千瓦級風力發(fā)電系統(tǒng)建模與設計,千瓦,風力,發(fā)電,系統(tǒng),建模,設計 武漢理工大學本科學生畢業(yè)設計（論文）開題報告 1 目的及意義（含國內外的研究現(xiàn)狀分析） 1.1 主要研究內容和意義 國際電工委員會（IEC）針對小型風力發(fā)電機組的最新標準IEC 61400-2定義的小型風力發(fā)電機組，適用于風輪掃掠面積小于200m2，將風能轉換為電能的系統(tǒng)。 隨著世界工業(yè)化進程的不斷加快，能源消耗逐漸增加，全球工業(yè)有害物質的排放量與日俱增，從而造成氣候異常、災害增多、惡性疾病的多發(fā)，因此，能源和環(huán)境問題成為當今世界所面臨的兩大重要課題。由能源問題引發(fā)的危機以及日益突出的環(huán)境問題，使人們認識到開發(fā)清潔的可再生能源是保護生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的客觀需要。 在當前能源緊缺的環(huán)境下，風能利用是受國內外廣泛重視的新能源項目之一，其最大的優(yōu)點是在目前多種新能源利用中相對制造成本價格是最低的。 現(xiàn)在的流行方式是大型風力發(fā)電機組大規(guī)模并網發(fā)電的形式，然而投資巨大，動輒幾十個億、幾百個億的投入額度，令普通的中小投資者望而生畏。 本次設計主要研究小型家用kw級風力發(fā)電裝置，這種小型風力發(fā)電機，廣泛使用在多風的海島和偏僻的鄉(xiāng)村。該研究有利于優(yōu)化未來的能源利用模式。在21世紀這個飛速發(fā)展的時代，無論是工業(yè)、科技都在不斷進步著，隨之而來的是對能源的巨大需求。風力發(fā)電這一可再生能源的利用方式能很好地適用這種需求。而作為新興技術，也有著較大的發(fā)展空間和發(fā)展前景。 1.2 國內外研究現(xiàn)狀分析 2008年統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，當年我國的小型風力發(fā)電機組的產量為78,411臺，裝機容量為72.8MW。其中國內銷售39,024臺，裝機容量21.3MW，占總裝機容量的29.3%；出口39,387臺，裝機容量51.5MW，占總裝機容量的70.7%。 另據(jù)不完全統(tǒng)計，到2008年年底，我國共有小型風力發(fā)電機組生產企業(yè)102家，其中，從事小型風力發(fā)電機組開發(fā)、研制、生產的單位共74家（主要風力發(fā)電機組生產廠36家），配套企業(yè)28家，大專院?？蒲性核?0家。作為一個產業(yè)，我國的小型風力發(fā)電產業(yè)的規(guī)模還很小。 小型風力發(fā)電機市場更多見于離網和微型電網應用盛行的發(fā)展中國家。在電網無法延伸的地方，及時沒有附加政策的支持，小型風力發(fā)電機也往往是經濟可行的，比如在一些孤立的海島上。小型風力發(fā)電的發(fā)展也部分或者全部替代高價燃油、破壞環(huán)境的柴油發(fā)電系統(tǒng)提供可行的替代能源方案。 截至2010年年底，世界小型風力發(fā)電機總裝機容量達到443.3MW。美國總裝機容量約占世界總裝機容量的40%，這主要受益于各級政府制定的可再生能源扶持政策和資金援助。 全球5個主要國家（中國、美國、英國、加拿大和德國）的小型風力發(fā)電機制造廠商占總數(shù)的50%以上。在小型風力發(fā)電機制造商在世界的分布方面，小型風力發(fā)電機仍集中在北美和歐洲的發(fā)達國家，發(fā)展中國家仍繼續(xù)呈現(xiàn)相對緩慢的發(fā)展。具有豐富的風力資源的非洲、東南亞和南美等這些非常適合小型風力發(fā)電機應用的地區(qū)還未被開發(fā)。 2 基本內容和技術方案 2.1 研究的基本內容 整個小型風力發(fā)電機結構主要包括風輪、傳動系統(tǒng)、發(fā)電機、主機架與機艙、偏航系統(tǒng)、控制與安全系統(tǒng)、塔架和基礎等。各部分功能為： 1、 風輪由葉片、輪轂和變槳系統(tǒng)組成，風電機組通過葉片吸收風能，轉換成風輪的旋轉機械能。因此風輪是風電機組的關鍵部件； 2、 傳動系統(tǒng)由主軸、增速齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)與機械制動器組成（直驅式除外）。傳動系統(tǒng)將風輪產生的旋轉機械能傳遞到發(fā)電機轉子，并實現(xiàn)風輪轉速與發(fā)電機轉子轉速的匹配； 3、 發(fā)電機實現(xiàn)機械能到電能的轉換。目前風電機組采用的發(fā)電機形式有多種，包括異步發(fā)電機、同步發(fā)電機、雙饋異步發(fā)電機和永磁發(fā)電機等； 4、 主機架用于安裝風電機組的傳動系統(tǒng)與發(fā)電機，并與塔架頂端連接，機艙罩起保護作用； 5、 偏航系統(tǒng)主要由偏航軸承、驅動電機、齒輪傳動機構、制動器等功能部件組成，主要用于調整風輪的對風方向。對于小型風力發(fā)電機來說，偏航系統(tǒng)就可以直接用尾舵代替； 6、 塔架是風電機組的支撐部件，承受機組的重量、風載荷以及運行中產生的各種動載荷，并將這些載荷傳遞到基礎。 