风力发电系统控制模型的建立和仿真分析毕业设计说明书

1风力发电起源于20世纪70年代，技术成熟于80年代，自90年代以来风力发22006年6月3第一章风力发电系统的基本原理1.1风力发电的基本原理的原理说起来非常简单，最简单的风力发电机可由叶片和发电机1.1.2风力发电的特点风向发电机(1)可再生的洁净能源发电机风力发电是一种可再生的洁净能(2)建设周期短图1-1风力发电原理图图1-1风力发电原理图(3)装机规模灵活(4)可靠性高机组可靠性从80年代的50%提高到了98%,高于火力发电且机组寿命可达20年。(5)造价低从国外建成的风电场看，单位千瓦造价和单位千瓦时电价都低于火力发电，和(6)运行维护简单现代中大型风力发电机的自动化水平很高，完全可以在无人职守的情况下正常4(7)实际占地面积小(8)发电方式多样化机组形成互补系统，还可以独立运行，因此对于解(9)单机容量小由于风能密度低决定了单台风力发电机组容量不可能很大，与现在的火力发电1.2风资源及风轮机概述(1)风的起源的公转轴之间存在66.5°的夹角，因此对地球上不同地点太阳照射角度是不同的，(2)风的参数风速是指某一高度连续10min所测得各瞬时风速的平均值。一般以草地上空(3)风能的基本情况15风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直w=0.5pV³1.3风力发电机的结构与组成风力发电机组是将风能转化为电能的装置，按其容量分可分为：小型(10kw以下)、中型(10—100kw)和大型(100kw以上)风力发电机组。按主轴与地面相对前世界各国风力发电机最为成功的一种形式的国家很少，主要原因是垂直轴风力发电机效率低，需启动设备，同时还有些技术61.3.2水平轴风力发电机的结构控制系统及附属部件(机舱机座回转体制动器等)组成的。叶片是风力发电机组最关键的部件，现代风力发电机上每个转子叶片的测量长度大约为20米叶片数通常为2枚或3枚，大部分转子叶片用玻璃纤维强化塑料(GRP)制造。叶片可分为变浆距和定浆距两种叶片，其作用都是为了调速，当风力达到风力发电机组设计的额定风速时，在风轮上就要采取措施，以保证风力发电有夹渣、砂眼、裂纹等缺陷，并按桨叶可承受的最大离心力载荷来设计。主轴也称低速轴，将转子轴心与齿轮箱连接在一起，由于承受的扭矩较大，其转速一般小于50r/min,一般由40Cr或其他高强度合金钢制成。7(3)增速器(4)联轴器增速器与发电机之间用联轴器连接，为了减少占地空间，往往联轴器与制动器(5)制动器(6)发电机机的性能好坏直接影响整机效率和可靠性。大型风电机(100-150千瓦)通常产生690伏特的三相交流电。然后电流通过风电机旁的变压器(或在塔内),电压被提高②永磁发电机，常用在小型风力发电机上。现在我国已经发明了交流电压(8)调速装置8(9)调向(偏航)装置(10)风力发电机微机控制系统1(11)电缆扭缆计数器XX本科毕业设计说明书9世界上第一个关于风轮机风轮叶片接受风能的比较完整的理论是1919年由A贝茨(Betz)建立的。贝茨理论的建立依据的假设条件是假定风轮是理想的，能全部接受风能并且没有轮毂，叶片是无限多，对气流没有任何阻力。而空气流是连续的，不可压缩的，叶片扫掠面上的气流是均匀的，气流速度的方向不论在叶片前或流经叶片后都是垂直叶片扫掠面的(或称为是平行风轮轴线的),满足以上条件的风轮称为“理如图1-3所示，我们分析一个放置在移动的空气中的“理想风轮”叶片上所受到的力及移动的空气对风轮叶片所做的功。风吹到叶片上所做的功是将风的动能转化为叶片转动的机械能，则有V₂<V₁,S₂>S₁。如果假设空气是不可压缩的，由连续条件可得由流体力学可知气流的动能为设单位时间内气流流过载面积为s的气体的体积为V,则V=sv。如果以表示空气密度，该体积的空气质量m=psv,此时气体所具有的动能为从风能公式可以看出风能的大小与气流密度和通过的面积成正比，与气流速度成正比，其中和V随地理位置、海拔、地形等因素而变。风作用在叶片上的力由欧拉定理求得式中空气当时的密度风轮所接受的功率为所以经过风轮叶片的风的动能转化式中P=△TXX本科毕业设计说明书因此，风作用在风轮叶片上的力F和风轮输出的功率P分别为风速V₁是给定的，P的大小取决于V₂,P是V₂的函数，对P微分求最大值得令其等于0,求解方程得16/27=0.593,Cp称作贝茨功率系数而正是风速为V的风能T,故Cp=0.593,说明风吹在叶片上，叶片上所能获得的最大功率Pmax为风吹过叶片扫掠面积S的风能的59.3%。贝茨理论说明理想的风能对风轮叶片做功的最高效率是59.3%。通常风轮机风轮叶片接受风能的效率达不到59.3%,一般根据叶片的数量、叶片的翼形、功率等情况取0.25-0.45。贝茨理论提供了风能的基本理论，但在讨论风轮机的能量转换与控制时有几个特性系数具有特别重要的意义。(1)风能利用系数C风轮机从自然风能中吸到能量的大小和程度可以用风能利用率系数Cp表示XX本科毕业设计说明书为了表示风轮在不同的风速中的状态用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量称为叶尖速比低速风轮取较小值；高速风轮取较大值。为了便于把气流作用下的风轮机产生的转矩和推力进行比较常以为变量作成转矩和推力的变化曲线，因此转矩和推力也要无因次化。图2●13风轮的典型Cp—λ特性曲线1.4.3异步发电机基本原理(1)异步发电机基本原理发电机是风力发电机组中最关键的零部件，是将风能最终转变成电能的设备。发电机的性能好坏直接影响整机效率和可靠性。使用异步机作为风力发电机与电网并联的优点是：发电机结构简单成本低并网控制容易，缺点是要从电网吸收无功功率以提供自身的励磁。这一缺点可以通过在发电机端并联电容器来改善。由于风电场的特殊性，它的并网和解列的操作十分频繁，而且由于投资成本的XX本科毕业设计说明书限制以及管理、维修等方面的优点，现在大多数的大型风电场都采用异步发电机作为主力机型。本论文的研究对象中使用也是异步发电机，下面我们对异步机做以下的简单介绍。异步电机一般称感应电机即可作为发电机也可作为电动机。异步机作为电动机应用非常广泛异步机作为发电机的情况则比较少。但由于异步发电机具有结构简单价格便宜坚固耐用维修方便启动容易并网简单等特点在大中型风力发电机组中得到广泛应用。异步发电机的基本结构和同步发电机的一样，也是由定子和转子两大部分组成。