变桨距风力发电机组的模糊控制器设计.doc

引 言 风能是一种干净的、储量极为丰富的可再生能源，它和存在于自然界的矿物燃料能源，如煤、石油、天然气等不同，它不会随着其本身的转化和利用而减少，因此也可以说是一种取之不尽、用之不竭的能源；而煤、石油、天然气等矿物燃料能源，其储量将随着利用时间的增长而日趋减少，矿物燃料在利用量程中会带来严重的环境污染问题。如空气中的、、、等气体的排放量的增长导致了温室效应、酸雨等现象的产生。因此，自20世纪70年代末以来，随着世界各国对环境保护、能源短缺及节能等问题的日益关注，认为大规模利用风力发电是减少空气污染、减少有害气体(等)排放量的有效措施之—。德国、丹麦、西班牙、英国、荷兰、瑞典、印度、加拿大等国在风力发电技术的研究与应用上投入了相当大的人力及资金，充分综合利用空气动力学、新材料、新型电机、电力电子技术、计算机、自动控制及通信技术等方面的必威体育精装版成果。开发建立了评估风力资源的测量及计算机模拟系统，发展了变桨距控制及失速控制的风力机设计理论，采用新型风力机叶片材料及叶片翼型，研制出了变极、变滑差、变速恒频及低速永磁等新型发电机，开发出微机控制的单台及多台风力发电机组成的机群的自动控制技术，从而大大提高了风力发电的效率及可靠性。在此基础上，许多国家建立了众多的中型及大型风力发电场，并形成了一整套有关风力发电场的规划方法、运行管理与维护方式、投融资方式、国家扶持的优惠政策及规范、法规等。 中国三北地区(西北、华北北部、东北)及东向沿海地区有丰富的风能资源，而这些地区又都存在能源短缺及环境污染的问题，因此通过利用风力发电来改变能源结构并改善环境，不失为在能源开发领域中重要的策略之—，中国风力发电技术的研究始于20世纪70年代末80年代初，通过自主开发研制，小型风力发电机(额定容量为100w一10KW)已实现了商业化批量生产，并获得了广泛应用，对解决广大牧区牧民及一些岛屿上居民的生活及生产用电起着重要作用；与此同时，在国家有关部委的支持下,研制出额定功率为200KW、250KW、300KW、600KW的风力发电机组(已逐步实现国产化),并在全国11个省区建立了27个风电场，总装机容量到2001年底约40万千瓦，取得了较快的发展。 第一章 风力发电系统的概述 1.1 中国风力发电的概况 1.1.1 风能的起源 风是太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，引起各地温差和气压不同，导致空气运动而产生的能量。 风是空气流动的现象，风又是一种自然资源，风是一种用之不尽的清洁可再生能源，随着工业的发展，地球上不可再生能源的加剧消耗，其产生的废气、废水和废渣等造成环境污染、生态失衡。利用风能可以节约化石燃料，同时可以减少环境污染。因此清洁可再生的风能为世人所瞩目，21世纪将出现太阳能和风能时代，它可以作为技术上、经济上日趋理想的常规能源的替补，与生物能、海洋能、地热能等可再生能源集群在一起发展。 1.1.2 我国风力发电的发展史 风电起源于20世纪70年代，风电技术成熟于80年代。自90年代以来，风电进入大发展阶段，单机容量兆瓦级风电机设备已投入商业化运行。风力发电是近年来世界各国普遍关注的可再生能源开发项目，发展速度非常快。1997-2004年，全球风电装机年平均增长率达26.1%。目前全球风电装机容量已达到5000万千瓦左右，相当于47座标准核电站。 中国风能资源丰富，根据全国900多个气象站的观测资料估计，我国陆地风能资源总储量约32.26亿千瓦，其中可开发利用的风能资源总量为2.53亿千瓦，居世界首位；中国近海风能资源，估计为陆地上的三倍，即近海的风能储量约为7.5亿千瓦。这样陆地上和近海10米处技术可开发风能资源总量总计为10亿千瓦。 现代大型风力发电机组高度约超过50米，50米处的风能密度为10米高处的2倍，这样，中国技术可开发的风能资源总量即可高达20亿千瓦。 我国东南沿海和山东、辽宁沿海及其岛屿、内蒙古北部、甘肃、新疆北部以及松花江下游等地区均属风能资源丰富区，年平均风速大于等于6m/s，有效风能密度大于等于200W/m有很好的开发利用条件。这些地区中很多地方常规能源贫乏，无电或严重缺电，尤其是新疆、内蒙古的大部分草原牧区及沿海几千个岛屿人口分散，电网难以通达，或无电力供应，或采用很贵的柴油机发电。在上述地区，利用风力发电，以节约能源，改善环境，缓解电力供应紧张状况，具有重要意义。 另一方面，这几年的交通条件得到很大的改善，电网覆盖程度有了很大的提高，不少风能资源丰富地区已置于电网覆盖之下，这也为建设大型风力发电场提供了有利条件。 上述情况决定了发展风电的特点是：在风能资源丰富或较丰富的边远无电、缺电地区，以发展小型或中型独立运行的风电系统为主，利用风电发展解决边远地区的生活用电和生产用电；在风力资源丰富、电网发达的地区，风力发电则