1.25MW双馈异步风力发电系统设计毕业设计.docx

毕业设计（论文）

PAGE

1-

毕业设计（论文）报告

题目：

1.25MW双馈异步风力发电系统设计毕业设计

学号：

姓名：

学院：

专业：

指导教师：

起止日期：

1.25MW双馈异步风力发电系统设计毕业设计

摘要：本论文针对1.25MW双馈异步风力发电系统的设计进行了深入研究。首先，对风力发电系统的基本原理和双馈异步风力发电机的工作原理进行了详细阐述。然后，从系统结构、关键部件、控制策略等方面对1.25MW双馈异步风力发电系统进行了设计。通过对系统仿真和实验验证，验证了所设计系统的可行性和有效性。最后，对系统的运行性能进行了分析和评估，为我国风力发电技术的发展提供了有益的参考。关键词：双馈异步风力发电；系统设计；仿真；实验验证。

前言：随着全球能源需求的不断增长和环境保护意识的提高，风力发电作为一种清洁、可再生的能源，越来越受到人们的关注。近年来，风力发电技术取得了显著的进展，其中双馈异步风力发电机因其高效率、低成本等优点，成为风力发电领域的研究热点。本论文旨在对1.25MW双馈异步风力发电系统进行设计，以期为我国风力发电技术的发展提供有益的参考。

第一章风力发电系统概述

1.1风力发电技术发展现状

(1)风力发电技术作为清洁能源的重要组成部分，近年来在全球范围内得到了迅速发展。根据国际能源署（IEA）的数据，截至2020年，全球风力发电装机容量已超过650GW，占全球电力总装机容量的约10%。其中，陆上风电装机容量超过600GW，海上风电装机容量超过50GW。风力发电的增长速度在可再生能源中位居首位，尤其在欧洲、美国和中国等地区，风力发电的装机容量和发电量都取得了显著的增长。以中国为例，2020年风力发电量达到417.4TWh，同比增长约13%，占全国总发电量的约6.6%。

(2)在技术方面，风力发电经历了从早期的水平轴风力发电机到现代的三叶片水平轴风力发电机的演变。现代风力发电机的设计更加注重提高风能利用率和降低成本。例如，风轮直径的增大成为提高风能利用率的显著途径。截至2021年，全球最大的风力发电机风轮直径已超过200米，单机装机容量超过10MW。此外，直驱永磁同步风力发电机和双馈异步风力发电机等新型发电技术的应用，使得风力发电系统的效率和可靠性得到了显著提升。以直驱永磁同步风力发电机为例，其无需齿轮箱，降低了维护成本，提高了发电效率。

(3)随着风力发电技术的不断发展，风电并网和储能技术也得到了广泛关注。风电并网技术的研究主要集中在如何提高风电场与电网的兼容性，减少弃风率，确保电网稳定运行。例如，采用先进的功率控制策略、储能系统等技术，可以有效解决风电波动性大、不可预测性强的问题。同时，储能技术的应用有助于解决风电间歇性问题，提高风电的利用效率。以特斯拉的Powerwall为例，这种家用储能电池系统可以与风力发电机结合，实现电能的储存和调节，提高风电的利用率和电网的稳定性。

1.2双馈异步风力发电系统工作原理

(1)双馈异步风力发电系统（DoublyFedInductionGenerator，DFIG）是一种广泛应用于风力发电领域的交流发电技术。该系统主要由风力机、齿轮箱、发电机、变频器、变压器和电网组成。风力机捕获风能，通过齿轮箱增速后，驱动发电机旋转。发电机采用双馈异步结构，具有两个独立的交流绕组：定子绕组和转子绕组。定子绕组连接到电网，转子绕组通过变频器与电网连接。

(2)在双馈异步风力发电系统中，定子绕组产生的交流电通过电网传输，转子绕组则通过变频器实现与电网的解耦。当风力机转速低于同步转速时，转子绕组感应电动势大于电网电压，产生电磁转矩，使发电机加速。当风力机转速达到同步转速时，转子绕组感应电动势等于电网电压，电磁转矩为零，发电机保持同步运行。当风力机转速超过同步转速时，转子绕组感应电动势小于电网电压，电磁转矩反向，使发电机减速。

(3)双馈异步风力发电系统的关键部件之一是变频器。变频器通过调节转子绕组的电压和频率，实现对风力机转速的精确控制。变频器通常采用交-直-交（AC-DC-AC）变换器结构，具有以下特点：①变频器效率高，损耗低；②变频器控制精度高，能够实现风力机在不同风速下的最佳运行；③变频器具有过电压、过电流、过载等保护功能，提高了系统的可靠性。以某风力发电场为例，采用双馈异步风力发电系统，通过变频器实现了风力机在不同风速下的稳定运行，提高了风电场的发电效率和可靠性。

1.3双馈异步风力发电系统结构及特点

(1)双馈异步风力发电系统（DFIG）的结构主要由风力机、齿轮箱、发电机、变频器、变压器和电网组成。其中，风力机负责将风能转换为机械能，通过齿轮箱增速后，驱动发电机旋转。发电机采用双馈异步结构，其特点是定子绕组直