异步机的定子与同步机基本相同，其转子可分为绕线式和鼠笼式，绕线式异步机的转子绕组和定子绕组相同，鼠笼式异步机的转子绕组是由端部短接的铜条或铸铝制成像鼠笼一样。异步机是利用电磁感应原理通过定子的三相电流产生旋转磁场并与转子绕组中的感应电流相互作用产生电磁转矩以进行能量转换。通常异步机的转子转速总是略低于或略高于旋转磁场的转速。旋转磁场的转速n₃与转子转速n之间的差为转差，转差n与同步转速n,的比值称为转差率用S表示转差率是表证异步机运行状态的一个基本变量。此时电磁转矩的方向与转子转向和旋转磁场两者的方向相反即电磁转矩为制动转矩。此时转子从原动机吸收机械功率通过电磁感应由定子输出电功率电机处于发电机状风轮额定转速风轮额定转速是风轮在额定风速时的转速。风轮额定转速也是风力发电机设计的重要参数之一。它是由叶尖速比及发电机功率决定的参数。发电机额定功率发电机的额定功率是发电机在额定功率因数下连续运行而输出的功率它是由用户提出或由不同的使用目的而确定的。它是风力发电机设计的最基础数据。单位为KW;也有用视在功率表示的单位为KVA。发电机是交流还是直流微小型风力发电机常用直流发电机中、大型风力发电机常用交流发电机。这要视cosφ=P/S发电机在额定功率输出及额定负载下定子绕组与转子绕组允许的最高温度与额式中P——发电机的极对数；第二章风力发电控制系统模型的建立我们的目的是希望通过控制系统的设计，采取必要的手段使我们的系统在规定2.1风力发电机组的基本控制要求风速超过风力发电机组额定风速以上时，为确保风力发电机组输出功率不再增风速超过风力发电机组额定风速以上时，为确保风力发电机组输出功率不再增偏转90度对风控制：机组在大风速或超转速工作时→降低风力发电机组的功率(3)控制保护要求主电路保护：变压器低压侧三相四线进线处设置低压配电低压断路器→维护操2.2风力发电机组控制系统的结构原理能到电能的能量转换过程，在考虑风力发电机组控制目标时应结合它们的运行方式，(1)控制系统保持风力发电机组安全可靠运行同时高质量地将不断变化的风能(2)控制系统采用计算机控制技术对风力发电机组的运行参数、状态监控显示(3)利用计算机智能控制实现机组的功率优化控制定桨距恒速机组主要进行软(4)大于开机风速并且转速达到并网转速的条件下风力发电机组能软切入自动并网保证电流冲击小于额定电流。当风速在4～7m/s之间切入小发电机组(小于300kW)并网运行当风速在7～30m/s之间切入大发电机组(大于500kW)并网运大风情况下当风速达到停机风速时风力发电机组应叶尖限速脱网抱液压机械闸样在小风自动脱网停机后5分内不能软切并网。当风速小于停机风速时为了避免风力发电机组长期逆功率运行造成电网损耗应状态下(大风停机、断电和故障等)均应抱闸。余时间(运行期间、正常和故障停机期间)均处于归位状态。(1)主要技术参数主发电机输出功率(额定)P(KW)发电机最大输出功率1.2P(KW)工作风速范围4正25m/s额定风速V.(m/s)切入风速(1min平均值)4m/s切出风速(1min平均值)25m/s风轮转速N(r/min)发电机输出电压V口10%并网最大冲击电流(有效值)01.51(2)控制指标及效果电缆缠绕2.5圈自动解缆手动操作响应时间超电压保护范围欠电流保护范围风轮转速极限发电机转速极限发电机过功率保护值发电机过电流保护值大风保护风速系统接地电阻防雷感应电压来是90°,现在恢复为0°,风轮开始转动。计算机开始时监测各个参数、输入，判断其中相位补偿的作用在于使功率因数保持在0.95至0.99之间。风力发电机组的变距系统主要包括两种控制方式，即并网前的速度控制与并网变桨距风轮的叶片在静止时节距角为90°,这时气流对叶片不产生力矩，整个叶片实际上是一块阻尼板。当风速达到起动风速时，叶片向0度方向转动，直到气流风向当转速达到额定转速后电机并入电变化不大，主要取决于电机的转差，电了优化功率曲线，在进行功率控制的同时通过转子电流控制器对电机转差进行风轮转差调到很小(1%),转速在同步速风向停止状态差要调整到很大(10%),使叶尖速比停止状态(2)变距控制[7]变桨距控制系统实际上是一个随动图2-1不同节距角时的桨叶截面2.3风力发电系统的控制策略功率变换器的绝对极限和常用上限的差风力发电系统的各种控制策略在国内外大中型并网发电的风力发电机中均有应功率变换器的绝对极限和常用上限的差风力发电系统的各种控制策略在国内外大中型并网发电的风力发电机中均有应2.3.1风轮机的气动特性181风轮机通过叶片捕获风能，将风能0XX本科毕业设计说明书尖速比可表示为R为叶片半径(m);V为来流的线性风速(m/s)。根据风机叶片的空气动力特性，风能转换效率Cp是尖速比λ和桨矩β的函数，即β的关系可用图2-3来表示。由图中可见，对于同一个Cp值风轮机可能运行在A和B两个点，它们分别对应于风20图2-3风轮的典型Cp-TSR特性曲线轮机的高风速运行区和低风速运行区，当风速发生变化时风轮机的运行点将要发生变化。在恒频应用中，发电机转速的变化只比同步转速高百分之几，但风速的变化范围可以很宽。按(2-1)式，尖速比便可以在很宽范围内变化(取决于叶片设计),风轮机捕获风力可以写成Cp是风轮机的功率系数。由(2-2)式可知，风机整体设计和相应的运行控制策略应在追求Cp最大的情况下进行相应的调整，便可增加其输出功率。如图2-4所示是理想风轮机的功率曲线。从理论上讲风轮机组的输出功率是无限大的，它是风速立方的函数。但在实际应用中，它却受到了如下的限制：(1)功率限制：由于构成电路的所有电气元件都受到了功率限制；(2)转速限制：由于系统中的齿轮箱、电机都存在转速的上限。因而风轮机的运行存在三个典型区：在低风速段，按恒定Cp途径控制风轮机直XX本科毕业设计说明书到转速达到极限；然后按恒定转速控制风轮机，直到功率最大；功率最大后，风轮机按恒定功率控制。6图2-4理想风轮机组功率特性曲线2.3.2定桨距风力发电机的控制策略传统概念的风力发电机一般都是上风向、三叶片的风轮机，通过齿轮增速箱来驱动异步发电机，并与电网相连来发电的。风轮机的功率调节完全依靠叶片的气动特性的风力发电机组称为定桨距风力发电机组。风轮机吸收的功率随风速不停地变化，发电机工作于同步转速附近，而风电机组的设计一般在额定功率时风轮的转换效率Cp在最佳区段。当风速超过额定风速时，为了保持发电机输出功率恒定，必须通过叶片失速效应特性来降低Cp值，以维持输出功率的恒定。