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1、毕业论文（设计）题目 30kw风力发电机效能提升方法研究学 院 轮机工程学院 专 业 船舶电子电气工程班 级 船电1712 姓 名 邢旭伟 学 号 201621024026 指导老师 陈庆鹏、林洪贵 2021年 3月29日030kw风力发电机效能提升方法研究摘要 风力发电逐渐成为当前发电系统中的重要成分，在通过对风能的更加有效合理利用，有效缓解了我国当前电力短缺的问题，更加有效地驱使了我国在电力行业等电气技术方面的发展，同时也为我国人民群众的生产生活提供了必须的物质能源供应。在科技进步和社会发展的驱动之下，当代风力发电技术得到了空前的发展速度，由于力学、机械学等多方面内容的研究应用，风力发电升
2、级及转化程度也越来越高。在风力发电技术的绿色且可持续性发展之下，风能转化成电能更高效率的能源在人们心中的渴望度越发强烈。怎样增加风在风力发电上的作用，如何增加电能的使用效果，是这一片文章中探究如何能做到将30kw的能够把风能转化为电能的机械运作功能的办法。运用两个风轮的30kw风里发电机将做为研究对象，拥有双风轮的30kw风里发电机，不仅能够增加风能的使用效果，还可以把各个地区的风能最大获得使用起来。再对其基本的结构、基本工作原理进行研究分析论述。选用并网系统，宗旨是为了能够将已经有风力转化了的电能储藏到国家的电力系统当，而要想完成这一目标，就要将并网系统进行整编、升平，甚至是逆流、强化、把控
3、，以此来增加所得电流的质量。在该基础的前提上，设计简单研发双风轮风力发电机并网控制调节系统。从双风轮模式的风力发电及其能够最大化运用的风能和并网刺激要素的组成以及如何增加其中电流改变后的质量，以上就是探究如何让30KW风力发电机的功效上升的办法。关键词 风力发电；双风轮；并网Research On The Efficiency Improvement Method Of 30KW Wind TurbineAbstract Wind power has gradually become an important component in the current power generation
4、system. Through more effective and reasonable use of wind energy, it has effectively alleviated the current power shortage in my country, and has more effectively driven the development of my countrys electrical technology in the power industry. It provides the necessary material energy supply for t
5、he production and life of the people of our country. Driven by technological progress and social development, contemporary wind power technology has achieved unprecedented development speed. Due to the research and application of mechanics, mechanics and other aspects, the degree of upgrade and tran
6、sformation of wind power generation is also getting higher and higher. With the green and sustainable development of wind power technology, the desire for more efficient energy from wind energy to be converted into electrical energy is becoming stronger in peoples hearts. In this paper, the research
7、 on the efficiency improvement method of 30kw wind turbine will begin to how to increase the use of wind power in wind power generation and the use effect of electric energy. The 30kw wind turbine adopts the dual-wheel mode as the research object, and adopts the dual-wheel mode, which effectively im
