千瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)建模與設(shè)計(jì)

千瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)建模與設(shè)計(jì),千瓦,風(fēng)力,發(fā)電,系統(tǒng),建模,設(shè)計(jì) 武漢理工大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告 1 目的及意義（含國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析） 1.1 主要研究?jī)?nèi)容和意義 國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）針對(duì)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最新標(biāo)準(zhǔn)IEC 61400-2定義的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，適用于風(fēng)輪掃掠面積小于200m2，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的系統(tǒng)。 隨著世界工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，能源消耗逐漸增加，全球工業(yè)有害物質(zhì)的排放量與日俱增，從而造成氣候異常、災(zāi)害增多、惡性疾病的多發(fā)，因此，能源和環(huán)境問(wèn)題成為當(dāng)今世界所面臨的兩大重要課題。由能源問(wèn)題引發(fā)的危機(jī)以及日益突出的環(huán)境問(wèn)題，使人們認(rèn)識(shí)到開(kāi)發(fā)清潔的可再生能源是保護(hù)生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的客觀需要。 在當(dāng)前能源緊缺的環(huán)境下，風(fēng)能利用是受?chē)?guó)內(nèi)外廣泛重視的新能源項(xiàng)目之一，其最大的優(yōu)點(diǎn)是在目前多種新能源利用中相對(duì)制造成本價(jià)格是最低的。 現(xiàn)在的流行方式是大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電的形式，然而投資巨大，動(dòng)輒幾十個(gè)億、幾百個(gè)億的投入額度，令普通的中小投資者望而生畏。 本次設(shè)計(jì)主要研究小型家用kw級(jí)風(fēng)力發(fā)電裝置，這種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，廣泛使用在多風(fēng)的海島和偏僻的鄉(xiāng)村。該研究有利于優(yōu)化未來(lái)的能源利用模式。在21世紀(jì)這個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)代，無(wú)論是工業(yè)、科技都在不斷進(jìn)步著，隨之而來(lái)的是對(duì)能源的巨大需求。風(fēng)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(shù)，也有著較大的發(fā)展空間和發(fā)展前景。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 2008年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)年我國(guó)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的產(chǎn)量為78,411臺(tái)，裝機(jī)容量為72.8MW。其中國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售39,024臺(tái)，裝機(jī)容量21.3MW，占總裝機(jī)容量的29.3%；出口39,387臺(tái)，裝機(jī)容量51.5MW，占總裝機(jī)容量的70.7%。 另?yè)?jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到2008年年底，我國(guó)共有小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)企業(yè)102家，其中，從事小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開(kāi)發(fā)、研制、生產(chǎn)的單位共74家（主要風(fēng)力發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)廠36家），配套企業(yè)28家，大專(zhuān)院校科研院所10家。作為一個(gè)產(chǎn)業(yè)，我國(guó)的小型風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的規(guī)模還很小。 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)市場(chǎng)更多見(jiàn)于離網(wǎng)和微型電網(wǎng)應(yīng)用盛行的發(fā)展中國(guó)家。在電網(wǎng)無(wú)法延伸的地方，及時(shí)沒(méi)有附加政策的支持，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)也往往是經(jīng)濟(jì)可行的，比如在一些孤立的海島上。小型風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展也部分或者全部替代高價(jià)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(fēng)力發(fā)電機(jī)總裝機(jī)容量達(dá)到443.3MW。美國(guó)總裝機(jī)容量約占世界總裝機(jī)容量的40%，這主要受益于各級(jí)政府制定的可再生能源扶持政策和資金援助。 全球5個(gè)主要國(guó)家（中國(guó)、美國(guó)、英國(guó)、加拿大和德國(guó)）的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造廠商占總數(shù)的50%以上。在小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造商在世界的分布方面，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)仍集中在北美和歐洲的發(fā)達(dá)國(guó)家，發(fā)展中國(guó)家仍繼續(xù)呈現(xiàn)相對(duì)緩慢的發(fā)展。具有豐富的風(fēng)力資源的非洲、東南亞和南美等這些非常適合小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用的地區(qū)還未被開(kāi)發(fā)。 