对于定桨距系统，发电机正常工作的滑差小于1%,允许滑差范围一般在5%以内，而风速的变化范围却很大。从变桨距风力发电机图2-5:风轮机组功率行性曲线在低风速段。通常系统设计有两个不同功率、不同极机则工作于低风速区，由此来调整尖速比λ,实现追求Cp最大下的整体运行控制。定桨矩风机的功角一般设定在0°,在不同风频密度的2.3.3变桨距风力发电机的控制策略为了尽可能提高风轮机风能转换效率和保证风轮机输出功率平稳，风轮机将进桨距风力发电机组的功率调节不完全依靠叶片的气动特性，主要依靠与叶片相匹配系统，通常采用典型的PID转速、功图2-6风机调整目标功率曲线距风轮机的起动风速较定桨距风轮机低，但率fe=fn+fr。控制fk的值以使fe等于电网频率。这一点与鼠笼式转子电流频率IGBT管，一般通过查表获得调节信号：风速5~7m/s,风机工作于同步转速以下(1100~1500RHM);风速7~9m/s风机工作于同步转速附近(15作方式一致；风速9~15m/s,风机工作于同步转速以上(1500~1625RFM);风速2.4.1变桨距风力发电机组的运行状态电机组的起动状态(转速控制)、欠功率控制(不控制)和额定功率状态(功率控制)。(1)起动状态器按一定的速度上升斜率给出速度参考值，变桨距系统根据给定的速度参考值，调(2)欠功率状态欠功率状态是指发电机并入电网后，由于风速低于额定风速，发电机在额定功即根据风速的大小，调整发电机的转差率，使其尽量运行在最佳叶尖速比上，以优(3)额定功率状态距控制方式中，将转速控制切换为功率控制，变距系统开始根据发电机的功率信号发电机功率发电机功率功率控制器节距转速给定速度变距图2-7传统的秋桨距风力发电机组的控制框图系统由风速低频分量和发电机转速控制，风速的高频分量产生的机械能波动，通过迅速改变发电机的转速来进行平衡，即通过转子电流控制器对发电机转差率进行控制，当风速高于额定风速时，允许发电机转速升高，将瞬变的风能以风轮动能的形制器的任务主要是根据发电机转速给出相应的功率曲线，调整发电机转差率，并确定速度控制器B的速度给定。节距的给定参考值由控制器根据风力发电机组的运行状态给出。如图2-8所示，B电网发电机转速电流给定控制器制器A节距控制器发电机B风速图2-8新型变桨距控制系统分布图当风力发电机组并入电网前，由速度控制器A给出；当风力发电机组并入电网后由速度控制B给出。(2)变距控制器的输出信号经D/A转换后变成电压信号控制比例阀(或电液伺服阀),驱动液压活塞杆位移活塞杆位移察绕位移转换为节距信号节距给定节距图2-9变桨距控制系统(3)速度控制器A速度速地增大时能够快速起动。(4)速度控制器B额定的速度给定值是1569r/min,相应的发电机转差率是4%。如果风速和功率输出一直低于额定值，发电机转差率将降低到2%,节距控制将根据风速调整到最佳状态，以优化叶尖速比。如果风速高于额定值，发电机转速通过改变节距来跟踪相应的速度给定值。功率XX本科毕业设计说明书2.4.3功率控制叶尖速比优化节距给定节距及速度感应传感器速度非线性化速度出速度给定滤波器风速滤波器计时器控制器转速图2-11速度控制器B(1)功率控制系统功率控制系统如图2-12所示，它由两个控制环节组成。外环通过测量转速产生速度出速度入电功率测量转速计时器图2-12功率控制系统(2)转子电流控制器原理18]转子电流控制器由快速数字式PI控制器和一个等效变阻器构成。它根据给定的电流值，通过改变转子电路和电阻来改变发电机的转差率。在额定功率时，发电机的转差率能够从1%到10%(1515到1650r/min)变化，相应的转子平均电阻从0到100%变化。当功率变化即转子电流变化时，PI调节器迅速调整转子电阻，使转子电定，从而使功率输出保持不变。电流给定异步发电机功率转矩转速WW三相整流桥IGBT限电压保护过电压保护驱动板电源控制单元信号过电压保护板AYY图2-13转子电流控制器原理图从电磁转矩的关系式来说明转子电阻与发电机转差率的关系。发电机的电磁转矩为式中P—电机极对数；U₁—定子额定相电压；R₂—折算到定子侧的转子每相电阻；式中只要R₂/S不变，电磁转矩T就可以不变，发电机的功率可保持不变。当风速变大时，风轮及发电机上的转速上升，即发电机的转差率S增大，只要改变发电机的转子电阻即可保持输出功率不变。RCC控制单元有效地减少了变桨距机构的动作频率及动作幅度，使得发电机的输出功率保持平衡，实现了变桨距风力发电机组在额定风速以上的额定功率输出，有效地减少了风力发电机因风速的变化而造成的对电网的不良影响。2.5变桨距风力发电机组控制系统模型的建立在控制选择器的模型中，当输入的时间值低于1秒时，输出为低水平输出值0;当输入的时间值超过1秒时，输出为高水平输出值1。0图2-14系统控制选择器模型根据系统控制选择器来实现在w和1之间的选择，利用乘法器乘以转速的基准(1)选择器参数：选择器功能是当运行时间在0到所设域值时，由B通道输入，(2)选择器A、B端输入参数：A端输入变量发电机转子转速w;B端输入常数(3)乘法模块输入参数：乘法模块功能是把两个输入相乘后在输出。在软件环境中输入同步转速314rad/s。(4)时钟脉冲ONT控制参数：时钟脉冲控制是由一个时间信号模型与一个单信号输入比较仪组成，其功能是当输入时间信号低于所设域值时，输出Lowoutputlevel通道所设值，当输入时间信号高于所设域wW图2-15风轮机转速控制模型2.5.3发电机转速控制的模型(在发电机并网前)WF发电机WF发电机ModelExciterMass9发电机图2-16发电机转速控制的模型及参数(1)桨距角控制输入量模型根据控制选择器来选择异步发电机的有功功率反馈值或给定值为桨距角控制功(2)桨距角控制功率的参照量(Pref)模型以发电机的额定功率作为控制系统功率输入的参照量，由实际值与其进行比较，根据所得值的大小可以判断功率输出是否稳定，从而可以通过改变桨距角进行功率AWirB图2-17桨距角控制输入模型图2-18桨距角控制功率的参照量(Pref)模型(3)桨距角控制比例积分环节模型古古B图2-19比例积分控制器模型的参数图2-20传递函数的参数00图2-21节距限制的参数(4)滤波器模型及参数滤波器对比例积分器输出的波形进行修整，以便出现谐波分量对系统造成不良影图2-22滤波器模型及参数(5)桨距角调整限制环节模型FF十角度限制Beta图2-23桨距角调整限制环节模型由桨距角输出反馈值和经滤波器滤波后的输入值进行比较后，输入微分限制和Orderoftransferfunction.NoXX本科毕业设计说明书的参数图2-25微分器环节传递函的参数图2-26桨距角的角度限制参数以上是对完整的风力发电控制系统模型的建立过程，通过以上模型可以对风力发电机组进行相应的转速控制和功率控制，使风力发电系统运行在安全稳定的状态。