毕业设计大型风力发电机组结构组成运行特性分析及控制系统设计Word格式文档下载.docx

1、1996年联合国环境署报告指出：“从现在到2020年，全球能源消耗将比现在增长50%到100%，由此造成温室效应的气体排放将会增加45%到90%，从而带来灾难性后果。”为了制止地球的温暖化，为了人类尽快走出燃煤时代，构建一个稳定的可持续发展的未来社会，各国都在不断追求不排放CO2，不污染环境的清洁能源。由于新技术的使用和发电量的增大，使得电能的成本不断下降，促进了更大型、高效率和高可靠性风力发电机组的迅猛发展。然而，随着风电产业深入发展，产生风电的风力发电机组设备也面临着很多急待解决的问题，人们认识到解决的最好的办法就是采用可靠的、先进的风电机组设计技术和制造工艺。本选题是针对大型风力的发电机

2、组结构组成和运行特性进行分析，继而设计出可行的优良的控制系统。关键词：风能；风力发电；电网；风能产业发展OPERATING CHARACYERISTICS ANALYSIS AND CONTROL SYSTEM DESIGN OF LARGE WIND TURBINE STRUCTURESAbstractSo far, oil, gas and coal and other fossil fuels are still the pillars of the world economy, energy, the environment, however limited, and the dang

3、ers of fossil resources, has become increasingly threaten the security and development of human society. Plenty of energy, a clean environment is a basic condition for sustained economic development. 1996 UNEP report noted: From now to 2020, global energy consumption than they are now up 50% to 100%

4、, and the resulting greenhouse gas emissions will increase by 45% to 90%, leading to catastrophic consequences. in order to stop the Earths warming, in order to get out as soon as possible human coal era, to build a stable society and sustainable development in the future, countries are in constant

5、pursuit does not emit CO2, clean energy without polluting the environment.By the use of new technology and the increase of generating capacity, makes the falling cost of electrical energy, promote the larger, high efficiency and high reliability, the rapid development of wind power generators.Howeve

6、r, as the wind power industry development, to produce wind power wind turbine equipment are also facing a lot of, a question of people realize that the best way to solve is to use reliable, advanced technology and manufacturing process of wind turbine design.This topic is in view of the large wind g

7、enerator structure and operating characteristic is analyzed, and then design a feasible quality control system.Key words : wind; wind power, grid; Wind energy industry 摘要 IAbstract I结论 30参考文献 31致谢 341 绪 论1.1 选题背景与意义随着经济的不断发展，在世界范围内不可再生资源的使用量已经大大超过环境所能承受的范围，燃烧发电厂产生的污染物对地球环境产生了负面影响。风能是一种取之不尽、用之不竭的清洁环保

8、的可再生能源。风能发电与太阳能、地热、海洋能、氢能、可燃冰等新能源发电相比，技术成熟，将成为21世纪最主要的绿色动力之一。我国已经把利用风能作为一项基本的能源政策。可以预见，风电产品的开发前景光明，市场广阔。太阳辐射不均匀地加热地球表面的空气而形成风，风能本质上是太阳能的一种转化形式。风种类很多，可分为阵风、海陆风、山谷风、焚风、干热风、旋风、龙卷风、台风、季风等。不是所有的风能都能被利用来发电的。风电场的风况资料是风力发电场设计的第一要素，风力机设计规程一般要求收集30年的风速、风向系列资料。中国风能资源丰富，陆地加上近海的风力资源有15亿千瓦以上。其中，陆地10米高度以内，风力资源为2.5

9、3亿千瓦；海上塔杆高度100米内，可利用风能约7亿千瓦。海上可开发利用的风能储量约7.5亿千瓦。截止到2008年底，我国累计的风电装机容量达到1234万千瓦。风力发电机组是一种风能动力机械。风以一定的速度和攻角作用在桨叶上，使桨叶产生旋转力矩，转动轮毂，并通过低速轴、增速箱、高速轴等部件将风能转变成机械能，最后驱动高速发电机发电，通过变压器馈入电网。风力机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变方向、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，风电场所处自然环境交通不便。风轮叶片转速低、叶片长，在高空安装。风轮塔架高且重，安装在地面上。风力发电机组还采用远