8、proves the utilization rate of wind energy and the effective use of wind speed in each section. Then it will study and analyze its basic structure and basic working principle. The grid-connected system is selected to achieve the purpose of integrating wind power into the energy storage public grid b
9、y improving the quality of the current, the grid connected system should be reorganized and controlled, or the current should be reversed, strengthened and controlled grid-connected system. On the premise of this foundation, the design is simple to develop a dual-wheel wind turbine grid-connected co
10、ntrol and adjustment system. Starting from the optimal utilization of wind energy capture and utilization of dual-wheel wind turbines, grid-connected power composition, and improving the quality of current changes, it is used to study the efficiency improvement methods of 30KW wind turbines. Key wor
11、ds Wind power generation;Double wind turbines;Grid connectionIV目录0 引言-10.1 课题研究背景与意义-10.2 国内外风力发电的发展现状-3 0.2.1 风力发电技术-3 0.2.2 国内外风力发电发展趋势-30.3 选题意义和研究内容-51 双风轮风力发电机组-6 1.1 全球普遍的提高风能效率的方法-61.2 双风轮风力发电机-7 1.2.1 双风轮风力发电机的优点-7 1.3 双风轮风力发电的工作原理-8 1.3.1 双风轮风力发电装置理论依据-91.4 本章小结-102 30kw 风力发电机逆变系统-11 2.1 风力
12、发电机并网-112.1.1 并网运行模式-112.1.2 风力发电机并网关键技术-122.2 风力发电机并网逆变器-12 2.2.1 并网控制方式 -12 2.2.2 并网逆变器的拓扑结构-142.3 本章小结-153 30kw风力发电机效能提升设计-16 3.1 BOOST 升压环节原理-17 3.1.1 电感电流连续工作过程-17 3.2 逆变电路工作原理-193.3 本章小结-20结论-21鸣谢-22参考文献-23V邢旭伟船舶电子电气工程专业毕业论文0 引言0.1 课题研究背景与意义 21世纪以来，全世界的经济、社会高速发展，人们迎来了一个前所未有的世界，人们生活品质得到大幅度提升，新型
13、等绿色低污染能源成为了必要的物质保障来源，在社会上所利用热度急剧上升，人们对这些方面的需求也随之增加了。但是现在资源缺乏已经成为了一个世界性的难题，而这一切的产生都是源自于全人类对于资源的需求是越来越大，而且这种需求是在一直上升的，并没有降低的趋势。与此同时的是，全世界对于一系列新能源的开发，类似于太阳能、风能以及潮汐能等，这不仅有效的降低了人们对于资源的需求，还在全世界开创出了一条绿色将康的能源道路。电力企业行业的开始，首先就是可以依靠煤电，进入中国发展新时代，但环境污染也在发展之余越发恶劣，社会中人们生活幸福指数的提高，追求的环保问题意识也在的增强，对于煤炭固体资源这种高污染的发电方式，已
