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第一章绪论
第一章绪论
1.1选题背景及意义
能源短缺和环境污染是当今人类面临的两大重要难题。随着世界人口的不断增加和全球经济的快速发展，人类对能源的需求不断增加，然而煤、石油等为主的常规能源的资源是有限的，而且利用这些能源时会给环境造成严重的污染。面对日益短缺的资源状况，全世界必须采取节流开源的战略。一方面是节约能源，另一方面是找到新的课代替的能源，大力开发利用可再生能源，是可持续发展的道路。风能、太阳能等可再生资源已在世界范围内受到重视。
1.1.1风能的发展前景
风力发电是新能源中技术最成熟、最具有规模开发条件及商业化发展前景的可再生能源技术。同时风能资源又是清洁能源，根据国际绿色和平组织和世界风能协会共同发布的《风力12》预计，2020年世界电力12%将来自风电，将大大减少因火力发电给大气层带来的危害。风能的合理开发和利用可以缓解目前能源匮乏及燃料资源对环境带来的污染问题，在远期可能成为世界上重要的替代能源。
1.1.2风能的开发利用
风能跟阳光一样，是取之不尽、用之不竭的可再生能源;风力发电没有燃料短缺问题，不会产生辐射和二氧化碳公害。风力仪器要比太阳能仪器便宜九成之多。中国风能储存量很大，分布面积广，甚至比水能还要丰富。合理利用风能，既可减少环境污染，又可减轻当今社会越来越大的能源短缺压力。
1.2国内外发展趋势
风力发电的过程就是风能经过风叶将机械能转换为电能的过程，风力发电的两个主要部件是风力机和发电机，其中风力发电机及其控制系统负责将机械能装换为电能。这一部分是整个系统的核心，直接影响着整个系统的性能、效率和电能质量，也影响到风能吸收装置的运行方式、效率和结构，因此，研制适用于风电转换的高可靠性、高效率、控制及供电性能良好的发电机系统，是风力发电机技术的研究重点。
1.2.1国外风力发电的现状与趋势
在众多新型可再生能源中，风能是分布范围广泛的，风力发电技术比较成熟而且成
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常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 本相对较低，最具有大规模开发和商业化发展前景，因此风力发电在改善能源结构以及节能减排方面的作用受到了人们越来越多的关注，成为目前国际上可再生能源领域发展最快的清洁能源。
风电技术发展迅速，水平轴风电机组技术成为主流，占到95﹪以上的市场份额；风电机组单机容量持续增大，世界上主流机型已经从2000年的 500～1000kW增加到2007年的2～5MW；变桨距功率调节方式由于载荷控制平稳、安全和高效等优点得到迅猛发展，在大型风电机组上得到广泛采用；风能的大规模开发今后将更多依赖于规模化、系列化和标准化，以降低成本提高效益；随着关键技术和装备的逐渐成熟，海上风电开发将是未来发展的一个重要方向，MW级海上风电机组的商业化已经成为世界风能利用的新趋势。与此同时，各种新技术和新装备的应用、标准与规范的完善、产品质量的提升和风电市场的规范，也为风电产业长远持续发展奠定了坚实的基础。
1.2.2国内风力发电的现状和趋势
能源和环境危机与国民经济可持续发展之间的矛盾，促进了风力发电产业的迅速发展，风电在我国能源结构中的地位日益受到重视。中国发展并网风力发电始于 1990年，到2004 年年底，全国的风力发电装机容量约有76.4万kW；2005年2月《可再生能源法》颁布之后，当年风力发电新增装机容量超过60％，总容量达到了126 万kW；2006年当年新增装机容量超过100％，累计装机容量超过259.7万kW；2007年又新增装机容量330万kW，累计装机容量达到604万 kW，一跃成为世界上最主要的风电市场之一。国家提出的2010年完成500万kW的目标已提前3年于2007年实现，根据相关部门预测，到2010年我国的风电装机将达到1400～1500万kW，而如果保障得力，到2020年有望实现1.2～1.5亿kW。
在国家政策扶持和市场拉动下，我国风电产业得到了长足的发展，一大批有实力的企业纷纷涉足，国外跨国公司也积极在国内组建生产企业，风电产业整体上呈现出百花齐放、百舸争流的繁荣景象。目前国内已有60多家风电整机制造企业，包括MW级机组在内的国产风电装备陆续下线并投入运行，国产风电装备的技术水平和质量都有了很大的提高，产能迅速提升。