第三章样例系统模型的建立3.1风速模型的建立3.1.1风能的数学模型风能作用于风轮机的桨叶上，是风力发电机的原动力，为了能较准确的描述自然界的风能变化的特点，在工程上一般采用简化的四分量模型来模拟风速随时间变化的特征。(1)基本风Vw基本风可以由风电场测量所得的威布尔分布参数近似确定式中AπK表示威布尔分布尺度参数和形状参数；在实际与仿真时我们近似认为Vwβ是一个不随时间变化的分量，也就是取Vβ为一个常数。VwG用于表述风速的突然变化，在三个时间段内有不同的风速，阵性风变化过程如图3-2所示。XX本科毕业设计说明书(3)渐变风VwRXX本科毕业设计说明书t≥T₂k+T图3-3渐变风随时间变化曲线图(4)随机噪声风vwNVwN用以描述在指定的高度的风速变化的随机风的特性，由许多谐波分量构成其表达式为式中△w——随机分布的离散间距；——第I个分量的初相角为0~2P;之间分布的随机量；s(第I个分量的振幅。式中K——地表摩擦系数；F——拢动范围m²;相对高度的平均风速(m/s)。(5)综合风速表达式v综合风速表达式即是对前面的四个分量风速表达式的求和，其表达式如下T图3-4综合风速模型(1)外部风速输入控制模型参数外部风速输入控制模型(如图3-5所示)是调节外加风速的模型，它可以随意阵行风Vwc用于描述风速的突然变化，根据实际数据可以给出其最大值Vax=2m/s,起始时间3s,持续周期为1s,阵性风数量为1个。如图3-7所示。渐变风w用于描述风速的逐渐变化，根据实际数据可以给出其最大值Vmx=2m/s,起始时间为4s,持续周期为1s,阵性风数量为1.5个，如图3-8所示。图3-7阵行风输入参数34图3-8渐变风输入参数实际数据可以给出其噪声分量数为50个，如图3-9所示。Noisexndoa5WP图3-10风轮机模型图3-11风轮机输入参数0XX本科毕业设计说明书图3-13齿轮箱速比控制模型输入参数3.3异步发电机模型的建立异步电机一般称为感应电机，既可作为发电机使用也可作为电动机使用。由于异步发电机具有结构简单、价格便宜、坚固耐用、维修方便、启动容易、并网简单等特点，在大中型风力发电机组中得到广泛应用。3.3.1发电机控制选择器参数(1)转子转速控制参数输入同步转速(标么值)的99%,即为0.99。0CSWAT图3-14异步发电机模型选择开关StoT控制是用于发电机转速控制和转矩控制选择的控制器，选择开关模型是当选择1时，异步发电机由转子转速控制，当选择0时，异步发电机由输入机械转矩控制。它是由一个时间信号模型与一个单信号比较仪来控制。图3-15选择开关StoT控制模型当输入值低于0.5秒时，输出为低水平输出值1;当输入值超过0.5秒时，输出为高水平输出值0.输入为自然数，则输出整数NumberofCoherentMachMLSFSRMnsaturatedMagnetizingReactanceotorUnsaturatedMutualReactecondCageUnsaturatedReac3.23[p.u.]图3-17异步发电机参数A岸1BCCC岸1CB图3-18无穷大系统模型ABC图3-20普通三相断路器模型及参数(2)有同步监视的断路器ABC图3-22断路器分合控制选择器模型当输入时间值低于1秒时，输出为低水平输出值1;当输入时间值超过1秒时，BBBBBABB 图3-23断路器分合控制选择器模型输入参数AnimationStates图3-24图3-25(1)#1主变压器模型及参数图3-26#1主变压器模型及参数(2)#2主变压器模型及参数AA日WndingVoltaoesACC##1.0[sec]1.25[pu]1[%]33图3-27#2主变压器模型及参数无穷大系统模型及参数RAA图3-28电网(三相电压源)模型及参数第四章风力发电控制系统的模拟仿真结果分析在低于额定风速的条件下，风力发电机组的基本控制目标是跟踪Cpmax曲线，以获4.1.1风速模拟仿真分析(1)风速模型输出及参数设置Displaytitleonicon?在前面我们已经讨论过，风是近似的服从威布速的曲线波动很大，在3s和4s时分别又受到阵行风与渐变风的影响，波形也出现了相应的波动，其综合风速的最大值可达到15.96m/s。所示说，用以上的四个风的分量在一定的程度上是可以大体的描述风的波形，但在一些细节上还需要进一步修正，所以它的使用范围是有限的，只是可以用在一些要求的精确程度不高的模型的XX本科毕业设计说明书图4-2综合风速模型模拟仿真结果4.1.2风轮机模拟仿真分析图4-3风轮机机械转矩输出及参数设置己图4-4风轮机机械转矩模拟仿真结果(1)机械转矩输出及仿真结果如图4-3和图4-4所示。(2)机械功率输出及仿真结果如图4-5和图4-6所示。(3)仿真结果分析如图4-3和图4-4曲线所示，风轮机的输出转矩和输出功率都是标么值，则它们的曲线是完全一致的，在0-3s时变桨距控制系统在调节桨叶节距使转矩和功率输出逐渐达到稳定，由于又突然受到在3s与4s分别受到阵行风与渐变风的影响，从而使波形在这两个时间有的突变，之后继续达到稳定。Displaytitleonicon?6(2)发电机有功功率输出及仿真结果分析异步发电机有功功率输出及参数设置如图4-8,由于异步发电机只能输出有功功率，根据电力系统对异步机作为电动机状态的有关规定，它的基本参量的正方向异步发电机有功功率仿真结果分析线有很小的下降，然后又达到稳定状态。NNNNNNNNNameforRealPower(+=in)(p.u.)ameforOutputMechanicalTorque(p.U)PQwPPNo2图4-8异步发电机有功功率输出及参数设置P图4-9异步发电机有功功率模拟仿真结果(3)发电机无功功率输出及仿真结果分析异步发电机无功功率输出及参数设置如图4-9,由于作为异步发电机励磁的无功功率只能从电网吸收，根据电力系统对异步机作为电动机状态的有关规定，它的基本参量的正方向是按电动机状态定义的，则无功功率输出为正值。