丙處刑彈叢字理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目：風力發(fā)電機組偏航系統(tǒng)自動控制設(shè)計學生姓名： 學號： 專業(yè)： 電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師： 2013年3月25日1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標準格式打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見；3．“文獻綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報告第一欄目內(nèi)，學生寫文獻綜述的參考文獻應(yīng)不少于10篇（不包括辭典、手冊）；4.有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當按照國標GB/T7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2010年2月26日”或“2010-02-26”。1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫2000字左右的文獻綜述：引言能源與人類社會息息相關(guān)，它是發(fā)展生產(chǎn)與提高人類生活水平的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。能源利用技術(shù)的每一次重大突破，都曾引起生產(chǎn)力的巨大發(fā)展，促進人類文明水平的提高，促進社會向前發(fā)展。世界上能源的主要形式是以煤、石油為主的化石能源、核能以及可再生的水利能源、太陽能。但是，人類所能夠利用的化石資源是有限的，據(jù)第二屆環(huán)太平洋煤炭會議資料介紹，按照目前的技術(shù)水平和采掘速度計算，全球煤炭資源還可開采200年。此外，石油探明儲量預(yù)測僅能開采34年，天然氣約能開采60年［1。］隨著人口的增長和經(jīng)濟的發(fā)展，人們對能源的需求也在不斷增長，近年來平均以5%的速度遞增，造成能源供需矛盾的加劇。如果不盡早調(diào)整以化石能源為主體的能源結(jié)構(gòu)，勢必會形成對數(shù)億年來地球積累的生物化石遺產(chǎn)更大規(guī)模的挖掘、消耗，由此將導(dǎo)致有限的化石能源趨于枯竭，人類生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降的惡性循環(huán)，不利于經(jīng)濟、能源、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。隨著人類社會的發(fā)展、科技的進步以及日益嚴重的資源和環(huán)境問題的挑戰(zhàn)，世界能源結(jié)構(gòu)開始經(jīng)歷第三次大的變革，即從煤炭、石油、天然氣為主的能源系統(tǒng)，開始轉(zhuǎn)向以可再生能源為基礎(chǔ)的可持續(xù)發(fā)展的能源系統(tǒng)。1992年，聯(lián)合國在巴西召開了世界各國首腦參加的世界環(huán)境與發(fā)展大會，再次強調(diào)了可再生能源的開發(fā)對環(huán)境和發(fā)展的深遠歷史意義。1．2課題的目的與意義世界經(jīng)濟的快速發(fā)展和激烈的競爭，新能源發(fā)電尤其是風力發(fā)電技術(shù)日趨受到世界各國的普遍重視。除水力發(fā)電技術(shù)外，風力發(fā)電是新能源發(fā)電技術(shù)中最成熟、最具大規(guī)模開發(fā)和最有商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式。由于在改善生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展等方面的突出作用，目前世界各國都在大力發(fā)展和研究風力發(fā)電及其相關(guān)技術(shù)。風能取之不盡，用之不竭，是非常重要的一種潔凈的可再生能源，是人類能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變中一個非常重要的部分。風力發(fā)電是人們有效利用風能的方法之一，其技術(shù)在可再生能源利用中的運用也是比較成熟的。風力發(fā)電是一項高新技術(shù)，它涉及到氣象學、空氣動力學、結(jié)構(gòu)力學、計算機技術(shù)、電子控制技術(shù)、材料學、化學、機電工程、電氣工程、環(huán)境科學、等十幾個專業(yè)學科，是一項系統(tǒng)技術(shù)。