现代设计方法大作业

图2.3 基于DFIG的变速恒频风力发电系统机构示意图

图2.4 永磁直驱型变速恒频风力发电系统机构示意图

2.5 功率信号反馈控制

当风带动风力机转动至发电机发电运行的转速范围内时，根据转速以及风力机特征参数计算出给定功率，并与发电机输出功率的观测值相比较得到误差量， 经过PI 调节器（PI 调节器，就是对偏差乘以一个倍数P，再叠加这个偏差的积分I 作用，利用这个量实施控制，调节器输出反馈参数，使系统趋于稳定）给出发电机可控参数值，调节发电机输出电流的大小，最终实现发电机输出功率的调节，如图2.5所示。

图2.5 功率信号反馈控制的框图

3、按照技术系统进化原则分析系统的进化

3.1 风力发电的发展和前景

丹麦的Poulla Cour教授是风力发电研究的先驱者,1891年他在丹麦的Askov成立了风力发电研究所并安装了试验用的4叶片风力发电机。到1910年,丹麦已建成100座5-25 kW 的风力发电站。但从19世纪末到20世纪初期实现的风力发电均为小容量直流发电。

1931年，在前苏联的Balac lave建成世界上第一座中型风力

发电机，其容量为100 kW。1957年, 丹麦成功制造了风轮直径24m，额定功率200 kW 的盖瑟风力发电机组，其为三叶片、上风向、采用定桨距风轮失速调节限制机组的功率、带有电动机械偏航、采用异步发电机。1983年, 美国波音公司研制的MOD-5b型风力发电机组(额定功率3. 2MW、风轮直径98 m )投入运行。到1990年末，世界上已有多个生产兆瓦级风力发电机组的制造商。

起源于丹麦的定桨距失速控制方式因结构简单、性能可靠, 曾在相当长的时间内占据主导地位, 但随着风力发电机组趋向大型化和兆瓦级机组的商业化, 全桨叶变距控制成为发展趋势。

进入21世纪, 陆地风力发电机组的主力机型单机容量为2MW，风轮直径为60~ 80 m，近海风力发电机组的主力机型单机容量多为3MW以上；大型变速恒频风力发电技术已成为主要发展方向。其中，双馈型变速恒频风力机组是目前国际风力发电市场的主流机型, 直驱型风力发电机组以其固有的优势正日益受到关注( ENERCON公司2006年生产的直驱型风力发电机组在德国市场销售量第一)。事实上，从定桨距恒速恒频机组发展到变桨距变速恒频机组, 可谓基本实现了风力发电机组从能够向电网提供电力到理想地向电网提供电力的最终目标。

综观世界风力发电近几年迅猛发展的轨迹，呈现出如下发展趋势及发展动态：

（1）大型化（2）定桨距、定速恒频向变桨距、变速恒频方

向发展（3）海上专用风电机组研究及近海风电大规模开发（4）多级增速齿轮箱传动向直驱型(无齿轮箱, 风轮直接驱动多级发电机)、半直驱型(风轮经单级增速齿轮箱驱动多级发电机)方向发展（5）应用全功率变流的并网技术（6）低电压穿越技术（7）实现风力发电系统功率优化、稳定可靠运行的智能控制技术（8）桨叶的空气动力特性、新材料新工艺应用及控制策略研究（9）风电场远程监控系统及无线网络技术应用。

根据基于TRIZ理论的进化法则知道，任何事物都有它的婴儿期、成长期、成熟期、衰退期，如图3.1所示。新能源的使用必定会成为趋势，相对太阳能发电来说风力发电还是比较可行的，不过现在风力发电并网中的许多问题还在研究中，国内风电装机容量虽然呈直线上升趋势但很多风机都是在空转还没有实现大规模并网，不过以后大规模风电并网肯定会实现的。所以风力发电很是很有发展前景的。

图3.1 S曲线