大学生风力发电技术报告精要.doc

风力发电控制技术 课程学习及调查报告 课程学习题目：永磁直驱风力发电机结构、数学建模及控制原理调查报告题目：中国风资源电场平西与优缺 目 录 课程学习 一、直驱永磁风力发电机组绪论 1 二、直驱永磁风力发电机组结构与风动力数学模型 1 三、直驱永磁风力发电机组数学模型 2 四、直驱永磁风力发电机组运行控制原理 6 调查报告 7 一、风电场风机选型和发电量估算 7 二、风资源评估常用软件介绍 13 三、风电场微观选址 16 四、地形、气候对风的影响 18 学习风力发电的感想 24 附录 21 调查报告题目： 一、风电场风机选型和发电量估算 1.1风力发电机组选型 1.1.1 风能资源分析 通过对测风塔的数据进行分析，得出代表年50m～80m高度的年平均风速、风功率密度。根据《风电场风能资源测量方法》（GB-T18710-2002）可以判断风功率密度等级，一般来说，风功率密度达到3级以上，风电场才有开发价值。 各测风塔的风能主要集中某几个扇区，盛行风向稳定，才有利于风能资源的有效利用。根据风电场65～85m轮毂高度处50年一遇最大风速，风电场风机轮毂高度处15m/s风速区间的湍流强度，判定风电场工程可以选择的风力发电机组类别。 表1 风力机等级的基本参数 1.1.2 机型范围初选 国内外风电场工程的经验表明，在现有的技术条件下，对于一个已知场区的风电场，单机容量选择在某个确定的范围内，项目的经济性会相对较高。在进行单机容量选择时，首先应确定一个适合于本项目的容量范围，然后在该范围内选择一种技术成熟、市场业绩良好并且经济性较高的机型。 图1 不同机型功率和风速的关系 风电机组选型要考虑的几个因素： ⑴ 风轮输出功率控制方式 风轮输出功率控制方式分为失速调节和变桨距调节两种。两种控制方式各有利弊，各自适应不同的运行环境和运行要求。变速变桨距机型比定速定桨距机型更具优越性，它不仅能在低风速时能够根据风速变化，在运行中保持最佳叶尖速比以获得最大风能；也能在高风速时根据风轮转速的变化，储存或释放部分能量，提高传动系统的柔性，使功率输出更加平稳。从目前市场情况看，采用变桨距调节方式的风电机组居多。 ⑵ 风电机组的运行方式 风电机组的运行方式分为变速运行与恒速运行。恒速运行的风电机组的好处是控制简单，可靠性好。缺点是由于转速基本恒定，而风速经常变化，因此风力发电机组经常工作在风能利用系数(Cp)较低的点上，风能得不到充分利用。 变速运行的风电机组一般采用双馈异步发电机或多极永磁同步发电机。变速运行方式通过控制发电机的转速，能使风力机的叶尖速比接近最佳，从而最大限度的利用风能，提高风力发电机组的运行效率。 ⑶ 发电机的类型 发电机的类型包括异步发电机、双馈感应型发电机和多极永磁同步电机。风力发电机大多采用普通的异步发电机，正常运行中在发出有功功率的同时，需要从电力系统吸收一定的无功功率才能正常运行(机端的电容补偿只能减少从电力系统吸收无功功率的数量)，双馈感应型风力发电机的功率因数(COSφ)可以在+0.95～-0.95之间变化，也就是说可以根据电网的需要发出或者吸收无功功率，改善当地电网的电压质量，提高电力系统的稳定水平。 ⑷ 风力发电机组的传动方式 风力发电机的传动方式包括齿轮传动方式与无齿轮箱直驱方式。目前，风力发电机大多采用齿轮传动，成本较低，但是降低了风电转换效率、产生噪音，是造成机械故障的主要原因，而且为了减少机械磨损需要润滑清洗等定期维护。采用无齿轮箱的直驱方式有效地提高了系统的效率以及运行可靠性，但同时也提高了电机的设计成本。 根据风电场址的地形、地质特点、风资源分布情况，以及风力发电机组技术成熟、先进、可靠等要求，选择多种适合的机型，按单一机型方案进行风力发电机组的优化布置。 1.1.3 风电机组总体布置 布置机位时需要考虑地形地貌、主导风向与主导风能方向、地面障碍物等影响因素。具体布置时因地制宜，根据风电场地形条件、建设规模、风力发电机组的型号及装机的台数进行优化布置，实现在有限的场区范围内达到最大的上网发电量和最低成本的目标。 在软件优化的基础上手工调整风机位置，调整风机与防护林、村庄、线缆等地物之间的距离，考虑风机的相对集中布置，同时将尾流效应控制在合理范围内，以充分利用土地资源与风资源，减少集电线路长度，方便运输安装。 1.1.4 轮毂高度优化 计算各机型不同轮毂安装高度下的发电量，随着轮毂高度增加，发电量增加的同时风机与塔架的运输与安装难度增大，塔筒与基础加固引起的基本投资增加。结合各风机厂家现在的生产情况、技术成熟程度和装机运行安全可靠性等因素对不同机型不同轮毂高度的发电量与经济性进行综合比较，推荐比选的几种机型的轮毂安装高度如表2。 表2 比选的几种机型的轮毂安装高度