风电作业.docx

一.就从能源与电力需求和环境与可持续发展要求方面，就瑞典发展风电的原因及现状加以论述。当今世界，人类社会发展日益加速，社会的发展提高了人类的生活水平，大大加强了社会生产力，同时对能源的需求和使用也大幅提高。下面主要介绍瑞典发展新能源-风电的原因及现状加以介绍。1.发展风电的原因1） 全球的新形势自1973年的石油危机以来，美国，西欧等发达国家及大量发展中国家先后开始寻求新能源。风能以其环境效益好，取之不尽，占地面积小，开发利用技术较成熟的优势，得到了各国的青睐。近40年来，各国政府相继出台一些开发新能源扶持，补贴等新政策，大力开发，利用风能发电技术。瑞典也不例外，作为一个全球公认的节能环保领域的先驱者和领导者，且在开发和利用节能环保技术方面有着30多年的经验的国家，在开发风能源方面自然不能落后。当然，瑞典的风电不但没有落后，而是以创纪录的速度不断发展着，根据瑞典工商业日报报道，2009年，瑞典共投资8亿瑞典克朗（约合11亿美元）用于200个风电站的建设。总发电量达500兆瓦。2000年以来，瑞典的风力发电量增加到7100兆瓦，风力涡轮机也达到2000多台。其风力发展的速度远远快于周边国家。2013年，瑞典的风电发电量约9.8太瓦时，比2012年增加了36%。增建了4382MW的风力发电。在14年底，风电的装机容量扩大到5369MW。2） 核电前途未卜数十年来，瑞典一直努力采用能源政策逐步淘汰国家的核电项目。在巅峰时期瑞典曾拥有过 13 个商业核电反应堆，而如今只剩下 10 个，由三个电厂拥有。但是，2010 年 6 月，瑞典国会通过决议，允许新核电厂的建立，并且废除了关于淘汰核电的法律，但决议规定新厂只能建在现有发电站的同一位置，用以取代退役的发电厂。虽然瑞典是欧盟中民众对核电支持率最高的国家之一，而且瑞典的电量有约45%是来自核电，但是如果期望进一步发展核电，将会面临巨大挑战。因为首先关于核废料的最终处置尚未确定，而且存在核电工程师短缺的问题。3） 瑞典发展风电自身优势瑞典地处最北端，海岸线长，常年风力资源丰富，靠近波罗的海东南方向和临近北海的西南方向，风速基本可达8.5m/s,沿海东部的风速基本是7m/s以上。据有关资料显示，2009年累计海上风电装机容量达163MW. 2013年，海上总装机容量211.3MW,预计到2020年，海上将可达5000MW.二.试就某个世界知名风电企业从发展历史，技术特点，产品，市场占有率等方面加以详细的论述。华锐风电科技（集团）股份有限公司是中国第一家自主开发、设计、制造和销售适应全球不同风资源和环境条件的大型陆地、海上和潮间带风电机组的专业化高新技术企业。 2005年，中国风电市场开始全面爆发，总装机在接下来的5年中实现连续翻番。也正是此时，看准了政策趋势的大连重工机电成套设备有限公司法定代表人韩俊良开始为华锐风电的成立四处奔走。2006年2月，华锐风电挂牌成立。大连重工机电成套设备有限公司占股30%，是第一大股东，有“中国证券教父”之称的阚治东以东方现代投资管理公司、上交所首任总经理尉文渊以西藏新盟投资发展有限公司各占股17.5%。当时华锐风电在风电整机领域只是个“后来者”。而正是这个后来者，用飞一般的速度实现了跨越式发展，乘着国家风电飞速发展的东风扶摇直上，用了不到三年的时间就迅速超越当时国内风电龙头老大，夺得第一把交椅。2010年新增风电装机容量4386兆瓦，所占全球市场份额从9.2%越至11.1%，行业排名中国第一，全球第二。 华锐风电是中国第一家引进国际主流机型1.5兆瓦风力发电机组技术的企业，sl1500系列风力发电机组是华锐风电自主开发的中国第一个可适应全球所有风资源条件和环境条件的全系列机型，应用该机组的中国第一个国产化兆瓦级风电场-华能威海风电场，全年可利用率达99%以上。随后推出的2兆瓦风力发电机组采用三叶片、水平轴、上风向的结构形式以及最先进的变速变桨、恒频双馈风力发电技术，是目前国际上技术成熟、性能稳定可靠的机型。机组额定功率2000kW，叶轮直径100/110m，轮毂高度80m，采用多项全球首创专利技术，具备低电压穿越能力，适应IEC类及以下低风速区域、环境条件和电网导则要求。