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变速恒频风力发电控制系统的设计 论文编号：JD657 包括任务书，论文字数：17306，页数：55 摘 要 变速恒频控制系统是一套基于工业控制计算机和数字信号处理器（DSP）的风力发电机组DCS控制系统。
主要任务是将发电机切入和切除电网，并管理来自不同传感器（风电机组内部传感器，电网电压电流变送器等）的全部信息。根据采集的数据，计算机程序将自动以最佳和最安全的方式执行所有的控制操作。
计算机实时监控全部阀值参数。系统可以自动采集和存储运行数据。
利用表格和图形方式调用存储区中的各种信息和历史纪录。采用全汉化人机界面，用户可以通过液晶显示器观察各种数据和系统状态，调节设定。
功率开关板，保护控制装置设在地面塔内，测量部分放在塔上。还可通过电话线和调制解调器（或RS-485）在中央控制室中对风力发电系统进行远程监测通信。
功耗低、操作简单方便，适用范围广。通过本题目的研究和制作，掌握变速恒频风力发电控制系统的自动控制系统的工作原理及自动控制系统电路的设计与开发，分析风力机运行特性及其最佳风能利用原理，以及双馈电机的运行特性和能量转换特性、它在可再生能源发电领域的良好应用前景，通过仿真验证了采用直流电机模拟的风力给予双馈发电机共同组成的变速恒频风力机系统运行在风力机最佳功率曲线上的可行性，证明了可以控制转子电流，实现系统的变速恒频运行，双馈发电机由风力机拖动其旋转发电。
其三相定子绕组与电网相连；转子绕组为正交的两相绕组，并经由IGBT组成的交直交双向变频器与电网相连。同时对国内外风力发电的发展现状进行了概述，指出了风力发电的发展趋势和研究方向。
关键词：变速恒频 ； 风力发电 ；控制系统 Variable-speed Constant-frequency Wind-power Generation SystemAbstract The variable-speed and constant-frequency controlling system is a wind-power generation unit DCS controlling system, which is based on industrial controlling computer and digital signal processor (DSP),Its primary mission is to make the generator join in or cut off from the different sensors.(internal sensor of wind electrical machinery, transmitter of electrical network's voltage and current).According to the date gathered, the computer program will automatically execute all controlling operation in the best and safest way. And the computer can real time monitor all the threshold parameters. The system can automatically collect and memory the performance date through forms and graphs. to invoke each sort of information and historical records, and through the entire Chinese-characterized interface between machine and humans, to make the user observe variable date and the condition of the system at the liquid-crystal display, adjusting the settings. For the power keyboard, the device for protection is located in the ground tower and that for measurment is placed on the tower. The system can also remote control the wind-power generating system in