双馈式风电系统转矩控制系统设计(附件)【字数:13008】

摘 要摘 要现如今,风力发电的发展趋势是设计和制造大型风力发电机组、优化风力发电机组的载荷和提高风能捕获效率等等。研究风力发电的转矩控制技术不但能够使风力机从自然界捕获更多的风能,而且可以使输出功率维持在额定功率。本论文采用了双馈式风力发电机来分析如何捕获最大风能,变速恒频的风力发电机组的一个重要特性就是随着风速的不断变化发电机转子的转速也会改变,所以为了捕获更多的风能,提高风力发电的输出功率,必须根据电机本身的特点来制定相应的控制方案,使风轮按照最佳叶尖速比运行,得到更高的转换效率,因此研究转矩控制系统很有意义。本文基于PLC对转矩进行控制,将传感器测量到的数据送入PLC,经过数据转换后,由PID模块进行计算,最后输出变桨信号。不断循环这一流程来完成对风机转矩的控制。并且利用PLC仿真软件进行仿真,验证了该控制方案能够严格控制转矩,使风机正常运行,还提高了风机的发电效率和使用寿命。关键词最大风能捕获控制;转矩控制;PLC仿真
目录
第一章 绪论 1
1.1风力发电的目的及意义 1
1.2国外发展状况 2
1.3国内发展状况 2
1.4风力发电的趋势 3
1.5双馈式风力发电系统 4
1.5.1双馈电机 4
1.5.2变速恒频原理 5
1.5.3双馈式风力发电系统 6
1.6本文研究的内容及结构安排 7
第二章 最大风能捕获技术 8
2.1风力机空气动力学 8
2.2 风能利用系数 9
2.3变桨距调节原理 11
2.4最大风能捕获技术 13
2.4.1风速低于额定风速 13
2.4.2风速高于额定风速 14
2.5本章小结 15
第三章 变桨距控制以及最优叶尖速比控制 15
3.1变桨距风力发电机的特点 16
3.2 变桨距风力发电机组的运行状态 17
3.3变桨距控制框图 18
3.4最优叶尖速比控制(TSR) 19
3.5本章小结 19
第四章 风电系统建模 20
4.1风速 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });

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模型 20
4.2风轮模型 22
4.3变桨执行机构模型 22
4.4双馈异步发电机模型 23
4.5 PID控制模型 25
4.6本章小结 26
第五章 基于PLC的转矩控制系统设计 27
5.1 PLC简介 27
5.2 编程软件s7200 29
5.3总体设计 31
5.4流程图 33
5.5软件设计 34
5.6运行结果 41
5.7本章小结 43
结语 44
致谢 45
参考文献 46
绪论
风能是清洁的并且可再生的能源,能够长期使用,符合可持续发展战略,越来越受到世界各国的重视。其蕴含量巨大,初略估计可利用风能总量10倍于目前全球水力发电总量。风力发电不仅可以缓解传统火力发电带来的环境污染和资源消耗等问题,还能将一些环境较恶劣的地区利用起来,加快了这些地区的经济发展,符合当今世界的绿色发展主题。
1.1风力发电的目的及意义
目的:现在人们对于电的需求量不断加大,而传统火力发电不仅消耗大量不可再生资源,还会对环境造成污染如温室效应等等。风力发电的过程中不会排放污染物,而且蕴藏量也很大,可以长期使用,只要开发得当,就能大大缓解能源紧缺。所以研究风力发电是开发新能源、改善全球生态环境的重要组成部分。
意义:
(1)风力发电能够将巨大的风能资源利用起来,减少不可再生资源如煤炭的消耗,符合我国的科学发展观提出的要求,而且风能的蕴藏量巨大,不开发实在是浪费。
(2)与传统的燃煤发电厂相比,风力发电不需要利用水蒸气推动汽轮机,不用靠近水源,特别是对于缺少淡水资源的干旱地区或者环境较为恶劣的地区很关键。
(3)风力发电对比同等发电量的火力发电厂,不会排放之类的污染物。对保护大气环境有积极作用,尤其在大气污染已经被各国重视的今天。
(4)如今人们已经不满足于路上风力发电,已经开始研究漂浮式海上风力发电,对于风能的开发有了新的切入点,而且对于沿海地区的经济发展也有促进作用。
(5)我国的风能资源十分丰富,特别是在西部地区,风力发电也不需要煤炭等不可再生资源、不占用耕地、自动化程度高、不用占用人力资源。不用在意恶劣的环境。所以我国应逐步加大风力发电所占比例,减轻对常规资源的消耗,利于我国的可持续发展。
1.2国外发展状况
自1891年,丹麦制造出人类历史上的第一台风力发电机起,风力发电技术已经历了120年的发展。从一开始的几千瓦到如今动辄上兆瓦,从可有可无的备用能源到如今的极具前景的绿色能源,风力发电不断刷新人们对其的印象。由于环境污染问题和能源紧缺问题,人们对于风力发电的重视程度还在不断加深,
目前,1~10MW风力发电机组已经成为国际风电市场的主流。MW级别的风力发电机组凭借其技术成熟、稳定性好、发电量大和较低的成本占据了风力发电的大部分市场。世界各大组织机构和风电发电公司均致力于更大型风电机组的研究。同时,风电相关产业的研究所和组织也致力于研究和开发新的风电技术与产品,丹麦的汉森公司已经制造出用于 6MW 风力发电机组的变速齿轮箱;伟肯公司不断的改进其 2MW 和3MW级别的双向变流器;凤凰公司已经开发出近万种电子设备连接器和传感器;西门子公司的电气控制设备在全球范围内有相当高的市场占有率[1]。
1.3国内发展状况
我国风电起步不是很早,专业人才也很稀缺,而且发展也很缓慢,至今没有组织机构取得重大突破,与世界主流水平有不小的差距。我国的风电市场规模偏小、自动化程度低、每KW发电成本高、高级研究人员稀缺、研发力量薄弱、核心技术落后以及设备制造能力不达标[2]。我国风力发电机的设计制作水平与其他国家相比十分落后,目前国内能自己生产的最大风力发电机组不超过1MW。MW级别的机组在我国尚处于起步阶段,而MW级风力发电机组已成为国际主流,甚至国外已经开始10MW级别的风力发电机组的设计与制作。我国的大型风机只能进口其他国家或者与外企合作生产。我国对风能的利用甚至还不如印度,印度借助地形建造了大大小小的风力发电厂远超我国,而我国幅员辽阔,这么多的风能资源却白白浪费着实可惜。

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