正文风力发电机的设计及风力发电系统的研究.doc文档【46页完整版】

合国气候变化框架缔约方第次大会上，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。

部分内容简介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，年在日本京都召开的联合国气候变化框架缔约方第次大会上，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。

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。

绿色电力的发展就是个典型的例子，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。

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。

风力发电的现状世界风力发电现状世纪年代以来，工业发达国家对风力发电机组的研制取得了巨大进展。

年美国研制出单机容量为的水平轴风力发电机组，安装于夏威夷群岛的瓦胡岛上。

年加拿大研制出单机容量为的立轴达里厄风力发电机组，安装于魁北克省的凯普柴特。

进入世纪年代，单机容量在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。

到世纪年代，单机容量为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年底为万，年底为万，年底为万，年达万，年达万，年达，平均年增长率在以上。

欧洲风能协会预计，全世界到年风力发电装机容量将超过亿，占欧洲总发电量的以上。

世界能源委员会预计，全世界到年风力发电装机容量可达亿亿。

中国风力发电现状中国风力发电起步较晚，但发展较快。

目前风力发发电机组的研制开发重点分两方面，是以下独力运行的小型风力发电机组，二是以上并网运行的大型风力发电机组。

世纪年代中期，中国开始规划风力发电场的建设。

年在山东荣城引进台丹麦风力发电机组，开始并网风力发电技术的试验和示范。

年在新疆达坂城安装了台风力发电机组，年又安装了台风力发电机组，同年在内蒙古朱日和也安装台美国机组，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，到年底，中国共建有座风电场，装机台，总容量万。

目前正处于前期工作阶段和正在建设的风电场以遍及多个省市和自治区。

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，以上升到，级的机组也成批生产，级的机组已在实验生产。

这就必然要采用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，容量为的风力机叶轮扫风直径达。

目前最长的叶片以做到。

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种新型叶片，比早期的些风力机桨叶捕捉风能的能力要大。

目前，丹麦美国德国等风电科技较发达的国家，有许多专业研究人员在利用较先进的设备和技术条件致力与新叶型的从理论到应用的研究开发。

在中大型风电机组的设计中，采用了更高的塔架以捕捉更多的风能。

地处平坦地带的风力机。

在高处捕捉的风能要比高处多。

尤其值得注意的是，随着电力电子技术的发展，近年来发展了种变速风力发电机组，取消了沉重的增速齿轮箱，发电机轴直接连接到风力发电机组轴上，转子的转速随风阻而改变，其交流电的频率也随之变化，经过置于地面的大功率电力电子变换器，将频率不定的交流电整流成直流电，在逆变成与电网同频率的交流电输出。

由于他被设计成在几乎所有的风况下都能获得较大的空气动力效率，因而提高了捕捉风能的效率，试验表明，在平均风速时，变速风力发电机组要比恒速风力发电机组多捕获的风能，同时每由于机舱重量减轻和改善了传动系统各部件的受力状况，可使风力发电机组的支撑结构减轻，塔架等基础费用也可降低。

其运行维护费用也较低。

这是种很有发谐波电流，从而产生谐波转矩和增加机械损耗，对双输出异步发电机的特性带来了些影响。

例如，当直流回路中电抗器的电感量足够大时﹕大于或等于，﹕折算到转子整流回路的平均电抗器的电感，折算到转子侧的每相漏抗，定子侧电源的频率时，逆变器的脉动电势所引起的转子脉动电流可以忽略不计，但当不满足上述条件时，将会出现轻载时电流断续的现象，使机械特性发生畸变。

另外，直流侧的整流电压与逆变电势的瞬时值不相等，还会引起逆变器的提前短路，形成环流。

但通过选择适当的参数如定子漏电感转子漏电感及励磁电感定子电阻转子电阻，可以使谐波分量降低，脉动转矩和铜耗均减少。

整流装置整流电路的选择策略整流电路是电力电子电路中出现最早的种，它将交流电变为直流电，应用十分广泛，电路形式多种多样，各具特色。

可从各种角度对整流电路进行分类，分类方法有按组成的器件可分为不可控半控全控三种按电路结构可分为桥式电路和零式电路按交流输入相数可分为单相电路和多相电路按变压器二次侧电流的方向可分为单向或双向又分为单拍电路和双拍电路。