central controlling hall, using telephone line and the modem (or RS485). And the system is widely used for its low consumption. And convenient operation. Through the research and manufacture of this subject, the principle and circuit of the automatic system, part of the variable-speed and constant-frequency, for best using the wind power are analyzed, the performance and energy converting characteristics are discussed, finally its fine application in the generation of renewable energy electric is forecast. Through the simulation, it is confirmed that, the wind power simulated by electrical machinery of direct current can afford the variable-speed and-constant-frequency wind power system, which is composed by double-fed electrical machinery the feasibility of performance at the best power trace. Then, the control of current is proved, realizing variable-speed and constant-frequency performance of the system. Its three-phase stator winding is connected to the electrical networks by the direct-alternating-direct bi-directional converter which is computer by IGBT. Meanwhile, the paper outlines the domestic and foreign developing of the wind-power generation and its present situation, pointing out the developing tendency and researching direction. Keywords: changing speed constant frequency; wind power generator;controlling system 目 录 摘要 IAbstract II第一章 绪 论 11.1 课题背景 11.2 风力发电的现状 11.3 本文主要研究内容 31.4 选题的意义 3第二章 系统分析 52 .1 变速恒频风力发电系统的发展趋势 52.2变速恒频风力发电系统 62.2.1 无齿轮箱变速恒频双馈风力发电成套设备的优点： 72.2.2 结构与技术参数 82.2.3 运行和安全系统 102.3.3.1 运行数据 10 2.3.3.2 发电量数据 10 第三章 系统设计 123.1 发电量数据 123.1.1 控制系统 123.1.2运行控制 133.1.3远程控制 143.1.4 控制柜 143.1.5 控。
2.风电齿轮箱的制造技术是什么样的
风电齿轮箱的外齿轮一般采用渗碳淬火磨齿工艺。高效高精度数控成型磨齿机的大量引进，使我国外齿轮
由于风电齿轮箱齿圈尺寸大、加工精度要求高，我国的内齿圈制造技术与国际先进水平相比差距较大，主要体现在斜齿内齿轮的制齿加工、热处理变形控制等方面。
箱体、行星架、输入轴等结构件的加工精度对齿轮传动的啮合质量和轴承寿命等都有十分重要的影响，装配质量的好坏也决定了风电齿轮箱寿命的长短和可靠性的高低。我国在结构件的加工和装配精度等方面从重要性认识到装备水平都与国外先进水平有一定差距。高品质、高可靠性风电齿轮箱的获得，除了先进的设计技术和必要的制造装备支撑外，离不开制造过程每一个环节的严格质量控制。6006标准对齿轮箱的质量保证进行了严格详细的规定。