华锐风电自主开发的SL3000系列风力发电机组也是技术先进的全球主流机型，可完全满足陆上、海上以及潮间带等不同区域的装机需求。机组额定功率3000kW，叶轮直径90/105/113/121m，轮毂高度80/90/100/110m，采用多项全球首创专利技术，具备低电压穿越能力，适应全球所有风区类型、环境条件和电网导则要求。中国第一个国家海上风电示范工程，欧洲以外全球第一个海上风电场-上海东海大桥风电场，全部应用了34台华锐风电3兆瓦风电机组，全年可利用率达到95%以上。2009年11月，该系列机组荣获2009中国国际工业博览会金奖；2011年2月，荣获2010年度江苏省科学技术奖一等奖；2011年11月，荣获国家能源科技进步奖一等奖。随着海上风电技术的推进，风电机组的大型化已成为必然趋势，华锐于2010年又推出全球技术领先的SL5000系列风力发电机组，该机组采用了先进的变桨变速双馈发电技术，机组叶轮直径128m，轮毂高度100m。2011年5月18日，华锐风电又自主研发出中国首台单机容量最大的sl6000型6兆瓦风电机组，机组叶轮直径128/155m，轮毂高度100/110m。采用了成熟的常规齿轮传动和发电机技术，保证了海上风机的高可靠性和经济性。该机组在江苏盐城综合产业基地正式出产，且广泛应用于陆地，海上，潮间带各种环境和不同风资源条件的风场。华锐风电不断崛起，相关统计数据显示，截止2014年底，华锐风电海上风电累计装机容量达17万千瓦，占国内海上总装机容量的25.8%，排名第一; 海外出口容量累计达38.1万千瓦，占国内总出口容量的21.8%，排名第二。3试论述变桨距直驱型风电机组实现功率调节的途径和方法。永磁直驱发电机顾名思义是在传动链中不含有增速齿轮箱。一般发电机要并网必须满足相位、幅频、周期同步。而我国电网频率为50hz,这就表示发电机要发出50hz的交流电。转速、磁极对数、与频率的关系为：n=60f/p。当极对数恒定时，发电机的转速是一定的。所以一般双馈风机的发电机额定转速为1800r/min。而叶轮转速一般在十几转每分。这就需要在叶轮与发电机之间加入增速箱。而永磁直驱发电机是增加磁极对数从而使得电机的额定转速下降，这样就不需要增速齿轮箱，故名直驱。变桨距直驱型风电机组因为没有沉重的齿轮箱，发电机轴直接连接到叶轮轴上，发电机转子的转速随着风速的改变而改变，这样产生的交流电频率也随风速而改变。然后经过大功率的电力电子变换器，将频率不定的交流电整流成直流电，再逆变成与电网同频率的交流电输出。直驱型风力发电机组为变桨距调节型风机，叶片在运行期间，它会在风速变化的时候绕其径向轴转动。为了尽可能提高风力机风能转换效率和保证风力机输出功率平稳，风力机将进行浆距调整。变浆距风力发电机组的功率调节不完全依靠叶片的气动特性，它要依靠与叶片浆矩角(叶片与风轮平面的夹角)的改变来进行调节。风力发电机启动前, 桨叶的桨距角约为90,即攻角约为0,此时气流对桨叶不产生力矩,整个桨叶相当于是一块阻尼板。当风速达到切入风速时,控制桨叶向0方向转动,直到气流对桨叶产生一定的攻角,风轮开始起动。随后，通过对转速的控制，使其以最大的风能利用系数工作。这个过程通常是通过对发电机转矩的控制来实现的。一旦达到额定转矩，载荷转矩就不会再增加,所以转速就开始增加,然后应用变桨距控制来调节转速,并保持载荷转矩恒定不变。也就是说，在额定风速以上时才进行桨距角控制，而在额定风速以下时，桨距角保持一个最佳角度。该角度可以使得叶片具有最大升力。转速过高，风力机由于受到机组物理性能的限制,风力机的风轮转速和能量转换必须低于某个极限值,否则将会增加各部件的机械载荷。因此在高风速情况下,保持发电机功率输出的恒定,并使风力发电机组的传动系统具有良好的柔性,是高于额定风速时控制系统的基本目标。 高风速条件下的功率控制主要是控制系统通过调节风力发电机的功率系数实现的,通常控制风轮的功率系数的方法有:一是改变桨叶桨距角以改变空气动力转矩（通过在叶片和轮毅之间安装的变桨驱动电机带动回转轴承转动从而改变桨距角。）二是控制变速发电机的反力矩,通过改变发电机转速来改变风轮的叶尖速比。此种方法目前在直驱式风电机组中应用比较广泛，而且控制效果也比较实用，理想。