1、 题 目： 风力发电机控制系统研究 一、选题的依据及意义 1.1 选题依据: 传统风力发电机组大都采用三桨叶与轮毅刚性连接的结构，即定桨距风轮。桨 叶端部 1.52.5m 的部分设计一般设计成可控制的叶尖扰流器，当风力发电机 组需要停机时，扰流器可旋转 90 度形成阻尼板，使风轮转动速度迅速下降，这 一机构称为气动刹车。 随着风力发电机组设计制造水平的不断提高，在大型的风力发电机组中已经普 遍开始采用变桨距风轮。变桨距风轮的桨叶和轮毅不再是刚性连接，而是通过 可以转动的推力轴承或者专为变桨结构设计的联轴器来联接。这种风轮的优点 在于可以根据风速来调节气流对叶片的攻角，当风速超过额定风速时，通过
2、调 节风轮的受力可以使风机保持在稳定的输出功率上。而且，在大风的情况下可 以调节风机处于顺桨状态从而改善整个风机的受力状况。 与火电煤电等常规发电方式不同，风力发电机组需要频繁地起停，并且转动惯 量很大，转速大都设计在每分钟十几到三十几转之间，机组容量越大，风机的 转速越低。所以，传统的风力发电机组的风机与发电机之间通常需要增设增速 齿轮箱。而风力发电厂的安装和运行经验都表明，齿轮箱往往是维护工作量最 大的一个部件，也是成本最高、寿命最短的部件之一，故此，如何提高齿轮箱 的可靠性或者是否可以取消齿轮箱就成为广大风力发电研究者的研究课题之 一。 变速恒频直驱型风力发电机组在运行时，风机不接增速齿
3、轮箱，直接和发电机 祸合;发电机的定子为三相绕组或多相绕组， 转子为永磁或电励磁结构;定子发出 非工频的电能，电压也随转速变化;系统中有整流逆变装置，发电机发出的电压 和频率都在变化的交流电经整流逆变后变成恒压恒频的电能输入电网;通过调 节逆变装置的控制信号可以改变系统输出的有功功率和无功功率，实时满足电 网的功率需要。在变速恒频直驱风力发电机组中，整流逆变装置的容量需要与 发电机容量相等。 1.2 选题意义： 变速恒频发电是一种新型的发电技术，非常适用于风力、水力等绿色能源开发 领域，尤其是在风力发电方面，变速恒频体现出了显著的优越性和广阔的应用 前景。(1)传统的恒速恒频发电方式由于只能固
4、定运行在同步转速上，当风速改 变时风力机就会偏离最佳运行转速，导致运行效率下降。采用变速恒频发电方 式，就可按照捕获最大风能的要求，要风速变化的情况下实时调节风力机转速， 使之始终运行在最佳转速上。(2)变速恒频发电可以在异步发电机的转子侧施加 三相低频电流实现交流励磁，控制励磁电流的幅值、频率、相位实现输出电能 的恒频恒压。(3)采用变速恒频发电技术，可使发电机组与电网系统之间实现良 好的柔性连接，比传统的恒频发电系统更易实现并网操作及运行。 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到各国的重视。首先，它来自于自 然，取之不尽用之不竭;其次，风力发电只降低了风的速度，并不产生任何有害 的物质，对大自然没有污染。这些优势使得人们对它青睐有加。 随着风力发电应用得越来越广，在整个能源结构中所占比例越来越大，风力发 电技术要朝着大功率、高效率、直驱式、变转速、变桨距和最优控制等方向发 展，达到提高机组运行性能、提高风能利用率、简化结构提高可靠性、减少材 料消耗、降低机组重量、降低造价的目的。对我们能源节约的问题上有着重要 的意义。 二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）