風力發(fā)電作為現(xiàn)在新能源利用的重要技術(shù)之一，電氣工程和它是息息相關(guān)，密不可分的。目前全世界風電裝機容量達到490萬千瓦，而且還在以年均60％的速度增長，反映了當今國際電力發(fā)展的一個新動向。我國有豐富的風能資源，又有國外成熟的技術(shù)可以借鑒，大規(guī)模開發(fā)風電的條件已經(jīng)具備，應(yīng)該積極發(fā)展。據(jù)專家估計，地球上所接收到的太陽輻射能大約有2%轉(zhuǎn)換成風能，風力發(fā)電裝機容量可達1000兆千瓦，每年可發(fā)出電力1.3X1011度。風力發(fā)電有其自身獨特的優(yōu)越性，大力發(fā)展風力發(fā)電實現(xiàn)了低碳環(huán)保，風能不需要成本，也不造成輻射或空氣污染，可帶來巨大的經(jīng)濟效益；還有我國的風力資源是相當雄厚的，也為風能來源提供充足的保障。1.3國際風電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢隨著國際社會對環(huán)境關(guān)注程度的不斷提高，風力發(fā)電越來越受到了各國的重視，國外政府紛紛制定優(yōu)惠政策，鼓勵企業(yè)和個人積極參與風力發(fā)電事業(yè)，加大風電的開發(fā)力度。如法國、德國等歐洲發(fā)達國家都將風電定為優(yōu)先發(fā)展級別。1999年10月5日，歐洲風能協(xié)會的一項國際能源研究報告指出：到2020年，風能可提供世界電力需求10%，創(chuàng)造170萬個就業(yè)機會，并在全球范圍減少100多億噸二氧化碳廢氣［7］。風電技術(shù)經(jīng)過20年的開發(fā)日益成熟，商業(yè)化機組的單機容量從55kW增加到6000kW,風電成本從20美分/kWh持續(xù)下降到3美分/kWh，運行可靠性的發(fā)電成本接近于常規(guī)火電，迅速發(fā)展為初具規(guī)模的新興產(chǎn)業(yè)。國外風電發(fā)展速度非?？?，裝機容量以每年30％的速度增長。例如歐洲風能協(xié)會和綠色和平組織簽署的《風力12—關(guān)于2020年風電達到世界電力總量的12％的藍圖》的報告中，指出期望并預(yù)測2020年全球的風力發(fā)電裝機將達到12.31億千瓦這是2002年世界風電裝機容量的38.4倍，年安裝量達到1.5億千瓦，風力發(fā)電量將占全球發(fā)電總量的12％。就目前情況看，歐洲的風力發(fā)電機研發(fā)水平最高，其中以德國與丹麥發(fā)展風力發(fā)電機最為積極。丹麥是開發(fā)風電最早的國家，而且當前在風電機組技術(shù)和生產(chǎn)方面仍處于領(lǐng)先地位，2002年初丹麥全國風電裝機2714MW，占發(fā)電總裝機容量的11.09%；德國風電裝機8753MW，超過美國(4245MW)居世界第一；風電裝機超過100MW的國家還有西班牙(3335MW)、意大利(197MW)等，己經(jīng)達到了16個之多。歐盟2001年實際已裝機17361MW,風電發(fā)展規(guī)劃目標是2010年要達到40GW,2020年達到100GW，屆時風電的比例將超過10%［9】。亞洲的風電事業(yè)也蓬勃興起，到2002年初，裝機總?cè)萘窟_到2220MW占世界風電裝機總?cè)萘康?.1%。其中印度發(fā)展最為迅速，在短短幾年時進入世界裝機總量前五名。目前國外變槳距機構(gòu)主要應(yīng)用于MW級以上的大型風力發(fā)電機上，多采用兩種方案：液壓執(zhí)行機構(gòu)和電機執(zhí)行機構(gòu)。兩者都以應(yīng)用到2.5到6MW風力發(fā)電機上。在海上風力發(fā)電機也用到這兩種方案。液壓執(zhí)行機構(gòu)以其響應(yīng)頻率快、扭矩大、便于集中布置和集成化程度高等優(yōu)點在目前的變槳距機構(gòu)中占有主要的地位,它特別適合于大型風力機的場合；而電機執(zhí)行機構(gòu)以其結(jié)構(gòu)簡單、能對槳葉進行單獨控制,也受到許多廠家的青睞。國外廠商開發(fā)的變距型風力發(fā)電機組的變距機構(gòu)從驅(qū)動控制形式上可分為一個液壓缸推動三片槳葉同步運行的結(jié)構(gòu)形式；三個液壓缸分別驅(qū)動三片槳葉的驅(qū)動形式和采用三個電動機通過減速器分別驅(qū)動三片槳葉的驅(qū)動形式，其中以VESTAS的一個液壓缸驅(qū)動三片槳葉的變距系統(tǒng)最具有代表性?，F(xiàn)在這三種變槳距結(jié)構(gòu)在國外均有商品化機型，但是生產(chǎn)制造這種機型的國家基本上只有丹麥、德國、美國、西班牙等幾個國家，如世界著名廠商NORDEX，VESTAS，DEWIND等這些公司均開發(fā)了大型變距型風力發(fā)電機組，并以實現(xiàn)了商業(yè)化運行。