3.求一篇主题关于"风力发电"的论文
中国风力发电潜力巨大
中科院专家提出：风能、太阳能、潮汐能的开发可以有效缓解中国的能源供应困局，其中产业化条件最为成熟的首推风力发电。
中国风力发电已经历20年漫长的“试验期”，而风力发电的产业化举步维艰，大大小小的风电场遍布全国，几乎各省都有，却并不成气候。
据统计，到去年年底，全国共有43个风电场，分布在14个省（区、市），总装机容量76.4万千瓦。刘应宽说，按照目前的发展势头，到今年年底，全国风电装机容量将肯定超过100万千瓦。
而早在1995年，原国家电力部就提出，到2000年中国风机规模要达到100万千瓦，这一时间表整整推迟了5年。
随着近年煤炭、石油等常规能源的全面紧张，清洁环保的可再生能源驶入发展的快车道。《京都议定书》的签订和《可再生能源法》的出台，为风电迅速成长注入蓬勃动力。
在各种可再生能源中，风能因资源丰富、成本相对较低而最具商业化、产业化前景。政策的驱动，以及利益的诱惑，吸引着嗅觉敏锐的企业纷纷投资风电。据不完全统计，包括五大发电集团在内的全国30多家企业已争相涉足这一领域，总投资超过100亿元。
按照国内目前的行业平均水平，每千瓦风电装机容量的成本为8000-10000元，与造价约4000元/千瓦的煤炭、石油等常规能源电厂相比，风电场的造价大约高出1倍。目前，每度风电的成本约为0.4-0.5元。
研究表明，风力发电能力每增加一倍，成本就会下降15%。由于近年世界风电增长一直保持在30%以上，风电成本快速下降，国外已日趋接近燃煤发电成本。此外，风电外部成本几乎为零，甚至低于核电成本，因此经济效益凸现。随着中国风电设备国产化和发电的规模化，风电可望比燃煤发电更具成本和价格优势。
在风电场急速增长的带动下，风电设备制造正呈现出巨大的市场空间。按照中国远期规划（2020年风电装机2000万千瓦）和每千瓦8000-10000元的造价，每年风电设备市场容量约为97亿-122亿元。即使考虑国产化程度提高而导致的价格下降，平均每年的市场容量也应保持在70亿元以上。在可预期的巨大市场空间面前，中国风电设备制造企业将迎来难得的发展机遇。
同样看到这个巨大市场的，还有来自欧洲的跨国风电设备制造企业。由于起步早，技术先进，欧洲企业占据着全球风电设备市场的绝大部分市场份额，中国市场也不例外。
由于看到中国市场的巨大需求，欧洲各大风电设备制造企业纷纷提高产品售价，并严格控制技术转让。有资料显示，过去3年间，进口风电设备的价格上涨了20%以上。
面对风电的商机与困惑，有关专家提出，已具产业化条件的中国风力发电迟迟不能迈出关键一步，最重要的原因在于：由于电价、关税、贷款、税收等优惠政策与扶持措施不到位，风电产业化从市场这个“源头”被束缚住了。中国的风力发电产业化，只能从做大风电市场破题。应该促进可再生能源立法，打破电力市场的地区分割，解决风电在全国摊销的关键难题，同时辅以信贷、税收、消费等方面的鼓励政策，从而引导更多的投资进入风电产业，进而借鉴彩电、汽车等行业的国产化方式，以市场来推进风力发电设备制造、研发的国产化。
4.风力发电机组齿轮箱的概述有哪些呢
风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。
通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。根据机组的总体布置要求，有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴（俗称大轴）与齿轮箱合为一体，也有将大轴与齿轮箱分别布置，其间利用涨紧套装置或联轴节连接的结构。
为了增加机组的制动能力，常常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置，配合叶尖制动（定浆距风轮）或变浆距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。 由于机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，加之所处自然环境交通不便，齿轮箱安装在塔顶的狭小空间内，一旦出现故障，修复非常困难，故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。
例如对构件材料的要求，除了常规状态下机械性能外，还应该具有低温状态下抗冷脆性等特性；应保证齿轮箱平稳工作，防止振动和冲击；保证充分的润滑条件，等等。对冬夏温差巨大的地区，要配置合适的加热和冷却装置。
还要设置监控点，对运转和润滑状态进行遥控。 不同形式的风力发电机组有不一样的要求，齿轮箱的布置形式以及结构也因此而异。