各种整流电路优缺点的比较单相半波可控整流电路的特点是简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。

为使变压器铁芯不饱和，需增大铁芯截面积，增大了设备的容量。

单相桥式全控整流电路与单相全波二者的区别在于单相全波可控整流电路中变压器的二次绕组带中心抽头，结构较复杂。

绕组及铁心对铜铁等材料的消耗比单相全桥多，在当今世界上有色金属资源有限的情况下，这是不利的。

单相全波可控整流电路中只用个晶闸管，比单相全控桥式可控整流电路少个，相应地，晶闸管的门极驱动电路也少个但是在单相全波可控整流电路中，晶闸管承受的最大电压为，是单相全控桥式整流电路的倍。

单相全波可控整流电路中，导电回路只含个晶闸管，比单相桥少个，因而也少了次管压降。

从上述比较考虑，单相全波电路适宜于在低输出电压的场合应用。

单相桥式半控整流电路的特点该电路实用中需加设续流二极管，以避免可能发生的失控现象。

电路简化。

电容滤波的单相不可控整流电路的特点适用于交直交变频器不间断电源开关电源等应用场合中，常用于小功率单相交流输入的场合。

从上述各种整流电路的优缺点的比较及根据本文研究的风力发电机输出的电的要求，本系统采用电容滤波的单相不可控整流电路稳压电路的选择策略开关稳压电源发展迅速，种类繁多，从工作方式上，可分为可控整流型斩波型和隔离型三大类。

所谓可控整流型开关稳压电源，是指采用可控硅整流元件作调整开关，由交流市电电网供电，可直接供电，也可经过变压器变压后供电。

在可工作的半波内，截去正弦曲线的前部分，这部分所占角度称为截止角，导通的正弦曲线的后部分称为导通角，靠调导通角的大小，达到调整输出电压和稳定输出电压的目的。

方框图见图。

图可控整流型开关稳压电源所谓斩波型开关稳压电源指直流供电，输入直流电压加到开关电路上，在开关电路的输出端得到单向的脉动直流，经滤波得到与输入电压不同的稳定的直流输出电压，从输出电压取样，经比较放大控制脉冲信号，控制调整开关的导通时间和截止时间的相对长短达到稳压的目的。

方框图见图。

这种稳压电源的开关元件常由晶体三极管担任。

调压也是靠改变调整开关的导通和截止时间的相对长短来实现的。

图斩波型开关稳压器方框图所谓隔离型开关电源，是指输出回路与逆变电路之间，经过高频变压器，由磁场的变化实现能量传递，没有电流之间的直接流通。

习惯上称为直流变换器。

直流变换可控电流滤波脉冲控制电路反馈步同源电调整开关滤波脉冲控制电路器不都是隔离型开关稳压器，因为直流变换器中，将输入的直流变成交变电压的逆变器不都是工作在开关状态，如正弦波振荡状态，还有不少直流变换器没有稳压功能。

严格地说，直流变换器包括隔离开关型稳压器，但为了通俗，还是采用直流变换器词。

直流变换器是指直流电压供电，经开关电路，将直流变成交流，因与整流作用相反，因此通常称为逆变器。

经过逆变器将直流供电能量转变成频率很高的交流能量，再经变压器隔离变压升压或降压，再整流，得到新的直流输出电压。

从输出取样，经放大反馈至逆变器，控制它的工作，达到稳定输出电压的目的。

方框图见图。

图直流变换器方框图根据本文的研究，采用可控整流型开关稳压电源电路。

逆变电路的选择策略直接逆变后用工频变压器升压至交流这种方法电路结构简单，控制也比较容易。

但是因为使用工频变压器，从而增大了体积重量和成本。

另外，逆变时由于输入电压低，造成电流大，功率管的选择比较困难。

还有，逆变后电流也比较大，从而后级工频变压器的制作也比较困难。

高频链逆变技术逆变出交流电压这种方法因为使用高频变压器，因此体积小重量轻成本也低。

但是由于是新兴技术，逆变时要精确确定电压过零点和电流过零点，因此控制电路比较复杂难以控制。

另外，目前采用高频链逆变技术的逆变器只能用于低功率范畴。

有关资料表明，目前最大功率仅为。

高频