风力发电系统最大功率点跟踪控制研究 开题报告

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1、 毕业设计（论文）开题报告 学 院 电子信息与自动化学院 专 业 2010 电气工程及其自动化 题 目 风力发电系统最大功率点跟踪控制研究 年年 月月 日日 拟选题目 风力发电系统最大功率点跟踪控制研究 选题依据及研究意义 能源是支持世界经济发展的重要因素和战略资源。 人类社会发展的历史与能 源开发和利用水平密切相关。 每次新型能源的开发都使人类经济的发展产生质的 飞跃。在 21 世纪，能源结构也正孕育着重大的转变。20 世纪的两次世界范围内 的石油危机， 使人们意识到寻求和发展可以替代化石燃料的其他能源的重要性和 紧迫性，世界经济的发展也对能源供应提出了稳定持续增长的要求 123。 随着现代

2、工业的飞速发展，地球上可利用的常规能源日趋匮乏。为了实现能 源的可持续发展，世界各国都在大力开发新能源和可再生能源。风力发电作为一 种新型的可再生能源，是全球范围内增长最快的一种能源形式，具有环境友好、 技术成熟、全球可行的特点，在世界各地得到越来越广泛的应用 4。风能安全、 清洁、资源丰富、取之不竭，且不同于化石能源，是一种永久性大量存在的本地 资源，可以为我们提供长期稳定的能源供应；同时没有燃料风险、更没有燃料价 格风险、不产生碳排放。 中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会与 NREL 合作， 在 UNEP 的支持 和资助下，对中国部分地区的风力资源进行了详细的测算，初步结论是不包括新

3、 疆、西藏等西部地区，风能密度在 300 瓦平方米以上的陆地面积超过 65 万平 方公里，可以安装风力发电机组 37 亿千瓦；风能密度 400 瓦平方米以上的陆 地面积超过 28 万平方公里，可以安装 14 亿千瓦的风力发电设备；如果再考虑海 上风能资源开发潜力，可能超过 20 亿千瓦的发电装机和 4 万亿5 万亿千瓦时 的电量 156。可见，我国的风能资源是十分丰富的，而且风力发电具有无污染、 施工周期短、投资灵活、占地少、造价低等显著优势。综合资源、技术、经济、 环保各因素， 具有大规模开发利用前景的风力发电是解决我国电力和能源紧缺的 重要战略选择 78。 在我国政府优惠政策激励下， 风电

4、产业规模将逐步扩大设备造价和发电成本 将不断降低，这将大大增强与煤电、水电和核电的市场竞争能力。另一方面，随 着煤炭、油气等不可再生能源的逐日枯竭，其发电成本将逐年增加：煤电污染治 理成本也将逐年增加，导致火电成本呈上升趋势。到 2020 年，我国风电将变成 一种经济上有竞争力的电力资源。比较乐观的观点认为：随着规模的扩大，在中 国，2010 年风电就将具有和煤电竞争的能力 19。 文献综述（对已有相关代表性研究成果的综合介绍与评价） 现代风力发电技术面临的挑战及发展趋势主要在于如何进一步提高效率、 提 高可靠性和降低成本。提高风电系统效率的方法一般有：增加单机容量和变速恒 频发电。作为提高风

5、能利用率和发电效率的有效途径，风力发电机单机容量不断 向大型化发展。兆瓦级风力机逐步成为国际风电市场上的主流产品。1997 年以 前，全球兆瓦级机组市场份额还不到 10，2002 年则达到 621，2003 年全 球安装的风电机组平均单机容量达到 12MW 101112。 与定速恒频风力机组相比，变速恒频风力机组可以在风速低于额定风速时， 通过调节发电机转子转速，尽可能多地捕获风能，同时稳定发电机输出电能的频 率；在风速高于额定风速时通过变桨距保持额定发电功率 1314。直驱式无齿轮风 力发电机由于机械效率极高，引起国内外研究人员的极大兴趣。德国、美国、丹 麦都是在该技术领域发展较为领先的国家

6、。提高系统可靠性方面，需要考虑的主 要因素有：变桨距技术、叶片、齿轮箱和发电机等关键部件设计技术，以及风电 系统的控制与监控技术。 变桨距机组可以减小风机桨叶的机械应力、提高风机寿命，正在逐渐地淘汰 定桨距风电机组。叶片、齿轮箱、发电机等关键部件不断在可靠性、大型化等方 面取得进步。基于空气动力学及商用软件的设计优化使叶片叶型趋于成熟，新材 料新结构的桨叶也不时出现。控制与监控技术不断完善，包括先进控制方法的应 用、快速无冲击并网技术、远程监控技术、独立桨叶控制技术、孤立风机或弱电 网运行技术以及风电与光伏混合控制技术等。 并网运行的风力发电机组单机容量从最初的数十千瓦级已发展到兆瓦级； 控 制方式从基本单一的定桨距失速向全桨叶变距和变速恒频发展， 预计在最近几年 内将推出智能型风力发电机组；运行可靠性从 20 世纪 80 年代初的 50，提高 到 98以上，并且在风电场运行的风力发电机组全部可以实现集中控制和远程 控制 1