1.4我國風電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢我國的風能資源十分豐富，據(jù)中國氣象科學研究院估算，全國平均風能密度為100w/^,IOM高層的風能資源總儲量為32.26億kW,其中實際可開發(fā)利用的陸地風能資源儲量為2.53億kW,居世界首位。東南沿海及附近島嶼、新疆、內(nèi)蒙古和甘肅河西走廊，東北、西北、華北和青藏等地區(qū)屬我國的風資源豐富區(qū),每年風速在6m/s以上的時間近4000小時左右，一些地區(qū)年平均風速可達8m/s以上，具有很好的開發(fā)利用條件和開發(fā)價值。因此從宏觀上看,我國具備大規(guī)模發(fā)展風力發(fā)電的資源條件［11］。2005年我國除臺灣外新增風電機組592臺，裝機容量50.3萬kW。與2004年當年新增裝機19.8萬kW相比，2005年當年新增裝機增長率為254%。截至2006初，我國除臺灣外累計風電機組1864臺，裝機容量126.6萬kW,風電場62個。分布在15個省(市、區(qū)、特別行政區(qū))。與2004年累計裝機76.4kW相比，2005年累計裝機增長率為65.6%［】2］。盡管近幾年，我國風力發(fā)電機組事業(yè)發(fā)展迅速，但是風電基礎(chǔ)還很薄弱，風電絕大部分關(guān)鍵技術(shù)落后，有些甚至是空白。我國在“九五”期間重點對600kW三葉片、定槳距、失速型、雙速發(fā)電機的風力發(fā)電機組進行了研制，掌握了整體總裝技術(shù)和關(guān)鍵部件如葉片、電控箱、發(fā)電機、齒輪箱等的設(shè)計制造技術(shù)，并初步掌握了總體設(shè)計技術(shù)。600kW失速型風電機組及其主要部件如電氣控制系統(tǒng)、葉片等實現(xiàn)了國產(chǎn)化批量生產(chǎn)。對變槳距600kW風電機組也研制了樣機?！笆濉逼陂g在“863”計劃中對兆瓦級變速恒頻風電機組進行攻關(guān)，在攻關(guān)計劃中對750kW的失速型風電機組的產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化進行攻關(guān)。主要課題如下：兆瓦級直驅(qū)式變速運行風力發(fā)電機組研制該課題采取和國外公司合作設(shè)計，在國內(nèi)采購生產(chǎn)主要部件組裝風力發(fā)電機組的方式進行。第一臺樣機計劃于2005年上半年投入運行，國產(chǎn)化率25%；第二臺樣機計劃于2005年9月投入運行，國產(chǎn)化率超過90%。課題完成后，形成具有一定自主知識產(chǎn)權(quán)的1.2MW直驅(qū)永磁風力發(fā)電機組產(chǎn)品樣機。同時初步形成大型風力發(fā)電機組的自主設(shè)計能力；初步形成葉片、電控系統(tǒng)、發(fā)電機等關(guān)鍵部件的設(shè)計能力；基本形成葉片、電控系統(tǒng)、發(fā)電機等關(guān)鍵部件的制造和批量生產(chǎn)能力；形成塔架、機艙等輔助部件的批量制造和生產(chǎn)能力。兆瓦級雙饋式變速恒頻風力發(fā)電機組研制該課題完全立足于自主設(shè)計，技術(shù)方案采取雙饋發(fā)電機、多級增速箱、變槳距、變速技術(shù)。研制出的兆瓦級變速恒頻風力發(fā)電機組多功能縮比模型，填補了我國大型風力發(fā)電機組實驗室地面試驗、仿真測試設(shè)備的空白；2005年開始現(xiàn)場安裝，進行并網(wǎng)試車和運行考核。課題完成后制造安裝1MW雙饋式變速恒頻風力發(fā)電機組的科研樣機；設(shè)計制造葉片、齒輪箱、發(fā)電機、電控系統(tǒng)等關(guān)鍵部件的科研或商品樣機；總結(jié)和發(fā)展一套風電機組的設(shè)計開發(fā)方法，為全面掌握風力發(fā)電機組的設(shè)計技術(shù)提供基礎(chǔ)。我國海上風資源調(diào)查研究課題調(diào)研了國外海上風資源評估技術(shù)研究狀況，收集了原始數(shù)據(jù)和計算所需資料；進行了數(shù)據(jù)預(yù)處理、微波遙感風場信息反饋和海上風場數(shù)值模擬研究。課題完成后，為評估海上風能資源提供了方法，為進一步估算我國的海上風能資源總量奠定了基礎(chǔ)。風電系統(tǒng)檢測技術(shù)和技術(shù)規(guī)范研究完成了風力發(fā)電機組整機功率特性測試系統(tǒng)、電能品質(zhì)測試系統(tǒng)和噪音測試系統(tǒng)的詳細設(shè)計工作，并進行上述系統(tǒng)的硬件和軟件開發(fā)工作；對具體的發(fā)電機組進行了功率特性測試；基本完成了風力發(fā)電機組載荷計算軟件和強度分析軟件的完善工作；完成了檢測技術(shù)手冊的編寫工作。