0图4-10异步发电机无功功率输出及参数设置Q图4-11异步发电机无功功率模拟仿真结果异步发电机无功功率仿真结果分析在1s时异步发电机并网，由于采用的是直接并网，在并网时出现了很大的冲击电流，导致无功功率在1s时发生突变，然后无功功率下降并逐渐达到稳定状态。无功功率稳定值为0.315MVar。在3s和4s分别受到阵行风和渐变风的影响，无功功率的曲线有很小的上升，然后又达到稳定状态。在0~1s时无功功率为零，主要原因是虽然发电机端加了电容给发电机补偿无功，但此时发电机端没有电压，则电容两端也没有电压，因此这段时间发电机并未得到无功补偿，即此时无功功率曲线为零。(4)发电机转速输出及仿真结果分析图4-12异步发电机转速模拟仿真结果异步发电机在0.5s前对转速进行控制，则这段时间转速稳定在0.99,此时异步电机运行在电动机状态；在0.5s以后对异步发电机的转距速开始上升，并超过发电机转速标玄值1,异步电机此时运行在发电机状态，之后(5)发电机机械转矩输出及仿真结果分析DefaultMin/MaxLi图4-13异步发电机机械转矩输出及参数设置等于机械功率Pm除以转轴的角速度Ω,即T=P/2fe 图4-17异步发电机发电机三相电压输出及参数设置>K由NK如图4-18所示，在发电机并入电网前低压侧电压为0,在1S时发电机并入电网，XX本科毕业设计说明书≤≤KVVK图4-20低压母线和高压母线的线电压输出及仿真结果低压母线和高压母线的线电压仿真结果分析在正常运行时，低压母线和高压母线电压均从0迅速上升并均达到各自的额定值，然后一直保持稳定。低压母线电压稳定在0.69KV左右，高压母线电压稳定在121KV左右。(3)低压母线相电流输出及仿真结果分析并网前电流为0,在1s时断路器合闸并网，出现很大的冲击电流，其冲击电流值达到11KA,最后开始衰减至0.07KA,然后又开始上升，最后趋于稳定，其电流最大稳定值为0.64KA。b图4-21低压电流输出及参数设置aabb图4-22低压母线相电流输出及仿真结果图4-23变桨距控制系统模拟仿真结果风轮机启动时风力发电机组开始自动运行于风轮叶尖本来值90°,即桨矩角初始值为90度，在机组起动的过程中逐渐变小，这样叶片4.2低于额定风速时控制的模拟仿真结果分析发电机转速控制器是一个六阶的动态模型，W用时间控制选择器来选择发电机使用转速控>发电机在准备起动时转速为0,发电机并网前由于风轮机的机械转矩在不断升渐变风影响了发电机的转速，使发电机的转速出现了风轮机转速控制是根据发电机的转速反馈值和器乘以转速的基准值314rad/s得到风轮机转速的值，输入到风轮机并对风轮机的转出机械转矩，但是由于风模型的输入的风速有波动，所以风轮机的输出后，在3s时受到的阵性风和4s时受到渐变风的影响而出现了明显的突变，可见风风轮机的机械功率是低风速时风轮产生的气动功率，与风速和瞬时C值有关，功率极限取作恒定的话，功率输出如图4-26所示输出曲线完全一致，这样电功率输出的变化可从起点跟踪，在起动区电功率是负值风力发电机组变桨距控制系统在发电机准备起动XX本科毕业设计说明书小到45度，处于待起动状态；然后在起动风速持续10秒时，桨距角再从45度逐渐变小。在桨距变小的过程中，叶片吸收风功率在逐渐的增加，同样叶片的转速也逐渐图4-27并网后风轮机转矩受风影响的模拟仿真结果加快，则风轮机的输出功率在不断增大，带动异步发电机转动，从而发出电来。根据图4-5所示我们可知风轮机在并网前，桨距角已经变到8度左右，风轮机吸收的功桨叶节距角>图4-28变桨距控制模拟仿真结果率已接近额定功率。在发电机并入电网后，在1.4s时桨矩角变为零且保持不变，这电压和低压侧电流均为0,这时变桨距系统的节距给定值由发电机的转速信号控制4.3高于额定风速时控制的模拟仿真结果分析4.3.1发电机转速控制模拟仿真结果分析发电机如果在起动前给定了一个起动转速的于额定风速时，发电机由转速的控制转换为转矩的发电机并网前由于风轮机的机械转矩在不断w图4-30高于额定风速时异步发电机转速W>图4-31发电机并网后高于额定风速时转速控制模拟仿真结果4.3.2风轮机转速控制模拟仿真结果分析高于额定风速时，风轮机的转速是根据发电机的转速反馈值乘以转速的基准值314rad/s得到的，然后输入到风轮机并对其转速进行相应控制的。由于风模型的输入具有一定的波动性，使得受到一定的影响。在3s时受到的阵性风和4s时受到渐变风的影响，风轮机输出的机械转矩和电磁转矩出现了明显的突变，可见风的变化对风轮机转矩的输出是有直接影响的。风轮机的机械功率是低风速时风轮产生的气动功率，与风速和瞬时C值有关，功率极限取作恒定的话，电磁功率输出如图4-33所示。电磁功率的输出曲线大于机械功率的输出曲线，这样电功率输出的变化可从起点跟踪，在起动区电功率是负值，说明是作电动机起动的区域。图4-32高于额定风速时风轮机转矩模拟仿真结果4.3.3变桨距控制模拟仿真结果分析度变化时在保持风力发电机恒定的功率输出，通过调们能够通过使用PI比例积分和DAC干拢调节控制来改变桨叶节距角的方法来控制桨叶节距角>态时，发电机电压和低压侧电流均呈正弦规律变由发电机的有功功率信号来控制，根据功率反馈值的跟踪来使xX本科毕业设计说明书的转速是一个负的偏差，风叶最初的节距是3度左右。当风轮机的转速达到给定值时，叶片的节距就会增加以抵御风速增加的作用，则风速的增加会使叶尖速比降低，使风轮机的转速提升，这时控制器增大了节距角，则减小了桨叶的攻角，使得气流没有在桨叶表面产生分离。控制器会在狂风时将节距角增加，这样将迅速减少转矩系数，造成空气动力转矩的下降，从而使风轮减速。如果风速继续增大，则风轮的节距角会继续增大，直到风力发电机不能承受的风速出现时，桨距角变为90度后自动停机。a图4-35高于额定风速时风力发电系统电压、电流模拟仿真结果[4]王承煦张源.风力发电.中国电力出版社.2002[7]S.M.B.Wilmshurst.ControlstrategiesforWindturbines.Wi[8]E.A.Bossnyi.Adaptivepitchcontrolfora250kWWind[9]R.Chedid,F.Mradand[10]李东东，风力发电机组并网与仿真分析.水电能源科学.2006年.第24卷第1心的一PSCAD(电力系统CAD)是一个以图形为基础的电力系统模拟工具族，而A.1.2RTDS软件简介的电压和电流信号的放大可以模拟系统故障并观察继电器的响应，继电器的触头可由于PSCAD严格遵守工业标准，如UNIX、以态网、形式，确保这一软件能在不同的微机工作站上运用了专门的技巧，允许高性能的网络服务器或轻载的工作站被安排用作大量的数据建议使用的系统至少应具备16MB的内部RAM。