4 以双馈风力发电系统为例，从系统的基本组成，各部分的工作原理，控制模式等方面系统论述风力发电系统的控制原理。双馈风力发电系统是风力发电的发展方向之一。它主要由叶片，增速齿轮箱，双馈发电机，四象限变频器，交流励磁控制器，风力发电控制器和检测装置等几部分组成。双馈风力发电机为带滑环绕线型三相异步发电机。它的发电机采用双馈感应发电机，其定子接入电网，转子绕组电源的频率、电压、幅值和相位按运行要求由变频器自动调节。机组可以在不同的转速下实现恒频发电，满足用电负载和并网的要求。变频器的作用是改变交流电机供电的频率和幅值，因而改变其运动磁场的周期，达到平滑控制电动机转速的目的。其结构如下图所示。励磁系统是发电机的重要组成部份，它对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。交流励磁将发电机和电力系统构成了“柔性连接”，即可以根据电网电压、电流和发电机的转速来调节励磁电流，精确地调节发电机输出电压，使其能满足要求。系统对转子励磁变频器有如下三点要求：保证能量能够双向流动；输出电流幅值、频率、相位连续可调；输出频率范围满足双馈电动机的调速范围要求。转子励磁变频器通常包括两个部分：网侧整流器和转子侧逆变器，两个变换器都必须具备功率双向流动功能。网侧整流器保证直流母线电压恒定，并且保证网侧功率因数为1；转子侧逆变器为双馈发电机提供交流励磁电流，以控制发电机实现发电机组的顺利并网以及转速调节和无功功率控制。在机组的运行过程中，控制器首先控制网侧整流器建立恒定的直流母线电压，然后驱动转子侧逆变器开关进行并网控制，当并网条件满足后控制接触器闭合，完成并网，并网之后再根据主控制器给定的转速和无功功率信号来进行转速调节和无功功率控制。双馈发电机通过控制转子励磁，使定子的输出频率保持在工频。其方式如下：当发电机的转速低于旋转磁场的转速时，发电机处于亚同步速运行，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要变频器向发电机转子提供正相序励磁，给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相同的励磁电流，此时转子的制动转矩与转子的机械转向相反，转子的电流必须与转子的感应电动势反方向，转差率减小，定子向电网馈送电功率，而变频器向转子绕组输入功率。当发电机的转速高于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于超同步运行状态，为了保证发电机发出的频率与电网频率一致，需要给转子绕组输入一个其旋转磁场方向与转子机械方向相反的励磁电流，此时变频器向发电机转子提供负相序励磁，以加大转差率，变频器从转子绕组吸收功率；当发电机的转速等于气隙旋转磁场的转速时，发电机处于同步速运行，变频器应向转子提供直流励磁，此时，转子的制动转矩与转子的机械转向相反，与转子感生电流产生的转矩方向相同，定子和转子都向电网馈送电功率。现有的双馈式异步发电机发出的电能都是经变压器升压后直接与电网并联，加之在转速控制系统中采用了电力电子装置，会产生电力谐波。同时发电机在向电网输出有功功率的同时，还必须从电网吸收滞后的无功功率，使功率因数恶化，加重了电网的负担。因此必须进行无功补偿，提高功率因数，通常都是在风电场母线集中处安装电容器组。5.试就某种拓扑结构的风力发电机组，给出实现机组功能的控制原理结构框图及相应的控制流程图。变桨距系统由变桨距机构和变桨距控制系统两部分组成。变桨距结构是由机械、电气、液压组成的装置，变桨距控制系统是一套计算机控制系统。可实现集中远程控制.变桨距风力发电机的原理框图如图所示。增速齿轮箱变桨距控制器功率检测发电机风轮变桨距机构图2 变桨距系统控制原理框图变桨距控制器是一个微型计算机系统，它将功率检测得到的数据，与微处理器中给定的功率值进行比较，把差值信号作为控制信号用于驱动变桨距机构进行变桨操作。变桨距机构是由驱动装置、执行装置和控制系统三部分组成。P=0由PLC的输出单元输出一个数字量信号，使紧急顺浆电磁阀打开，迅速顺浆。开始故障信号P=P-P0-10P0P0结束按比例增大浆距角最大速