課題完成后為形成我國自己的風電技術(shù)的質(zhì)量標準體系、風電產(chǎn)品的測試能力以及產(chǎn)品認證體系。1.5風能技術(shù)發(fā)展中的幾個問題風力發(fā)電的技術(shù)還不是成熟，仍有一些技術(shù)問題尚未解決，設(shè)備資金和一些成本較高；相關(guān)的政策和法律保護還不是很完善；缺少相關(guān)的對各地風力資源的勘探和調(diào)查。2.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段及途徑：什么是偏航系統(tǒng)風力發(fā)電機組的偏航執(zhí)行機構(gòu)由偏航控制系統(tǒng)控制，完成對風的跟蹤，在一定角度范圍內(nèi)實現(xiàn)風輪的準確對風，從而使風機在變風向的自然情況下，依然能獲得較穩(wěn)定的功率輸出。課題著眼于風電機組的偏航執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計。偏航系統(tǒng)是水平軸式風力發(fā)電機組必不可少的組成系統(tǒng)之一。偏航系統(tǒng)的主要作用有兩個。其一是與風力發(fā)電機組的控制系統(tǒng)相互配合，使風力發(fā)電機組的風輪始終處于迎風狀態(tài)，充分利用風能，提高風力發(fā)電機組的發(fā)電效率；同時在風向相對固定時能提供必要的鎖緊力矩，以保障風電機組的安全運行。其二是由于風電機組可能持續(xù)地一個方向偏航，為了保證機組懸垂部分的電纜不至于產(chǎn)生過度的紐絞而使電纜斷裂、失效，在電纜達到設(shè)計纏繞值時能自動解除纏繞。偏航系統(tǒng)的類型風力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)一般分為主動偏航系統(tǒng)和被動偏航系統(tǒng)。被動偏航指的是依靠風力通過相關(guān)機構(gòu)完成機組風輪對風動作的偏航方式，常見的有尾舵、舵輪和下風向三種；主動偏航指的是采用電力或液壓拖動來完成對風動作的偏航方式，常見的有齒輪驅(qū)動和滑動兩種形式。對于并網(wǎng)型風力發(fā)電機組來說，通常都采用主動偏航的齒輪驅(qū)動形式。偏航系統(tǒng)的方案有多種，如阻尼式偏航系統(tǒng)、帶有偏航制動器的固定式偏航系統(tǒng)、軟偏航系統(tǒng)、阻尼自由偏航系統(tǒng)和可控自由偏航系統(tǒng)等。目前應(yīng)用最為普遍的有兩種，一種是采用滑動軸航系統(tǒng)。本課題主要采用滑動軸承的阻尼式主動偏航的齒輪驅(qū)動的偏航系統(tǒng)偏航系統(tǒng)的組成偏航系統(tǒng)是由偏航控制機構(gòu)和偏航驅(qū)動機構(gòu)兩大部分組成。其中偏航控制機構(gòu)包括風向傳感器、偏航控制器、解纜傳感器等幾部分，偏航驅(qū)動機構(gòu)包括偏航軸承、偏航驅(qū)動裝置、偏航制動器（或偏航阻尼裝置）等幾部分組成。風力發(fā)電機組的偏航系統(tǒng)一般有外齒形式和內(nèi)齒形式兩種。偏航驅(qū)動裝置可以采用電機驅(qū)動或液壓馬達驅(qū)動，制動器可以是常閉式或常開式。常開式制動器一般是指有液壓力或電磁力拖動時，制動器處于鎖緊狀態(tài)的制動器；常閉式制動器一般是指有液壓力或電磁力拖動時，制動器處于松開狀態(tài)的制動器。采用常開式制動器時，偏航系統(tǒng)必須具有偏航定位鎖緊裝置或防逆?zhèn)鲃友b置。在課題中在作出相應(yīng)的硬件設(shè)計。偏航的功能偏航控制系統(tǒng)主要具備以下幾個功能：（1）風向標控制的自動偏航；（2）人工偏航，按其優(yōu)先級別由高到低依次為：頂部機艙控制偏航、面板控制偏航、遠程控制偏航；（3）風向標控制的90°側(cè)風；（4）自動解纜。偏航的執(zhí)行機構(gòu)風力發(fā)電機的偏航執(zhí)行機構(gòu)由偏航控制系統(tǒng)控制機構(gòu)完成對風的跟蹤，在一定角度范圍內(nèi)實現(xiàn)風輪的準確對風，從而使風機在變風向的自然情況下，依然能獲得較穩(wěn)定的功率輸出。并且具有當電纜發(fā)生纏繞時，能夠自動解除纏繞功能。課題著眼于風電機組的偏航執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計。預(yù)期目標1.完成離網(wǎng)小型風力發(fā)電機組選型。2.針對特定小型風力發(fā)電機組，結(jié)合其風能最大捕捉及風能-電能最大效率轉(zhuǎn)換