安装的PSCAD软件需占用不到(1)安装和管理手册(2)文件管理系统手册(6)单曲线绘图手册(7)多曲线绘图手册(8)用户图形界面手册当用户涉及PSCAD时所遇到的第一个软件模块就是文件管理系统。采用一种工程算题/文件的分层结构来表示用户进行电力系统模拟研究的数据库结构。如果得到授权可以进入该数据库，这样，局部网上的不同用户可以共享同一个数据库。从文件管理软件模块可以直接进行诸如备份、储存、文件编缉、拷贝和删除等操作。通过选择文件管理模块屏幕右上角的菜单可调用PSCAD的其它软件模块，很多情况下将所有的软件模块同时激活，有些模块的图像可能暂时隐藏在正在处理的模块图像之下。建模程序包是PSCAD程序族中最有起作用的模块。借助于建模模块包，用户可以用图形的方法建立需要进行模拟研究的电力系统模型。通过选择不同的功能，建模包可以为EMTDC或RTDS模拟研究准备必需的文件。侧),通过将各个元部件的模型进行互连便完成了电力系统模型的建立过程。不同元量互联元部件的电力系统模型同样很容易得到当用户完成了模型构筑时，可以通过基于PS格式的激光打印机或者可以接受HP-的确定架空输电线和电缆的行波模型所需数据的计算过程是相当复杂的。为了确定变换矩阵、模式传输时间和波阻抗，需要进行特征值分析。为了完成这种分析，需要使用T-LINE和CABLE模块。通过功能选择可以产生单频率模式模型或者完全的频率相关行波模型。架空线模型所需要的数据有导线的空间相对位置以及导线的半径和电阻率。对于电缆，每一导电层和绝缘层的半径和特性都是必需的。由T-LINE和CABLE模块所产的运行模块中的EMTDC操作员控制台软件模块和RTDS控制台软件模块可分别为运行EMTDC和RTDS提供控制操作功能和数据收集系统功能。软件中提供了完善的使用界面，允许使用者安装、启动或停止一个模拟算题，并可在模拟过程中与之进行通讯。由于采用多种仪表和模拟过程数据在线绘图，允许使用者获得相关模拟算题的即时反馈。使用者所激发的动态过程，如整定值改动、开关操作以及故障触发可以通过操纵滑触头、电位器、开关和按钮进行。EMTDC和RTDS所产生的数据的分析和绘图是通过单曲线绘图模块进行的。可以对数据进行标尺整定和通用格式整定。对于绘图用的数据可直接进行傅里叶分析。如果要处理大量的数据，可以通过编程的办法形成自动处理顺序。线组合安排在单张纸上。使用者可以直接处理曲线并在纸面上添加需要的文字说明并可绘制其它美化标志。用。用户可以通过调用随EMTDC主程序一起提供的库程序模块或利用用户自己开发的元部件模型有效地组装任何可以想象出的电力系统模型和结构。EMTDC的最大的特点之一是可以较为简单地模拟复杂电力系统，包括直流输电系统和其相关的控制系统。(1)利用文件管理系统生成一个工程和算题名(2)利用建模模块建立电力系统模型(3)利用运行模块进行EMTDC模拟计算(4)通过单曲线绘图对模拟结果进行分析并利用多曲线绘图模块产生可直接用于研究报告的模拟结果图形sXX本科毕业设计说明书B.2风力发电样例系统模型图1BwWconnkokkrkkBkAABcccTWWw应w8wt匹世世也kk你们好!敬礼学生：田敏2006年6月10日第二章世界风力发电现状2.1全球风力发电综述尽管全球风力发电发展历史不长，但在过去20多年的时间内，已在开发成功55千瓦风机；到了1985年则开发出110千瓦风机；进入90年代，出现了250千瓦风机；90年代中期又有600千瓦风机，现在兆瓦级达到2500千瓦。丹麦是全球风电设备制造最主要国家之一，其风机制造商销售的风机单机平均容量2000年为861千瓦，2001年已经达到递增，从1995年的480万千瓦增加到2002年的3100万千瓦，增长了5.5倍(见表2-1),是世界上增长最快的能源。年度表2-1全球风机装机容量销售容量(MW)总装机容量(MW)资料来源：欧洲风能协会、美国风能协会等相关资料措施，因而风电装机容量增长迅速。2002年，新增风电装机的93%来自于欧洲和美国。鉴于风电装机容量迅速增长的趋势，欧洲风能协会于2002年将欧洲风能计划2010年的发展目标从4000万千瓦修正到了6000在丹麦，尽管2001年是弱风年，但全国风力发电仍达到43亿千瓦时，相当于其全国电力消耗总量的13%左右。2002年，丹麦风电约占全国电力消费总量的18%-19%。从2002年开始，丹麦还将新建5个装机容量为15-16万千瓦的风电场。丹麦风机制造业2001年又一次改写了历史记录，所有风机制造企业共销售了345万千瓦的风机，比上年增长了美国和德国是丹麦风机制造业最大的两个市场，超过60%的丹麦风电机在美国，过去5年内，风电年均增长24.5%02002年新增风电装机41万千瓦，累计装机达到470万千瓦。2003年预计将新增装机110-140万千瓦，到年底累计装机将达到600万千瓦左右。美国政府更长远目标是将风电从目前占全国电力供应量1%的份额提高到2020年不低于6%的作为世界上风电装机最多和发展最快的国家，德国2002年新增装机320万千瓦，累计超过1200万千瓦，已提前达到其2010年风电发展2.2.1德国风力发电发展状况00NumberofinstalledunitsinGermany*2,000Accumul00图2,-2,德国风力发电已安装机组数量l4在北海水深20米处建设一座总功率为100万千瓦的大型风电场，计划2.2.2德国风力发电发展趋势其次，风机向大型化兆瓦级发展。1989年，德国风机的单台平均标称功率仅为145千瓦，而2002年已经达到1400千瓦，增大了约10倍115。早期风机的叶片直径只有15米，现在叶片直径已经达到100米，甚至更大。2002年，德国所安装的风机中由70%为兆瓦级风机，其中2兆瓦或以上的风机280台，占同期安装风机总标称功率的18%161。可以预料，在未来几年内，2-3兆瓦的风机将是主打产品。海转移。2002年，65%的风电产自内陆平原区，只有8%是产自沿海地区。还有，风电的投资主体由早期的以农场主为主的个体私人向专门以经营风电为目的的企业协会和经营者联合会转移。这是由购买市场上销售的大型风机需要大额资金和德国政府正在推行的大规模风电生产计划的现实决定的。最后，德国政府对风力发电实施鼓励政策，正是政府的资助对风力发电市场的发展和风力发电技术进步起到了决定性作用，使风电能够蓬勃发展。