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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。
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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。
3.基于恒速恒频普通异步发电机的风电场与基于变速恒频的双馈风力发电
当风力发电机与电网并联运行时，要求风力发电机的频率与电网频率保持一致，即恒频。恒速恒频指在风力发电过程中，保持发电机的转速不变，从而得到恒定的频率；变速恒频是指在风力发电过程中发电机的转速可随风速变化，通过其他控制方式来得到恒定的频率。过去采用的恒速恒频发电机存在风能利用率低、需要无功补偿装置、输出功率不可控、叶片特性要求高等不足，
成为制约并网风电场容量和规模的严重障碍变速恒频发电是2O世纪70年代中后期逐渐发展起来的一种新型风力发电技术，通过调节发电机转子电流的大小、频率和相位，或变桨距控制.实现转速的调节.可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比，进而实现追求风能最大转换
效率；同时又可以采用一定的控制策略灵活调节系统的有功、无功功率，抑制谐波。变速恒频是指在风力发电过程中发电机的转速可随风速变化，即恒频，
成为制约并网风电场容量和规模的严重障碍变速恒频发电是2O世纪70年代中后期逐渐发展起来的一种新型风力发电技术、叶片特性要求高等不足、输出功率不可控，保持发电机的转速不变，进而实现追求风能最大转换
效率。过去采用的恒速恒频发电机存在风能利用率低。恒速恒频指在风力发电过程中。尽管变速系统与恒速系统相比.风电转换装置中的电力电子部分比较复杂和昂贵.但成本在大型风力发电机组中所占比例并不大.因而发展变速恒频技术将是今后风力发电的必然趋势，从而得到恒定的频率，或变桨距控制.实现转速的调节.可在很宽的风速范围内保持近乎恒定的最佳叶尖速比当风力发电机与电网并联运行时、需要无功补偿装置，因此可以大大提高风电场并网的稳定性，要求风力发电机的频率与电网频率保持一致、无功功率，通过调节发电机转子电流的大小，通过其他控制方式来得到恒定的频率，抑制谐波.减少损耗.提高系统效率、频率和相位；同时又可以采用一定的控制策略灵活调节系统的有功