14、经慢慢成为人们心中的不愿意选择的发电方式，从而需要通过我们不断地去改革开放创新并且协调绿色发展道路，保护自然生态环境的前提下去探求更加具有高效、优质、清洁的可持续能源来代替传统煤炭固体发电3。要想走好全球可持续绿色发展这一条道路，我们急需做的就是要面对、想出办法来解决资源的缺乏问题以及如何提高绿色资源的开采使用。在我国，推出了绿水青山就是金山银山这一发展理念，这不断推动了我国绿色可持续道路的发展，国家造就把绿色能源的开发和高效利用上升到了和企业战略经营发展管理发展同等的高度。风力发电就是利用风的吹动下的动力来驱动发电机械轴承等转动从而将风吹动的力转化为机械齿轮转动进而转化为电气能的一项发电规律
15、技术。当下社会中在资源极度短缺、能源缺乏性极大的问题下，风力能作为一种绿色发展可再生的新行能源，世界各国很是重视与喜欢。因为风能的产生不会被地形、气候等之类的外在条件所影响。世界各地都存在风能，只要你能想到的地方，都会有它的存在。而且它在全世界的存在量多不胜数，全世界可以开采的风能是水资源的10倍之还多。在一些缺乏水资源，燃料资源也很少，地处偏僻，交通困难的地方，类似于：沿海的小岛、草原和牧区，以及一些高山地带等地理位置比较偏远且恶劣的环境的地方。风能的未来发展状况是超级好的，它不仅贮存量多，而且还利用率较高。风能不仅成本低，而且对于科学技术的要求也不是很高，并且得到的收获还是非常高的。由于开
16、采风能的成本较低且不产生废气，无用物的产生很少，这对于全世界的经济所倡导的绿色生活有很重要的贡献。所以，将来探究如何开采和使用风力发电则是我们及其重要的一个研究领域。在风力发电方面的技术上，很多西方的高发展国家，还有我国对于风资源的需求量超级高的人口大国都是额外看重的。而且，在世界上对于额定功率是没有一个确定的衡量度的。因此，全球的每个国家也是没有确定的分类标准的。在中国:不大于等于1KW功率的就属于微小型的风力发电机，在1KW至10KW之中的就属于某某型了，而偏中型发力电机则是在另一个范围内，就是在10KW至1000KW之间、较大型发电机的功率范围大于1000KW之上。本文中所研究方向的30
17、kw风力发电机功率在10KW至1000KW之间属于中型发力电机。在我国，风能能源常常会在一些风存在时间较短，风吹动的速度很低的地方比较缺乏，这都是因为我国地域环境多样，气候等也大不相同。而有一些研究学者也表明，单风轮的风力发电机在获取风能这方面的能力不强。在运用到实际中的时候，单风轮风力发电机在风能的使用率上会因为温度、气候等各种因素的影响而导致它可能完全够不上其最高的期望值或许其一半也超越不了。在如此的大环境下，要想增加对于风能的使用率，完全可以运用双风轮风力发电这个技术，而这是有由科研专家所提出来的。并且还被科学家所证实了的。它是具有可行性的。通过有效的运用双风轮风力发电技术，在合理使用风
18、能，增加捕捉风的纬度以及提高风力的使用效能上作用显著。以上成果均是得到实践论证了的。如今每个国家所拥有的风力并网发电机组每个器械的容量早已已经冲上了瓦兆的高度，并且仍然持增加的趋势。但是现在极大型的风力发电并网仍然存在很多的不足。类似于：对于风的速度要求较高、技术人员组装困难且不方便以及建设成本较大和电力运送难度大等。较大型风力发电机在一些功率范围里面是具有无可比拟的地位，在和中小型风力发电机做出比较，它的优点更加凸显：首先就是它对于安装面积的要求小；其次在运送，组建上容易操作；再次就是它对于风的速度没有较高的要求。最后，它在电网传输方面还有就地实施并网的解决方法。中小型风力发电在并网上是拥有
19、很高的未来潜能的，也就是说它的并网的发展未来是格外可以的。中小型并网双风轮风力发电机拥有极高的发电效率，对于风速要求不高。对于风能的使用效能还高的特点，它相较于各种其他的发电机。不仅更具有研究价值，还很存在极高的发展前途。在增强以后的能源配置上，风能上面各方面的探究，深造等是具有超凡意义的。0.2 国内外风力发电的发展现状0.2.1 风力发电技术 风力涡扇轮机驱动通常由风力涡轮机、发电机及其设备（包括动力设备）、调节器（尾翼）、支撑塔、安全限速构件和储存能装置和并网调节控制系统等部件组成。其工作原理方式构造比较简单的风力发电机。风轮在风能的驱动下进行转动。它将风的吹动能力转化为风轮轴的机械转动
20、能又通过机械转动能转化为电力能。在风轮轴驱动转动下，从而转动发电。 叶片可以收集风进而捕获风能，具有动能的流动空气经叶片捕获转化为风轮机械旋转。风力发电机的风轮叶片一般由直径和长度较大的2片或3片叶片组合而成。在风力发电机中，风力发电机经常采用的有3种，即直流系统发电机、同步信息交流作为发电机和异步信息交流装换通过发电机。 在发电机中有调向器其的功能是使风力发电机的风轮叶片随时都迎着所吹动发展风向而进行转动从而捕获风能，从而能达到最大能力限度地获取绿色风力能源。总体来说，风力涡轮机几乎是完全使用尾翼的方向来控制风力涡轮机的风向。高强度镀锌钢通常作为尾部材料。拥有安全限速构件可以确定风力机转子的
