论目前，风力发电技术作为种可再生能源，已得到长足发展，取得了广泛应用。在研究各种文献的基础上，本文首先对风电系统的发展背景进行了分析，然后，在实验中做了风速模拟以及风力机的模拟，并进行了仿真研究，又着重探究了风电系统中的最大功率点追踪控制问题，并主要研究了三种爬山搜索法，通过仿真研究得出改进的爬山搜索法具有更好的快速性和稳定性。本文通过研究得到以下成果为了进步仿真研究，通过搭建了风速模型，比较逼真地模拟了真实风，而且，还搭建了风力机的模型发电机模型，并对整个风力发电系统进行了研究。对于风力机的模拟，因条件有限，本文是通过直流电机和个闭环控制电路来实现的，仿真结果证明模型能够很好的代替风力机进行实验室的研究。同时，本文还对风力机与发电机的转速转矩特性进行了分析。分析了几种控制方法，并着重研究了三种爬山搜索法，并且通过模拟仿真，得出与固定步长和变步长爬山算法相比，改进的变步长爬山算法能使系统具有更高的效率和稳定性。由于时间的仓促，还需要进行的工作有尝试寻求更加优化的风力发电系统最大功率追踪控制方法，使输出的功率波动更小，提高系统的快速性和精确性。参考文献,包耳,胡红英风力发电的发展状况与展望大连民族学院学报江泽民对中国能源问题的思考中国能源,贾要勤风力发电实验用模拟风力机太阳能学报,徐甫荣大型风电场及风电机组的控制系统电气传动自动化,杨之俊基于的组合风速建模与仿真安徽电气工程职业技术学院学报,卞松江,潘再平,贺益康风力机特性的直流电机模拟太阳能学报贺益康,胡家兵风力机特性的直流电动机模拟及其变速恒频风力发电研究中的应用太阳能学报吴捷,许燕灏基于异步电动机的风力机风轮动态模拟方法华南理工大学学报,徐科变速永磁同步风力发电机交直流并网系统运行控制研究东南大学博士论文致谢本次做毕业论文，得到了老师的指导，同学的帮助和支持，特此致谢。感谢娄伟老师，在课题进行之中，得到了他的指导和教诲，使我在专业方面取得些进步。老师渊博精深的学识和勇于开拓的精神会使我终生受益，至此，谨向我的老师致以衷心的感谢以及崇高的敬意,衷心感谢所有关心支持和帮助我的老师同学和朋友,你们的关怀将是我在未来的学习生活中不断取得进步的强劲动力,董奎元年月日毕业论文风力发电系统最大功率追踪控制研究院部机械与电子工程学院专业班级电气三班届次届学生姓名二О五年六月日装订线目录摘要引言,课题的背景风力发电发展情况国外风力发电发展情况国内风力发电发展情况风力发电技术发展状况恒速恒频发电系统变速恒频发电系统本文的研究内容及研究意义本文的研究内容本文的研究意义风力发电系统的分析与模拟风力发电的基本原理风力发电的基本原理贝茨理论对风速的模拟与仿真对风力机的模拟与仿真风力发电机的空气动力学特性对风力发电机的模拟与仿真直驱永磁同步发电机的模拟与仿真直驱永磁同步发电机的模拟直驱永磁同步发电机的仿真风力发电系统主电路拓扑本章总结风力发电系统最大功率追踪方法及仿真研究最大风能追踪的控制方法功率信号反馈法叶尖速比控制法三点比较法爬山搜索法三种爬山搜索法的分析传统爬山搜索法变步长爬山搜索法改进的爬山搜索法本章总结风力发电系统最大功率追踪仿真研究风力发电系统的仿真三种爬山搜索法的仿真传统爬山搜索法的仿真变步长爬山搜索法的仿真改进的变步长爬山搜索法的仿真本章总结结论参考文献致谢风力发电系统最大功率追踪控制研究董奎元山东农业大学机械与电子工程学院泰安摘要本课题设计风力发电机的最大功率追踪控制系统，通过分析几种控制策略的特点，选取合适的算法，获得最大功率输出。本文首先介绍了课题的研究背景及其意义。其次为了方便实验室研究，开展了模拟风速，以及用直流电动机模拟风力机特性的研究工作。本文介绍了几种最大功率的控制方法功率信号反馈法叶尖转速比控制法三点比较法爬山搜索法，重点介绍了爬山搜索法，然后又对比分析了三种爬山搜索。通过仿真研究，得出改进的变步长爬山搜索法具有跟踪稳定效率更高的结论。关键词风力发电最大功率追踪控制模拟风速直流电动机模拟风力机,引言课题