直驱式风力发电系统的控制及仿真设计-----开题报告.pdf

-----开题报告

目的：随着电力工业的飞速发展和对供电的需求，利用新能源发
电日益受到人们的关注，风能资源是清洁的可再生能源，风力发电是
新能源中技术最成熟、最具开发规模条件和商业化发展前景的发电方
式之一。世界上很多国家已经充分认识到风电在能源结构恶和缓解环
境污染等方面的重要性，对风电的综合开发给予了高度的重视。本次
选题正是了解到发电系统的新趋势和国家节能减排的计划，对风力发
电的研究产生了浓厚的兴趣。为了对风力发电系统的控制深入学习，
熟悉一些控制电路的实现方法，掌握一种仿真软件并且较好的应用，
所以选择了直驱式风力发电系统的控制及仿真这个题目。
研究意义：风力发电在中国的兴起有着极其深刻的背景。首先，
从我国的能源形势来看，有大规模利用风能的必要。中国能源资源总
量比较丰富，但人均相对不足，再过四十年，我国的煤炭开采将越来
越困难，石油天然气预计再过八十年也将枯竭。但是，我国幅员辽阔，
海岸线长，风能资源比较丰富。根据全国900多个气象站陆地上离地
10米高度资料进行估算，全国平均风功率密度为100w/,风能资源总
储量约为32.26亿千瓦，可开发利用的陆地上风能储量有2.35亿千瓦，
近海可开发和利用的风能储量有7.5亿千瓦，共计约十亿千瓦。如果陆
上风电年上网电量按等效满负荷2000小时计，每年可提供5000亿千
瓦时电量，海上风电年上网电量按等效满负荷2500小时计，每年可提
供1.8万亿千瓦时电量，合计2.3万亿千瓦时电量。因此，研发具有自
主知识产权的风力发电系统对我国当前意义重大：
（1）实现能源多元化，调整我国当前的能源结构。根据国家发改
委的长期产业规划，中国的风电装机规划为2005年完成100万千瓦，
2010年完成500万千瓦，2015年完成1000万千瓦，2020年完成
3000万千瓦，届时风电装机占全国电力装机的2%。因此，风力发电
作为成熟技术的优势对缓解我国电能紧张、改善我国能源结构的调整
有重要作用。
2）通过自主研发，提升风力发电机组的国产化率和行业竞争力。
我国风力发电起步较晚，日前全国已建成60多个风电场，安装风电机
组1500多台，装机规模达到了100多万千瓦。装机容量以每年20%
以上的速度递增，大功率风力发电系统具有极大的产业化和市场发展
前景，有利于提高我国大型风力发电机组的研究和设计制造能力，加
快我国风电机组的国产化步伐，提高我国风力发电的技术水平，缩小
我国在该领域与发达国家的差距，提高我国风电行业在国际上的行业
竞争力。
二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及
应用领域等
研究现状及发展趋势：我国在20世纪50年代，就有过研制风力
发电机组的活动。但有实用价值的新型风力机研制到60～70年代才开
始起步。70年代以后发展较快，在装机容量、制造水平及发展规模上
都居于世界前列。近年来，和光伏电池配合的风光互补系统，容量可
达数百瓦到数十千瓦，能完成给农牧民家庭以及海岛、边防站、通讯
台、输油管道站点等重要设施的独立供电任务，已逐步得到越来越广
泛的重视和应用。为了扶持风电技术和产业的发展，中国政府也采取
了一系列的国家措施，并制定出台了一些列的经济鼓励措施。这些行
动主要有：承风计划、双加工程、国债风电项目、风电特许权项目等。
风力发电发展态势：
（1）小容量向大容量发展：目前投运的主流机型都在1MW以上，
单机容量最大达到5MW。美国已研制成功7MW风力发电机，英国正
在研制10MW的巨型风力发电机。预计到2020年，将会有20MW、
30MW甚至40MW的风力发电机面世。风力发电机的制造将由制造
机器转变为建造发电站。我国生产3MW双馈海上风电机组、2.5MW
直驱型风电机组已成功并网发电。（2）陆上风电向海上风电发展：许
多国家都制定了大规模开发利用海上风能计划。2002年欧盟提出的目
标是：到2010年风电装机达到4000万千瓦，其中海上风电达到500
万千瓦；2020年风电装机达到15000万千瓦，其中海上风电达到
5000万千瓦；要求风电装机占整个欧盟发电装机的15%以上。
10万千瓦近
海风电场项目为国内首个大型海上风电场，整个工程计划在2010年完
成，采用3MW风电机组，2009年9月三台机组
已成功并网发电。
（3）有齿轮箱向无齿轮箱（直驱式）发展：无齿轮箱直驱式永磁
风力发电机轴直接连接到叶轮转轴上，转子的转速随风速而改变，输
出交流电的频率也随之变化。需经过大功率电力电子变换器，将频率
不定是我交流电整流成直流电，再逆变输出工频交流电。国际先进的
无齿轮箱直驱风力发电机的原理多沿用低速多极永磁发电机，并使用
一台全功率变频器将频率变化的风电送入电网。
（4）定桨距向变桨、变速恒频发展：变速运行与恒速运行的风电
机组相