在风电界水平轴风力发电机组用固定平行轴齿轮传动和行星齿轮传动最为常见。 如前所述，风力发电受自然条件的影响，一些特殊气象状况的出现，皆可能导致风电机组发生故障，而狭小的机舱不可能像在地面那样具有牢固的机座基础，整个传动系的动力匹配和扭转振动的因素总是集中反映在某个薄弱环节上，大量的实践证明，这个环节常常是机组中的齿轮箱。
因此，加强对齿轮箱的研究，重视对其进行维护保养的工作显得尤为重要。 第二节 设计要求 设计必须保证在满足可靠性和预期寿命的前提下，使结构简化并且重量最轻。
通常应采用CAD优化设计，排定最佳传动方案，选用合理的设计参数，选择稳定可靠的构件和具有良好力学特性以及在环境极端温差下仍然保持稳定的材料，等等。
5.影响风电机组齿轮箱的因素主要有哪些
影响风电机组齿轮箱的因素主要有轮齿损伤、轴承损坏、齿轮油泵过载、齿箱油温高、油位低、漏油。
1. 齿轮轮齿损伤
由上图可知，齿箱故障中，轮齿故障比例最大。轮齿损伤有轮齿折断、齿面损伤两种形式。轮齿折断是由于设计的应力小于作用在轮齿上的极限应力，或齿轮承受过高的交变载荷，设计疲劳载荷不足。由于齿面承受过大的接触剪应力、应力循环次数、润滑不良、热处理和安装调试等原因，齿面容易发生包括胶合、点蚀、齿面剥落、表面压碎等损伤。下图为风电齿轮箱齿面损伤和轮齿折断照片。
由于风载的不稳定性，无法通过经验得到正确的载荷数值，齿轮箱设计时要选择合理的载荷应用系数，充分考虑预防过载因素和载荷动载荷谱，正确选择齿轮参数、材料和齿轮精度；保证加工精度，消除应力集中；安装时充分清洁，防止异物进入箱体，并按规范运行、维护。故障发生后，应根据实际情况分析故障原因。
2. 轴承损坏
轴承是齿轮箱的重要部件。由于安装、润滑、污染和轴承疲劳等因素，造成轴承产生点蚀、裂纹、表面剥落等而失效，从而使齿轮箱产生损坏。下图为某风场空心轴端轴承损坏图片。
齿轮箱设计时应充分考虑轴承载荷，选择合理的安全余量，正确选择轴承类型，保证轴承润滑，规范安装，并且加强对轴承运行状态的监控。如有异常及时停机，避免由于轴承的损坏而对齿轮箱造成灾难性的破坏。
3. 齿轮油泵过载
齿轮油泵过载通常发生在北方寒带风电场。在冬季低温环境下，当风电机组由于各种原因长期停机后，齿轮箱内油温较低，齿轮箱润滑油粘度较高，造成油泵启动时负载较重，从而导致油泵电机过载。
润滑油温度过低，粘度过大时，应在待机状态下，启动加热器，将油温加热至正常温度，再开机运行。盲目开机会造成齿轮油泵损坏。
油泵过载另外的原因是，油泵密封老化，润滑油进入油泵内而造成油泵过载。这种情况应该更换油封，清洗油泵，油泵干燥后方可恢复运行。
4. 齿轮箱油温过高
最新国家标准规定齿轮箱油温不能超过85°，造成齿轮箱油温过高的有以下几种因素：润滑不充分；传动部件存在卡滞现象；机组振动过大；温度传感器故障等。
正常情况下，齿轮箱不会出现油温过高现象，若齿轮箱出现异常高温现象，需仔细分析，判断发生故障的原因。首先应检查润滑油供应是否充分；再次检查齿轮啮合情况，有无金属杂质，传动部件有无卡滞现象；再次检查机组的振动情况和温度传感器是否正常工作。如果是因为机组长时间满发而导致的温度过高，不可盲目开机，应在机组油温恢复正常值后开机运行。
5. 齿轮油位低
齿轮油位低是由于油位低于下限，可能的故障原因有：冬季长时间停机后油温度降低，油位开关因为齿轮油粘度太高而动作迟缓，产生误报；传感器损坏不能正确报警；齿轮箱运转前的静止油位与动态油位相差太大，动态油位偏低，不能正常报警。
风电机组发生该故障后，运行人员应及时到现场检查齿轮油位，必要时测试传感器功能。此类故障应根据实际情况作出正确的判断，以免造成不必要的重大损失。
6. 齿轮箱漏油
齿轮箱的接口端和管接头处由于密封结构的设计不合理或者密封质量问题，均有可能导致漏油，同时漏油处也容易造成外部灰尘进入箱体而污染润滑油。
目前来看，齿轮箱漏油问题基本是属于设计缺陷。设计时应仔细考虑密封结构，严格控制密封件的质量，规范安装，防止安装时划伤密封件。一旦现场发生漏油事故，应根据实际结构，分析问题所在，采取切实可行方案，并检测润滑油有无受到污染。
随着国内风电行业的迅速发展，风电机组齿轮箱质量已比较可靠，国内主要齿轮箱生产厂家已较好地掌握了设计核心技术，具备独立设计研发的能力。在设计平台方面，采用UG、solidworks 和ProE 等设计软件进行三维造型， ANSYS、ADAMS 等软件做结构分析，Romax、Smart 和Kissoft 软件做系统分析等，为风电齿轮箱设计提供了强大的技术支撑和保障。通过合理分析齿轮箱载荷，选择合适齿轮参数与轴承，加强齿轮箱各个部件的加工与装配，并且按照规范做好日常维护和定期的维护保养，上述故障形式目前已很少出现。风电齿轮箱目前已完全可以在高山、荒野、海滩、海岛等恶劣的自然环境中稳定可靠的运行。