另一方面，由于风力发电是一项跨学科、跨领域、跨部门的系统工程，加上国内在相关领域的基础薄弱，我国风电产业的自主发展也存在着基础技术研究和自主创新实力匮乏、产业化程度低等问题，还远远不能满足风力发电发展的要求，加快自主风电产业的研究建设是当前和未来一段时期风力发电发展的核心任务。 1）风力发电装备企业大多仍处于产业化初期阶段
我国风电产业呈现迅猛发展的势头，但由于涉足时间比较短，除少数几家企业外，
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第一章绪论
大多数企业的产业化程度仍比较低，产品大多仍还处在样机研制和实验考核阶段。而即使是国内领先的风电机组企业，其总体产业规模相对来说仍然比较小，大多处于产业化初期阶段，风电装备产业整体竞争实力距离世界先进水平还有较大差距。
（2）体系逐渐健全但仍需解决瓶颈问题
在国家政策以及各级政府科研项目的支持下，经过企业、高校和科研单位的共同努力，我国风电产业的技术水平已经有了大幅度的提高，风电整机、叶片、齿轮箱和发电机等领域的产业规模和技术水平基本能够满足我国市场的需要；但另一方面，在偏航轴承、变桨电机、主轴、电控系统和变流器等一些关键零部件领域，技术和规模还远远不能满足我国风电产业发展的要求，特别是风电机组电控系统和变流器，目前仍主要依赖进口。风电产业链中关键零部件技术的缺失，使得我国的风力发电发展受到了很大的影响。一方面，关键零部件受制于人在一定程度上威胁着我国风电整机企业和风力发电产业的战略安全；另一方面，大量的进口部件直接抬高了风电机组的造价，对国内风电产业的整体效益和健康发展产生非常不利的影响。
（3）基础技术研究和自主创新实力还比较薄弱
当前国内风力发电装备企业的技术（特别是关键核心技术）绝大多数是通过引进许可证以及联合开发等形式获得，大多没有完全自主的知识产权，国内企业基本不具有自主设计、自主开发的实力。受此影响，我国风电产业的发展存在“重产品和市场推广、轻设计和研发”的问题。自主设计技术缺失，使得我国的风电产业存在“空心化”的危险，核心技术、关键装备的主动权和主要利润目前仍都掌握在国外企业手中。受市场压力等因素的影响，我国前期风力发电技术的研究更多关注具体装置和产品的研制和开发，但在风力发电基础技术研究领域的投入严重不足。我国风电产业今后在技术竞争、市场开拓、提高经济效益等方面仍面临巨大的国际竞争压力和挑战。
1.3风电机组的主要控制技术
发电机及其控制系统是风力发电系统的另一大核心部分，它负责将机械能转换为电能，风力发电机及其控制系统的运行状况和控制技术，也决定着整个系统的性能、效率和输出电能质量。根据发电机的运行特征和控制技术，风力发电机可分为恒速恒频风力发电技术和变速恒频风力发电技术。
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常州工学院电子信息与电气工程学院毕业设计说明书 1.4 论文工作的主要内容
变速恒频双反馈发电机组能够良好运行的前提条件是机组能够顺利并网，然而随着风力发电机组单机容量越来越大，发电机并网时造成的电流冲击已经不能忽视。因此必须对风力发电机并网技术进行深入的研究。本文在研究交流励磁变速恒频风力发电理论(包括变速恒频的运行机理、交流励磁发电机的矢量变换控制)的基础上，提出了交流励磁变速恒频发电机空载并网同期控制策略，具体有以下几方面：
1、以交流励磁双馈异步发电机作为研究对象，介绍了变速恒频的风力发电技术及交流励磁风力发电机的并网技术的研究现状，给出了风力发电机变速恒频的基本原理。 2、对双馈型变速恒频风力发电机进行了矢量控制模型分析。双馈变速恒频风力发电机室一个高阶、非线性、强耦合的多变量系统。若用常规的控制方法将十分复杂，而且写过难以令人满意，而矢量控制可以简化电机内部各变量间的耦合关系，简化控制。 3、在DFIG转子励磁电源的研究中分析了双PWM型变换器的特点，讨论了网侧变换器的控制方法。
4、介绍了交流励磁变速恒频风力发电机的空载并网同期控制策略，建立了发电机在空载时的数学模型，在此基础上运用MATLAB软件中搭建了电机模型，并给出了MATLAB的仿真结果。
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