具体资助政策(171包括：一是风电上网，法律规定电网公司必须允许风电上网，并统一收购风电。二是资金补贴，政府为每台风力发电机组提供一定的资金补贴。它刺激了风电发展和风机制造企业改进技术，只有机组卖给用户并且并网发电后，制造商才能得到政府的资助。此外，某些州还提供额外补贴，数额在风机价格的20%至45%。三是提高上网电价，电网公司支付的风电上网电价不低于最终售电价格的90%。四是发电补贴，从1991年开始，对风电提供一定的补贴。五是融资，德国银行(DAB)为风电提供融资。2.3风力发电技术大型风力发电机的设计向优良的发电质量、减少材料利用率、减少噪音降低成本、提高效率的方向发展。经过20多年的不断发展，风力发电机组的技术形式逐步形成了目前最为常见的水平轴、三叶片、上风向和管式塔的统一形式。进入21世纪，随着现代电力电子技术的不断发展，新材料的涌现和不断完善，世界风力发电技术又向前迈进了一大步。一般来说，在12-16m/s的风速区，大型风力发电机的功率输出可达到额定值。超过此风速区，必须降低叶轮的能量捕获，使功率输出保持在额定容量附近，同时减少叶片承受负荷和整个风机受到的冲击，保证风机不受损害。当前普遍采用的限制功率输出方式有以下几种1181。失速调节方式依赖于叶片独特的翼型结构，一般用于恒速运行的风力发电机中。在大风时，流过叶片背风面的气流产生紊流，降低叶片气动效率，影响能量捕获，产生失速。IMGlassber叶片制造公司首先在失速型叶片上获得突破，成为目前最大的一家风力发电机叶片生产厂家。由于失速是一个非常复杂的气动过程，对于不稳定的风况，很难精确地计算出失速效果，所以很少用在MW级以上的大型风力发电机的控制上，但有些制造商凭借在小型和中型风力发电机上的一些设计经验，可以很可靠地计算出失速效果。所以直到今天，一些M级风力发电机制造商仍然沿用失速调节方式。变距调节方式是通过改变叶片迎风面与纵向旋转轴的夹角，从而影响叶片的升力和阻力，限制大风时风机输出功率的增加，保持输出功率恒定。变距调节的风力发电机在阵风时，塔筒、叶片、基础受到的冲击较之失速调节型风力发电机要小得多，可减少材料使用率，降低整机重量。由于变距调节型风机在低风速时，可使桨叶保持良好的攻角，比失速调节型风机有更好的能量输出，因此比较适合于平均风速较低的地区安装。变距调节的另外一个优点是，当风速达到一定值时，失速型风机必须停机，而变距型风机可以逐步变化到一个桨叶无负载的全翼展模式位置，避免停机，增加风机发电量。变距调节的缺点是对阵风反应要求灵敏。失速调节型风机由于风的振动引起的功率脉动比较小，而变距调节型风机则比较大，尤其对于采用变距方式的恒速风力发电机，这种情况更明显，这样就要求风机的变距系统对阵风的响应速度要足够快，才可以减轻此现象。这种调节方式是前两种功率调节方式的组合。在低风速时，采用变距调节，可达到更高的气动效率；当风机达到额定功率后，风机按照变距调节时风机调节桨距相反的方向改变桨距，这种调节将引起叶片攻角的变化，从而导致更深层次的失速，可使功率输出更加平滑。2.3.2变速运行变速运行即风机叶轮跟随风速的变化改变其旋转速度，保持基本恒定的最佳叶尖速比，风能利用系数CP最大。相对于恒速运行而言，变速运行有如下优点。(1)系统效率高。变速运行风机以最佳叶尖速比、最大功率点运行，提高了风力机的运行效率，与恒速恒频风电系统相比，年发电量一般可提高20%以上。恒速运行风机的年运行小时数小于变速运行风机的年运行小时数，输出功率上限也低于变速运行方式。(2)能吸收阵风能量，把能量存储在机械惯性中，减少阵风冲击对风机带来的疲劳损坏，减少机械应力和转矩脉动，延长风机寿命。当风速(3)可使变桨距调节简单化。变速运行放宽对桨距控制响应速度的要求在低风速时，桨距角固定，高风速时，调节桨距角限制最大输出功率。2.3.3发电机风电系统中的发电机向高可靠性，低维护量，减少组件，降低成本，效率高，集成度高的方向发展，主要有以下3种形式。(1)异步发电机以恒速运行，采取失速调节或主动失速调节的风力发电机，主要采用异步感应电机，发电机直接联入电网，容量大时，也可通过晶闸管控制的软投入法接入电网。在同步速附近合闸并网，冲击电流较大，另外需要电容无功补偿。变速运行时，变频器在定子侧，容量与发电机容量相当，大约为发电机容量的125%这种机型比较普遍，各大风力发电机制造商如VestasBonus(2)双馈发电机双馈发电机一般用于变速运行的风力发电机中，可配合桨叶变距调节。最大的优点是可实现能量双向流动，同时又具有同步机的优点。根据风速的变化和发电机转速的变化，调整转子电流频率的变化，实现变速恒频控制，这种控制方案是在转子电路中实现。流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率，仅为定子额定功率的一小部分。变频器的容量减小，可实现有功、无功功率的灵活控制。(3)同步发电机在与电网合闸前，为避免电流冲击和转轴受到突然的扭矩，同步发电机需要满足一定的并联条件，端电压、频率与电网相同。合闸瞬间，风力发电机与电网的回路电势为零，相序与电网相序相同。传统的风力发电机一般都采用同步发电机，可进行有功功率和无功功率调节，而在大型并网风力发电机中，同步发电机应用并不广泛，主要原因是价格贵，基于变速运行、变距调节的直驱同步发电机或双馈异步发电机己成为现在大多数风机制造商开发研究的新技术，取消增速机构，采用风力机对发电机的直接驱动方式和发电机的无刷化是两个值得注意的发展趋势。 直接驱动是通过增加发电机的制造成本获取系统效率和运行可靠性的提高，从风电系统总体效益上考虑是可取的。齿轮传动不仅降低了风电转换效率和产生噪声，是造成系统机械故障的主要原因，而且为减少机Jeumont,Mtoores公司都在发展这门技术。发电机的无刷化可提高系统的运行可靠性和实现免维护，因此一直是电机的发展趋势。电励磁的同步电机和绕线转子感应电机皆需要通过滑环和电刷实现对转子绕组电流的控制。滑环与电刷之间流过较大的电流而其相对运动靠滑动接触，除了机械磨损之外，还有电腐蚀，特别对于长期运行在具有潮湿、盐雾等气候条件下的电机，滑环电刷的磨损就更为严重，不仅需要定期维护而且是容易产生故障的部位。综合无刷化和直接驱动这两方面的要求，在变速恒频风电系统中最具应用前景的是两种电机：永磁电机和无刷双馈电机。