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《風力發(fā)電機組系統(tǒng)建模與仿真研究.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、1緒論1緒論1．1課題研究的背景和意義1．1．1研究背景風力發(fā)電作為一種新的、安全可靠的潔凈能源，其優(yōu)越性為越來越多的人所認識。風力發(fā)電的優(yōu)越性可歸納為五點：①風力發(fā)電是一種潔凈的自然能源。風能在轉換成電能的過程中，只降低了氣流的速度，沒有給大氣造成任何污染。風電沒有常規(guī)能源及核電對環(huán)境造成的污染問題。核電的放射性廢料仍是一個較難解決的問題。②風力發(fā)電技術不斷進步，單機容量逐步增大，產品質量得到改善，可用率達到98％以上，是一種安全可靠的能源。③由于技術進步和產品批量增加，風力發(fā)電的經濟性日益提高，風電成本持續(xù)下降。風力發(fā)電的成本已接近煤電，低
2、于油電和核電。若考慮煤電的環(huán)境污染和交通安全等問題，風電的經濟性優(yōu)于煤電。④風力發(fā)電場建設周期短。單臺風力發(fā)電機組安裝僅需幾個星期，可多臺同時安裝，互不干擾。建設一個風力發(fā)電場，從土建、安裝到投產，只需半年至一年時間；而煤電、核電的建設需要三至十年。⑤風力發(fā)電占地面積少。塔筒與監(jiān)控、變電建筑僅占風電場約1％的土地，其余99％的廣大場地可供農、林、牧使用。由此可見，風力發(fā)電具有較好的經濟效益和社會效益，風力發(fā)電技術的發(fā)展受到世界各國政府的高度重視[I-5]。地球上蘊藏的風力資源十分豐富，如果10％的風能得到開發(fā)利用的話，那么全球的電力需求就可以得
3、到滿足。我國是世界上風力資源較為豐富的國家之一，lO米高度層的風能資源總儲量為32．26億kW，其中可開發(fā)利用的風能資源約2．53億kW。我國的風力資源主要分布在兩大風能地帶，內蒙、甘肅、新疆等北部和東南沿海及附近島嶼。近地層可供開發(fā)的風能資源情況如下：可能發(fā)展lOOkW級以上大型風力機的地區(qū)，只占全國總面積的1％左右；可能發(fā)展lOkW級風力機的地區(qū)占10％，lkW小型風力機的可能發(fā)展地區(qū)則占40％以上。全國風能資源分布上與煤炭、水能資源有大致互補的特點【6】。風力發(fā)電最主要的設備就是風力發(fā)電機組。從能量轉換的角度看，風力發(fā)電機組由兩大部分組成
4、：其一是風輪，它的功能是將風能轉換為機械能；其二是發(fā)電機，它的功能是將機械能轉換為電能。風力發(fā)電機一般由風輪、增速齒輪箱、發(fā)電機、偏航裝置、控制系統(tǒng)、塔架等主要部件所組成。重慶大學博士學位論文圖1．1水平軸風力發(fā)電機組的總體結構圖Fig．1．1Configurationofhorizontalaxiswindulibhlc在圖1．1中，1)是葉輪；2)是輪轂；3)是機艙內框架；4)是葉輪軸與主軸連接；5)是主軸；6)是齒輪箱：7)是剎車盤；8)是發(fā)電機的連接：柔性聯軸器；9)發(fā)電機；10)是散熱器；11)是冷卻風扇；12)風測量系統(tǒng)：包括風速儀
5、和風向標；13)是控制系統(tǒng)：14)液壓系統(tǒng)：15)是偏航驅動；16)是偏航軸承；17)是機艙蓋；181是塔架；19)是變槳距部分。風力發(fā)電機的種類和形式很多，但由于風力發(fā)電機組將風能轉變?yōu)闄C械能的主要部件是受風力作用而旋轉的風輪；因此，風力發(fā)電機組依據風輪的結構及其在氣流中的位置大體上可分為兩大類：一類為水平軸風力發(fā)電機組；一類為垂直軸風力發(fā)電機組。由于垂直軸風力機無法捕獲大量風能，而且需要大量材料，占地面積大，因此商用大型風力發(fā)電機組一般為水平軸風力發(fā)電機。本文的研究重點也以水平軸風力發(fā)電機為研究對象。圖1．1是目前常用的水平軸風力發(fā)電機組并
6、網狀況下應用的總體結構示意圖。風以一定速度和攻角作用在槳葉上，使槳葉產生旋轉力矩而轉動，將風能轉變?yōu)闄C械能，進而通過增速器驅動發(fā)電機并入電網。1．1．2課題研究意義我國大型風電技術的開發(fā)應用落后于發(fā)達的歐美國家。在“八五”和“九五”期間，將風能應用列入了國家重點科技攻關項目，并組織了多家科研單位進行攻關，21緒論取得了一定成績。在較短時期內實現了技術跨越。在大型風電機組葉片的設計和性能計算能力方面，國內已經有較成熟的方法和工具，而且技術能力比較強，能夠完成葉片的氣動外形和結構設計、性能計算、載荷計算和氣彈穩(wěn)定性計算。通過國家“九五”科技攻關，國
7、產(惠騰公司生產)的600KW定槳距葉片已為國產整機配套制造了30多片。同時形成了大型葉片的設計、制造工藝、試驗、產品售后服務等方面的能力。在失速型風電機組的控制領域，由中科院電工所、新疆大學、金風科技股份公司等單位開發(fā)研制了具有獨立知識產權的兩種600KW電控系統(tǒng)，并分別投入運行兩年和一年多，經過了實際運行考驗，為今后更大容量風電機組電控系統(tǒng)研制創(chuàng)造了良好條件。在風電機組的關鍵零部件中，增速箱、發(fā)電機已實現了國產化，并針對大型風電機組齒輪箱普遍出現點蝕、微點蝕等現象采取了多種強化措施并收到了良好效果。進入“十五”以后，國家加大了對風能利用的投
8、入力度，將風能作為國家863計劃能源技術領域后續(xù)能源主題中的一個主攻方向，開展MW級風力發(fā)電技術的專題研究。預計在五年內，將誕生國產的MW級失速型風電