2 基本內(nèi)容和技術(shù)方案 2.1 研究的基本內(nèi)容 整個(gè)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括風(fēng)輪、傳動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)、主機(jī)架與機(jī)艙、偏航系統(tǒng)、控制與安全系統(tǒng)、塔架和基礎(chǔ)等。各部分功能為： 1、 風(fēng)輪由葉片、輪轂和變槳系統(tǒng)組成，風(fēng)電機(jī)組通過(guò)葉片吸收風(fēng)能，轉(zhuǎn)換成風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。因此風(fēng)輪是風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部件； 2、 傳動(dòng)系統(tǒng)由主軸、增速齒輪箱、聯(lián)軸節(jié)與機(jī)械制動(dòng)器組成（直驅(qū)式除外）。傳動(dòng)系統(tǒng)將風(fēng)輪產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能傳遞到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，并實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的匹配； 3、 發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。目前風(fēng)電機(jī)組采用的發(fā)電機(jī)形式有多種，包括異步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)、雙饋異步發(fā)電機(jī)和永磁發(fā)電機(jī)等； 4、 主機(jī)架用于安裝風(fēng)電機(jī)組的傳動(dòng)系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)，并與塔架頂端連接，機(jī)艙罩起保護(hù)作用； 5、 偏航系統(tǒng)主要由偏航軸承、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、制動(dòng)器等功能部件組成，主要用于調(diào)整風(fēng)輪的對(duì)風(fēng)方向。對(duì)于小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，偏航系統(tǒng)就可以直接用尾舵代替； 6、 塔架是風(fēng)電機(jī)組的支撐部件，承受機(jī)組的重量、風(fēng)載荷以及運(yùn)行中產(chǎn)生的各種動(dòng)載荷，并將這些載荷傳遞到基礎(chǔ)。 本次設(shè)計(jì)需要研究的主要內(nèi)容包括： 1、 根據(jù)當(dāng)?shù)厝隁庀蠼L(fēng)速模型； 2、 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)（離網(wǎng)）整體方案設(shè)計(jì)，包括風(fēng)輪葉片的選型，發(fā)電機(jī)的選型等； 3、基于MATLAB的風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)模型的建立； 4、對(duì)裝置的運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行仿真計(jì)算分析； 2.2 技術(shù)方案 用戶(hù) 發(fā)電機(jī) 變壓器 齒輪箱 圖1 有齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組示意圖 圖1為簡(jiǎn)單的有齒輪箱的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組示意圖。 本次小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)擬采用離網(wǎng)型應(yīng)用，即不依賴(lài)現(xiàn)有電網(wǎng)而進(jìn)行獨(dú)立發(fā)電的供電方式。適用于傳統(tǒng)電網(wǎng)不能延伸到的地方，小型風(fēng)力發(fā)電的離網(wǎng)型應(yīng)用，主要分為獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)柴互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)光柴互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)等，本次設(shè)計(jì)采用獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。 風(fēng)機(jī)葉片一般為2～3個(gè)，發(fā)電機(jī)選配具有低速特性的永磁發(fā)電機(jī)。調(diào)速保護(hù)采用被動(dòng)式側(cè)偏調(diào)速保護(hù)，風(fēng)輪的最大功率系數(shù)已提高到0.38～0.42，且啟動(dòng)風(fēng)速較低。調(diào)向裝置采用上風(fēng)向尾翼調(diào)向，風(fēng)力發(fā)電機(jī)軸采用水平軸，考慮到成本問(wèn)題，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪一般都采用定槳距。調(diào)速裝置采用方式包括風(fēng)輪偏置和尾翼鉸接軸傾斜式調(diào)速、變槳距調(diào)速機(jī)構(gòu)或風(fēng)輪上仰式調(diào)速。 3 進(jìn)度安排 第1、2、周：科研調(diào)研，可行性研究； 第3、4、周：論文開(kāi)題，完成課題總體思想及結(jié)構(gòu)的勾畫(huà)，原理框圖的設(shè)計(jì)； 第5、6、周：理論分析，原理圖設(shè)計(jì)，理論分析，找出關(guān)鍵問(wèn)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(yàn)階段，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，以達(dá)到好的效果； 第12、13、14周：論文撰寫(xiě)，按照標(biāo)準(zhǔn)格式撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文； 第15、16、周：論文評(píng)審閱，論文答辯。 4、參考文獻(xiàn) [1]林飛,杜欣.電力電子應(yīng)用技術(shù)的MATLAB仿真.北京:中國(guó)電力出版社,2008. 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