1. 研究目的与意义
随着经济的飞速发展,世界各国都面临着人口、资源、环境的重大压力。一个人口迅速膨胀的人类社会正以自人类产生以来从未有过的空前速度大量消耗着地球上亿万年前形成的化石能源。一切有远见的人们开始考虑如何不以牺牲后代生存环境、经济资源为代价来发展我们的社会,这也是一个可持续发展的战略问题。
风能作为一种清洁、无污染的可再生能源越来越受到人们的关注,风力发电已成为21世纪最大规模开发前景的新能源之一。我国的风能资源十分丰富,据中国气象科学研究院估算,全国平均风能密度为100w/m2,10m高层的风能资源总储量为32.68亿千瓦,其中实际可开发利用的陆地风能资源量为2.53亿千瓦。东南沿海及附近岛屿,新疆、内蒙古和甘肃河西走廊,东北、西北、华北和青藏等地区属我国的风资源丰富区,每年风速在3m/s以上的时间近4000小时左右,一些地区年平均风速可达7m/s以上,具有很大的开发利用价值。我国的海上风能也很丰富,海上风速高,而且很少有静风期,可以有效利用风电机组发电容量。海水表面粗燥度低,风速随高度的变化小,可以降低塔架高度,海上风的湍流强度低,没有复杂地形对气流的影响,减少风电机组的疲劳载荷、延长使用寿命。一般估计风速比平原沿岸高20%,发电量增加70%,在陆上设计寿命20年的风电机组在海上可达25年到30年。
风力发电包含两个能量转换过程:风力机将风能转换为机械能和发电机将机械能转换为电能。在由机械能转换为电能的过程中,发电机及其控制影响到整个系统的性能、效率和供电质量,而且也影响到风能吸收装置的运行方式、效率和结构。因此研制和选用适合于风电转换的运行可靠、效率高、控制及供电性能良好的发电系统是风力发电的关键。
2. 研究内容和预期目标
| 本课题研究内容： 1)全功率风力发电实验系统的动态特性分析 控制系统部分的动态特性；控制系统部分阶跃给定下的动态、稳态特性； 2) 全功率风力发电实验系统的模型建立 全功率风力发电实验系统的结构分析、控制系统动态方程式建立； 3）控制器的设计及仿真 常规PID控制器的设计及仿真,并且对此进行校正； 4）基于PLC的全功率风力发电实验系统控制系统设计 控制系统硬件设计；PLC控制系统软件设计。
预期目标： 1）掌握风力发电模拟系统的结构、原理以及性能要求； 2）风力发电模拟系统的PLC、变频器的硬件设计； 3）风力发电模拟系统的PLC、变频器的软件设计。
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3. 研究的方法与步骤
本课题以风力发电模拟系统为对象,运用传感器技术、PLC技术和自动控制技术,完成风力发电模拟系统设计。
首先,分析全功率风力发电实验系统被控对象的动态特性,了解控制部分,以及PID控制在控制中的应用现状；然后,依据控制对象的动态特性分析建立系统模型,在此基础上提出了用PID控制方案；最后,进行系统的PLC部分硬件设计和软件设计。
4. 参考文献
[1] 孔屹刚,王杰,顾浩,等. 大型风力机气动载荷分析与功率控制[j]. 太阳能学报. 2012, 33(6): 1023-1029.
[2] 宋立伟,崔总泽,李子健,等.新型双转子结构风力发电系统及其双模功率控制策略[j]. 中国电机工程学报. 2014,34(36): 6499-6505.
[3] 马祎炜,俞俊杰,吴国祥,等.双馈风力发电系统最大功率点跟踪控制策略[j]. 电工技术学报,2009,24(4):202-206.
5. 计划与进度安排
1）第01-03周：收集资料,知识准备并完成开题报告；
2）第04-05周：系统方案设计及可行性研究；
3）第06-08周：系统硬件设计及绘图；
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