XX本科畢業設計說明書1引言隨著世界工業化進程的不斷加快，使得能源消耗逐漸增加，全球工業有害物質的排放量與日俱增，從而造成氣候異常、災害增多、惡性疾病的多發，因此，能源和環境問題成為當今世界所面臨的兩大重要課題。由能源問題引發的危機以及日益突出的環境問題，使人們認識到開發清潔的可再生能源是保護生態環境和可持續發展的客觀需要。可以說，對風力發電的研究和進行這方面的畢業設計對我們從事風力發電事業的同學是有著十分重大的理論和現實意義的，也是十分有必要的。風力發電起源于20世紀70年代，技術成熟于80年代，自90年代以來風力發電進入了大發展階段。隨著風力發電容量的不斷增大，控制方式從基本單一的定槳距失速控制向全槳葉變距控制和變速控制發展。前人在風輪機的空氣動力學原理和能量轉換原理的基礎上,系統分析了定槳距風力發電機組、變槳距風力發電機組、變速風力發電機組的基本控制要求和控制策略，并對并網型風力發電機組的變槳距控制技術進行了一定的研究。變槳距風力發電機組的主要控制是在起動時對風輪轉速的控制和并網后對輸入功率的控制。通過變距控制可以根據風速來調整槳葉節距角，以滿足發電機起動與系統輸出功率穩定的雙重要求。但由于對運行工況的認識不足，對變槳距控制系統的設計不能滿足風力發電機組正常運行的要求，更達不到優化功率曲線和穩定功率輸出的要求。本篇論文主要介紹了風力發電機組的基本控制要求和控制策略,在變槳距風力發電機組控制系統仿真方面作了初步的探究和研究。通過控制系統保持了風力發電機組的安全可靠運行，并實現了穩定機組輸出功率和優化功率曲線的控制功能。利用控制系統使風力發電系統在規定的時間內不出故障或少出故障，并在出故障之后能夠以最快的速度修復系統使之恢復正常工作。本篇論文主要是通過PSCAD/EMTDC仿真軟件，建立風力發電系統控制模型以及完整的風力發電樣例系統模型，對自建的風力發電系統控制模型進行仿真分析，利用運行模塊進行EMTDC模擬計算，驗證風力發電系統控制模型的可用性，并且通過單曲線繪圖對模擬結果進行分析，并利用多曲線繪圖模塊產生可直接用于研究報告的模擬結果圖形。本文在編寫過程中，受到栗文義老師的大力支持和精心指導，在此表示衷心的感謝。風力發電技術和PSCAD/EMTDC仿真等的相關知識對我們來講都是平時很少接觸XX本科畢業設計說明書2和涉及的，而且，這些學科中的很多東西都是較為前沿的。由于本人的理論水平及實踐經驗所限、編寫時間倉促，書中錯誤疏漏之處難免，敬請老師不咎指正。田敏2006年6月XX本科畢業設計說明書3第一章風力發電系統的基本原理1.1風力發電的基本原理1.1.1風力發電的基本原理風能具有一定的動能，通過風輪機將風能轉化為機械能，拖動發電機發電。風力發電的原理是利用風帶動風車葉片旋轉，再通過增速器將旋轉的速度提高來促使發電機發電的。依據目前的風車技術，大約3m/s的微風速度便可以開始發電。風力發電的原理說起來非常簡單，最簡單的風力發電機可由葉片和發電機兩部分構成如圖1-1所示。空氣流動的動能作用在葉輪上，將動能轉換成機械能，從而推動片葉旋轉，如果將葉輪的轉軸與發電機的轉軸相連就會帶動發電機發出電來。1.1.2風力發電的特點（1）可再生的潔凈能源風力發電是一種可再生的潔凈能源，不消耗化石資源也不污染環境，這是火力發電所無法比擬的優點。（2）建設周期短一個十兆瓦級的風電場建設期不到一年。（3）裝機規模靈活可根據資金情況決定一次裝機規模，有一臺資金就可以安裝一臺投產一臺。（4）可靠性高把現代高科技應用于風力發電機組使其發電可靠性大大提高，中、大型風力發電機組可靠性從80年代的50%提高到了98%，高于火力發電且機組壽命可達20年。（5）造價低從國外建成的風電場看，單位千瓦造價和單位千瓦時電價都低于火力發電，和常規能源發電相比具有競爭力。我國由于中大型風力發電機組全部從國外引進，造價和電價相對比火力發電高，但隨著大中型風力發電機組實現國產化、產業化，在不久的將來風力發電的造價和電價都將低于火力發電。（6）運行維護簡單現代中大型風力發電機的自動化水平很高，完全可以在無人職守的情況下正常工XX本科畢業設計說明書4作，只需定期進行必要的維護，不存在火力發電的大修問題。（7）實際占地面積小發電機組與監控、變電等建筑僅占火電廠1%的土地，其余場地仍可供農、牧、漁使用。（8）發電方式多樣化風力發電既可并網運行，也可以和其他能源如柴油發電、太陽能發電、水利發電機組形成互補系統，還可以獨立運行，因此對于解決邊遠地區的用電問題提供了現實可行性。（9）單機容量小由于風能密度低決定了單臺風力發電機組容量不可能很大，與現在的火力發電機組和核電機組無法相比。另外風況是不穩定的，有時無風有時又有破壞性的大風，這都是風力發電必須解決的實際問題。1.2風資源及風輪機概述1.2.1風資源概述（1）風的起源風的形成乃是空氣流動的結果。風就是水平運動的空氣，空氣運動主要是由于地球上各緯度所接受的太陽輻射強度不同而形成的。大氣的流動也像水流一樣，是從壓力高處往壓力低處流，太陽能正是形成大氣壓差的原因。由于地球自轉軸與圍繞太陽的公轉軸之間存在665的夾角，因此對地球上不同地點太陽照射角度是不同的，而且對同一地點一年中這個角度也是變化的。地球上某處所接受的太陽輻射能與該地點太陽照射角的正弦成正比。（2）風的參數風向和風速是兩個描述風的重要參數。風向是指風吹來的方向，如果風是從東方吹來就稱為東風。風速是表示風移動的速度即單位時間內空氣流