6.齿轮箱的概述
齿轮箱承受来自风轮的作用力和齿轮传动时产生的反力，必须具有足够的刚性去承受力和力矩的作用，防止变形，保证传动质量。齿轮箱箱体的设计应按照风电机组动力传动的布局安排、加工和装配条件、便于检查和维护等要求来进行。随着齿轮箱行业的不断飞速发展，越来越多的行业和不同的企业都运用到了齿轮箱，也有越来越多的企业在齿轮箱行业内发展壮大，
7.影响风电机组齿轮箱的因素主要有哪些
影响风电机组齿轮箱的因素主要有轮齿损伤、轴承损坏、齿轮油泵过载、齿箱油温高、油位低、漏油。
1. 齿轮轮齿损伤
由上图可知，齿箱故障中，轮齿故障比例最大。轮齿损伤有轮齿折断、齿面损伤两种形式。轮齿折断是由于设计的应力小于作用在轮齿上的极限应力，或齿轮承受过高的交变载荷，设计疲劳载荷不足。由于齿面承受过大的接触剪应力、应力循环次数、润滑不良、热处理和安装调试等原因，齿面容易发生包括胶合、点蚀、齿面剥落、表面压碎等损伤。下图为风电齿轮箱齿面损伤和轮齿折断照片。
由于风载的不稳定性，无法通过经验得到正确的载荷数值，齿轮箱设计时要选择合理的载荷应用系数，充分考虑预防过载因素和载荷动载荷谱，正确选择齿轮参数、材料和齿轮精度；保证加工精度，消除应力集中；安装时充分清洁，防止异物进入箱体，并按规范运行、维护。故障发生后，应根据实际情况分析故障原因。
2. 轴承损坏
轴承是齿轮箱的重要部件。由于安装、润滑、污染和轴承疲劳等因素，造成轴承产生点蚀、裂纹、表面剥落等而失效，从而使齿轮箱产生损坏。下图为某风场空心轴端轴承损坏图片。
齿轮箱设计时应充分考虑轴承载荷，选择合理的安全余量，正确选择轴承类型，保证轴承润滑，规范安装，并且加强对轴承运行状态的监控。如有异常及时停机，避免由于轴承的损坏而对齿轮箱造成灾难性的破坏。
3. 齿轮油泵过载
齿轮油泵过载通常发生在北方寒带风电场。在冬季低温环境下，当风电机组由于各种原因长期停机后，齿轮箱内油温较低，齿轮箱润滑油粘度较高，造成油泵启动时负载较重，从而导致油泵电机过载。
润滑油温度过低，粘度过大时，应在待机状态下，启动加热器，将油温加热至正常温度，再开机运行。盲目开机会造成齿轮油泵损坏。
油泵过载另外的原因是，油泵密封老化，润滑油进入油泵内而造成油泵过载。这种情况应该更换油封，清洗油泵，油泵干燥后方可恢复运行。
4. 齿轮箱油温过高
最新国家标准规定齿轮箱油温不能超过85°，造成齿轮箱油温过高的有以下几种因素：润滑不充分；传动部件存在卡滞现象；机组振动过大；温度传感器故障等。
正常情况下，齿轮箱不会出现油温过高现象，若齿轮箱出现异常高温现象，需仔细分析，判断发生故障的原因。首先应检查润滑油供应是否充分；再次检查齿轮啮合情况，有无金属杂质，传动部件有无卡滞现象；再次检查机组的振动情况和温度传感器是否正常工作。如果是因为机组长时间满发而导致的温度过高，不可盲目开机，应在机组油温恢复正常值后开机运行。
5. 齿轮油位低
齿轮油位低是由于油位低于下限，可能的故障原因有：冬季长时间停机后油温度降低，油位开关因为齿轮油粘度太高而动作迟缓，产生误报；传感器损坏不能正确报警；齿轮箱运转前的静止油位与动态油位相差太大，动态油位偏低，不能正常报警。
风电机组发生该故障后，运行人员应及时到现场检查齿轮油位，必要时测试传感器功能。此类故障应根据实际情况作出正确的判断，以免造成不必要的重大损失。
6. 齿轮箱漏油
齿轮箱的接口端和管接头处由于密封结构的设计不合理或者密封质量问题，均有可能导致漏油，同时漏油处也容易造成外部灰尘进入箱体而污染润滑油。
目前来看，齿轮箱漏油问题基本是属于设计缺陷。设计时应仔细考虑密封结构，严格控制密封件的质量，规范安装，防止安装时划伤密封件。一旦现场发生漏油事故，应根据实际结构，分析问题所在，采取切实可行方案，并检测润滑油有无受到污染。
随着国内风电行业的迅速发展，风电机组齿轮箱质量已比较可靠，国内主要齿轮箱生产厂家已较好地掌握了设计核心技术，具备独立设计研发的能力。在设计平台方面，采用UG、solidworks 和ProE 等设计软件进行三维造型， ANSYS、ADAMS 等软件做结构分析，Romax、Smart 和Kissoft 软件做系统分析等，为风电齿轮箱设计提供了强大的技术支撑和保障。通过合理分析齿轮箱载荷，选择合适齿轮参数与轴承，加强齿轮箱各个部件的加工与装配，并且按照规范做好日常维护和定期的维护保养，上述故障形式目前已很少出现。风电齿轮箱目前已完全可以在高山、荒野、海滩、海岛等恶劣的自然环境中稳定可靠的运行。
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