有些公司正在研制一种中间产品，采用变速变距、单级齿轮箱，这样既避免了基于双馈发电机的高齿轮传输比(1500-180rpm)高转速发电机设计，同时，单级齿轮箱使永磁同步发电机低转速运行，电机可以设计得小而轻。风机输出电压达到3000-4000V,2.4海上风力发电人们普遍感觉到海面上的风比陆地上大，能否利用海上风能资源发电受到关注。从20世纪70年代后期到整个80年代，许多欧洲国家对海上风电的可行性都进行过探讨。海上风电的发展大致可以分为以下几个时期：1977-1988年，国家级海上风能资源潜力和相关技术的研究，论证建设海上风电场的可能性；1990-1998年，欧洲范围内海上风能资源潜力的评估，一些拥有中型风机的近海风电场相继建成；1999-2005年大型海上风电示范工程的建设和大型海上风力发电机组的技术开发；2005年以后为大型海上风电场的规模化发展时期。海上风电最初的研究是在一些海港建立试验性的风电场，如在比利时西部的Zeebrugge港·丹麦的Ebeltoft港和英格兰的Blyth港。这些风电场是由中型风电机机组组成，运行于海洋环境，但都是建在堤坝或已经存在的基础结构上。1990年在瑞典Nogersund安装了世界上第一台海上风电机组，容量220kW,位于离岸350m,水深6m处，轮毅高度海Vindeby附近，由Elkraft公司建成世界上第一座海上风电场，该风建成由10台Vestas500千瓦风电机组的海上风电场，这些海上风电场的建成运行提供了很多在建造、安装、成本和能源生产等方面有价值的信息和经验。1996年荷兰在海堤内的须德海淡水中建立了风电场，瑞典于1997年建设了由5台600千瓦风电机组的海上风电场。2001年丹麦的两个部门EIsam和EItra在北海日德兰半岛(Jutland)开始建设HornsRev海上风电场，安装80台由Vestas公司提供的海上风电机组，单机容量2兆瓦，总装机容量160兆瓦，2002年12月所有风力机安装完毕投入试运行。HornsRev海上风电场离岸14-20公里，水深范围6.5-13.5米，风电场占用面积约20平方公里。该风电场将成为世界上第一座真正的大型海上风电场，预计每年的发电量约为6亿千瓦时。同期Sams海上风电场的10台风电机组也安装完毕投入试运行，2003年5月Frederik-shavn风电场4台风电机组安装完成，在一种特殊的桶形基础结构(bucketfoundation)上安装了一台Vestas的3兆瓦样机，另外3台安也开始实施示范性商业海上风电场计划。已建成的海上风电场的信息如表2-2所示。2.4.2海上风力发电的优势首先是海上风能资源比陆上大。不但风速高，比平原沿岸高20%,发电量可增加70%,海上很少有静风期，能更有效地利用风电机组的发电容量。海水表面粗糙度低，海平面摩擦力小，因而风切变，即风速随高度的变化小，不需要很高的塔架，可降低风电机组成本。另外海上风的湍流强度低，海面与其上面的空气温度差比陆地表面与其上面的空气温差小，又没有复杂地形对气流的影响，作用在风电机组上的疲劳载荷减少可延长使用寿命。一般估计在陆上设计寿命20年的风电机组在海上可达25-30年。组的土地面积有限，且单机容量越来越大，高达70m的庞然大物对自然第三个原因是在20世纪末，兆瓦级风电机组达到商品化，可为海上风电场提供所需要的大型机组，开始研制专门用于海上的3-5兆瓦机组，表明技术上是可行的。另外，由于海上面积辽阔，项目规模可做大，一般在100兆瓦以上，距离海岸较远不影响景观，吸引了电力公司参加开发。在距离海岸30km和水深40m的范围内，总的来说欧洲海上风能储量比目前欧盟的用电量还大。表2-2海上风电场发展情况10国风电机风机型号总装机容时间瑞瑞典丹麦荷兰丹麦荷兰瑞典英国瑞典丹麦瑞典丹麦丹麦丹麦丹麦爱尔兰英国1452751117VestasV902-254叶片转速增加10%,使风机的有效性增加5%-6%。在陆地上叶片转速商业运行的大型海上风电机组容量为1.5-2.5兆瓦，叶片直径范围为65-80米，最大的叶尖速度可达80米每秒。正在研制单机容量更大的样方向。表2-3给出一些生产商已推出的最大海上风电机组的技术参数信表2-3海上风电机组的技术参数(21生产商风机型号额定功率叶轮叶轮转333333功率调节变桨距调节失速变桨距调节变桨距调节主动失速调节变桨距调节变桨距调节局)标准方法，目前的技术水平和20年设计寿命，估测的发电成本是府规划到2030年风电要占全国总装机容量的一半，即5.50GW到100MW距离Lubeck湾15公里的波罗的海中；400MW项目在距离HeIgoland岛17公里的海域，最终规模将达到1.2GW,采用单机容量内朦古工业大学本科毕业设计说明书3.1我国发展风力发电的可行性分析3.1.1我国风力资源状况蚁+223图3-1我国陆地风力资源分布图”从各省市来看，我国风力资源丰富的省区见表3-1,中国风能分区以及占全国面积的百分比见表3-2。表3-1中国风力盗源比较丰富的省区省区风力资源(万MW)省区风力资源(万MW)内蒙古6178山东394新疆3433山西293辽宁606海南64区域丰富区较丰富可利用区贫乏区指标年有效风功率密≥200200-1503.5m/shr数8众所周知，我国的机械工业基础还是比较好的，完全有能力满足风电装备生产制造要求。在风电机组设备关键部件的生产方面，我国有兰州产符合风电机要求的变级异步发电机的能力，并具有批量生产的实力吸收和创新提高，推动风力发电设备国产化。在第4批国债技术改造项提供贴息补助；按要求4个示范项目，第一次面向国内制造厂家批量采比两年前有了大幅度降低，从每千瓦7000元以上降到了4000-5000元左3.2.1装机容量自1986年5月山东荣成建成我国第1个并网型风电场开始，到图3-3我国1990-2002年全国各年风电累计装机容量1990-2002年全国每年新增风电装机容量0年由图3-4可看出，我国的风电场建设大体可分为3个阶段：首先，1986-1990年是我国并网风电项目的探索和示范阶段，其特点是项目规模小，单机容量小。在此期间共建立了4个风电场，安装风电机组32台0.843W。第二，1991-1995年为示范项目取得成效并逐步推广阶段。共建立了5个风电场，安装风电机组131台，装机容量为33.285MW,最大百分比/%的百分比/%I辽宁2新疆3广东4内蒙古5浙江6吉林7甘肃8河北9山东92002年底我国各省、自治区的风电装机情况见表3-3。辽宁、新疆、广东和内蒙古是我国风电发展最快的4个省份，占全国