本次設計需要研究的主要內容包括： 1、 根據(jù)當?shù)厝隁庀蠼L速模型； 2、 小型風力發(fā)電機（離網）整體方案設計，包括風輪葉片的選型，發(fā)電機的選型等； 3、基于MATLAB的風力發(fā)電機系統(tǒng)模型的建立； 4、對裝置的運動過程進行仿真計算分析； 2.2 技術方案 用戶 發(fā)電機 變壓器 齒輪箱 圖1 有齒輪箱的風力發(fā)電機組示意圖 圖1為簡單的有齒輪箱的風力發(fā)電機組示意圖。 本次小型風力發(fā)電機擬采用離網型應用，即不依賴現(xiàn)有電網而進行獨立發(fā)電的供電方式。適用于傳統(tǒng)電網不能延伸到的地方，小型風力發(fā)電的離網型應用，主要分為獨立風力發(fā)電系統(tǒng)、風光互補發(fā)電系統(tǒng)、風柴互補發(fā)電系統(tǒng)和風光柴互補發(fā)電系統(tǒng)等，本次設計采用獨立風力發(fā)電系統(tǒng)。 風機葉片一般為2～3個，發(fā)電機選配具有低速特性的永磁發(fā)電機。調速保護采用被動式側偏調速保護，風輪的最大功率系數(shù)已提高到0.38～0.42，且啟動風速較低。調向裝置采用上風向尾翼調向，風力發(fā)電機軸采用水平軸，考慮到成本問題，小型風力發(fā)電機風輪一般都采用定槳距。調速裝置采用方式包括風輪偏置和尾翼鉸接軸傾斜式調速、變槳距調速機構或風輪上仰式調速。 3 進度安排 第1、2、周：科研調研，可行性研究； 第3、4、周：論文開題，完成課題總體思想及結構的勾畫，原理框圖的設計； 第5、6、周：理論分析，原理圖設計，理論分析，找出關鍵問題的解決途徑； 第7、8、9、周：建模仿真，數(shù)據(jù)分析； 第10、11周：試驗階段，將試驗數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)進行比較分析，以達到好的效果； 第12、13、14周：論文撰寫，按照標準格式撰寫畢業(yè)設計論文； 第15、16、周：論文評審閱，論文答辯。 4、參考文獻 [1]林飛,杜欣.電力電子應用技術的MATLAB仿真.北京:中國電力出版社,2008. [2]陳堅.電力電子學—電力電子變換和控制技術.北京:高等教育出版社，2002. [3]徐大平，柳亦兵，呂躍剛.風力發(fā)電原理[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011.8. [4]蘇紹禹，蘇剛.風力發(fā)電機組設計、制造及風電場設計、施工[M]. 北京:機械工業(yè)出版社, 2013.3. [5]張亞彬，馬麗娜，呂志友. 小型風力發(fā)電實用技術[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2013.9. [6]董丹丹，趙戴青，廖翠萍. 我國的風電技術和風電發(fā)展[J]. 可再生能源，2007.6. [7]李發(fā)海，王巖. 電機與拖動基礎[M]. 第三版.北京: 清華大學出版社， 2005.8. [8]李發(fā)海，朱東起. 電機學[M]. 第三版.北京：科學出版社，2001. [9]張希良.風能開發(fā)利用[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005.1 [10]李德孚. 我國小型風力發(fā)電行業(yè)2006年發(fā)展概況及建議[J].可再生能源，2007. [11]王兆安，劉進軍.電力電子技術[M].第五版.北京：機械工業(yè)出版社，2009.5. [12]Khanh Q . Nguyen Wind energy in Vietnam: Resource assessment , development status and future implications .Energy Policy, 2007, (35):1405～1413. [13]申寬育. 中國的風能資源與風力發(fā)電[J]. 西北水電, 2010，1:76-81. [14]Umar K Mirza, Nasir Ahmad, Tariq Majeed, et al.Wind energy development in Pakistan. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2007, (11) : 2179～2190 . [15]Em ilio M igoya, Antonio Crespo, ángel Jiménez, et al .Wind energy resource assessment in Madrid region . Renewable Energy, 2007,(32):1467～1483 . 報告人簽字： 年 月 日 5、指導教師意見 結論： 指導教師簽名： 年 月 日 注： 1．開題報告應根據(jù)教師下發(fā)的畢業(yè)設計（論文）任務書，在教師的指導下由學生獨立撰寫，在畢業(yè)設計開始后兩周內完成。 2．“設計的目的及意義”至少800字，“設計任務、重點研究內容及進度計劃”至少600字。 3．指導教師意見：應從選題的理論或實際價值出發(fā)，闡述學生利用的知識、原理、建立的模型正確與否？學生的論證充分否？通過學生的努力，能否完成課題，達到預期的目標？課題及報告的難度、深度、綜合性、創(chuàng)造性等是否達到本科生應該具有的要求。 4．結論：是否同意進入設計（論文）階段。