10、程控制、远程运行数据统计分析及远程故障分析和远程故障排除等。风力机的风轮叶片是接受风能的最主要部件，叶片设计是风力机设计最关键的设计。要求有高效的翼型，合理的安装角，优化的升阻比和叶片扭曲规律等；有合理的结构、先进的复合材料和制造工艺；要求叶片重量轻、结构强度高、疲劳强度高、运行安全可靠、易于安装、维修方便、制造容易、制造和使用成本低。风力机塔架承受风力发电机组的全部载荷，是另一个重要的部件。塔架应用有限元次进行结构的线性和非线性分析。风力塔架一般有空间系杆钢结构和锥筒形结构两种。风力机的维护的概念包括定期性检修、临时性检修及大修理。大修是在规定的较长时间，对全部零件、系统进行维护修理和更换。

11、风力机故障分析和故障诊断可以减少排除故障的时间，防止多发性故障发生次数，减少停机时间，提高设备完好率和可利用率。因此，风力发电机组与一般的发电机组，如化石燃料汽轮机、燃气轮机、核电汽轮机有很大的不同，在设计、制造、安装、运行、维护和故障诊断等各方面都有不同的难点。设计原则比一般的动力机械要严格得多，设计中应考虑环境、电气和土壤参数的影响。当前经济和社会发展同能源短缺之间的矛盾日益突出，人类将面临资源和环境的双重压力，如何实现可持续发展是急需解决的主要矛盾之一。以煤炭为主的能源结构造成环境污染和温室效应，从战略角度出发，调整能源结构、依靠科技进步，利用风能、太阳能等可再生资源是一个有效途径。世界

12、各主要发达国家和发展中国家都在努力发展本国的可再生资源发电技术。风力发电以其资源无尽，成本低廉，便于利用，成为目前再生新能源利用中技术最成熟，最具规模开发条件，发展前景看好的发电方式。风力发电已经开始从“补充能源”向“战略替代能源”的方向转变。“让风能带动世界，舞动全球”，已经由梦想成为现实可能。1.2 国内外发展状况1.2.1 国内发展现况我国的风能资源分布：我国风能资源的地区区域差异大。沿海、内蒙古和甘肃北部、 黑龙江南部和吉林东部三个区域风能最多；青藏高原中部和北部、西北、华北、东北三区域的北部；东南沿海的风能资源丰富；山区，例如南岭、武夷山地区、辽河、华北、长江中下游平原、西北高原地区

13、，风能可待开发利用；云贵川陕西、豫西、鄂北、湘西、福建广东，盆地地形区等风能贫乏。我国风能资源的分布除了具有空间上的差异以外，在时间上也有很大的差异。东部沿海地区夏季风势力强劲，风能资源主要集中在夏季。而北方以及西北内陆地区，冬季风势力强劲，所以这些地区风能资源主要集中在冬季。我国政府在 2007 年制定了可再生能源中长期发展计划，力求达到 2010年和 2020 年风电装机容量要到达 1000 万千瓦和 3000 万千瓦的目标，并且制定了风电设备国产化的政策。2005 年中国除台湾省外装机容量 50.3 万千瓦。与 2004年当年新增装机 19.8 万千瓦相比，2005 年当年新增装机增长率

14、达到了 254%。2008年，我国的新增装机容量已达到 630 万千瓦，我国总装机容量翻两倍达到了 1200万千瓦，已达到了上面所说的 2010 年风电装机 1000 万千瓦的目标。在 2010 年，我国的风电装机容量已超过 3000 万千瓦，而 2020 年则有望突破 1 亿千瓦或者 1.2亿千瓦的风电装机容量。发展风力发电有利于调整能源结构。从长远看，我国常规能源资源人均拥有量相对较少，为保持经济和社会的可持续发展，按目前估计的技术可开发储量计算，风电年发电量可达几万亿千瓦时。据推算，我国 2020 年需要 10 亿千瓦的发电装机，4 万亿千瓦时的发电量，之后如果按照人均 2 千瓦，达到中

15、等发达国家生活水平的基本要求，在 2050 年我国需要大约 30 亿千瓦的发电装机和 12 万亿千瓦时的发电量。庞大的装机和发电量需求，给风力发电的发展提供了广阔的空间。风力发电机组主要零部件像是轮片、齿轮箱、发电机、偏航装置、电控系统、塔架等已经国产化，并且可以进行批量生产。我国风电发展方向有以下几方面：1）风力发电从陆地向海面拓展。 2）单机容量进一步增大。3）新方案和新技术的应用：例如变速恒频技术和变桨距调节技术在功率调节方法上的应用，计算机分布式控制技术和新的控制理论应用。4）风力发电机组更加个性化。1.2.2 国外发展现况在 20 世纪 70 年代，以美国为主的西方国家发生石油危机波及全球范