21、转速在一定的风速范围内基本保持恒定，维持稳定风力发电机及叶片转动装置的稳定。支撑稳定服务机构由风力塔架支撑风力以及发电机，重量体积较大的塔架一般可以采用强度非常高的角钢或圆钢作为组成的桁架进行组成的结构。风力发电机的输出功率与风速有关。因为自然界中风力的不确定性太大了，风的速度、大小、方向等都是不固定的，所以捕获风力的发电机的功率输出也千变万化，所以发电机发出的电能因为其不稳定变化大，不能直接用于电器之上，需要将其储存，进而调节电能质量。当前，铅酸电池常用于风力涡轮机中进行储能。在科技不断进步下，风力发电也随之简单起来，而全球现存的电力，光是风力发电就占了很大的一部分比例。由此可见其前途之广阔
22、。0.2.2 国内外风力发电发展趋势我国对于风力发电技术的各种钻研进程也是随着国家绿色可持续发展的要求而突飞猛进、风能是一种可再生的绿色清洁能源。最近30年的发展当中，很多国家在风能利用的理论研究中都取得了较好的成就。风力发电技术在变得越来越完善且成熟。额定功率为 mw的并网型风力发电机组，直径126m长的叶片。2005年止世界风力发电市场装机系统总体容量规模已达58982MW，全球电子产品的电量的1%由风力发电量轻松承担。中国作为亚洲地区科学技术的领跑者，世界第八位的总装机容量，世界第六位的单一年装机容量。以后，在经济及科技的发展进步下，世界上风电技术和企业产业发展将明显加快。变浆调节技术也
23、已经作为以一种中控技术投入运行在风力发电机之中，它不仅在技术上比较前沿而且还拥有简单的使用方法和超高的效率。自动调频调载装置的被接受且开始应用起来。世界风能使用协会将风能的未来展势实施了设想规划，由于全球气候变暖各国之间相互帮助，风力发电科技在当今已经偏向于成熟了。慢慢的，其使用成本也会得到减少。相信20年以后，风力发电相对于原有的煤炭发电成本一定会变得更低，而原有的发电办法也将会被风力发电以及其他的新能源发电行业退出能源行业，未来的风力发电行业是有很好的经济性。徐坊降首先首次倡导全球风力发电技术的未来前途6：（1）首先就是一个及其的包容量慢慢的增加了。(2）失速功率调节以及恒速恒频则直接被变
24、浆调节与变速恒频给替代了。（3）及其运作的环境也变得稳健起来，可行性极高。于雪峰对风力发电机原理进行了详细地解释和对风力发电机的并网要求进行论述1。而要怎样才能增加风能的使用效能，日本的一个学者Koichi Kubo以单风轮风力发电机作为基点。于2008年提倡出双风轮风力发电机的构造组织假设，还对他自己假设的构造实施了改良操作5。在河北工业大学的贾璐中则以双风轮风力发电作为依据，其中还加人了变速恒频发电技术和变浆调节技术，这两个在电气技术上以及操控技术上都是格外前沿的。由此，完全假设出了变速的但频率却稳定的双风轮发电机，还详细叙述了双风轮风力发电机基本组成结构，深度剖析了其运作的原因和现实根据
25、。最终还依据已有的式子以及运算出来的结果来对变速恒频双风轮发电机实施了模型构造和仿真2。这些都替后来的双风能风力发电机具体运用准备了可运用的数据。在如今，我国的国家的电力网线绝大多数都来自于风力发电所产生的电能，而且发展风电并网是如今国家政策所令行的目标。而这个设备最突出的好处就是可以让发电机从电网之中得到增值，还可以把额外的电量运送到国家电网里面，这对于风力资源来说，是将其作用最大化了的。而这些年来国家的风力发电技术越来越稳健，可行，我国以及全球对于电能的需求也是成逐渐攀升的趋势。因此，我国风力发电机器和科技的外卖数量也在逐渐增大。在世界范围上，位居国际先进水平的是国内的太阳能发电技术和中小
26、型发电技术，中小型风力发电的前途一片光明。0.3 选题意义和研究内容将极多的全球文书作为基本点，在对30KW风力发电机的效率上升办法进行了探究得到以下要点：（1） 第一就是这一篇文章对于怎样增加风能效率及提高风利发电效率的方法进行研究讨论，总共提出三种生态且高效的办法，最后还对它们的实施方式等做出了简单的讲解。（2） 第二则是该篇使用的发电机采用了双风轮模式，以此来增加风力发电机的效能和风能使用的效能，最后还讲解了它的构造以及剖析了双风轮是怎样做到增加风能的使用效率的。（3） 第三就是钻研了并网系统，还于并网系统里面找寻了能够增加电能使用效能的办法。（4） 这篇文章对于30KW双风轮风力发电机
27、之中的并网系统做出的深研，详细讲解的运作原理和过程。为将来的仿真、实践做好了思路铺垫。1 双风轮风力发电机组1.1 全球普遍的提高风能效率的方法风能是新时代的新型资源，拥有很多优势包括环保、没有污染、发展潜力大、技术成熟。人们为了提升风力发电机对绿色风力的最高使用效果，提高风力发电机的功率，一般会应用这些办法来提高风力发电机效率的目的： (1)使用加长叶片、宽度的办法。当风轮的叶片加大了，就可以以提高叶片和风的所触面积，这样就可以极高的增加叶片的风力发电转化出来的功率。但叶片长宽等体积的增加，导致叶片的重量较大，就要用高质量的材料来做为叶片的材料，而这也就会导致整个设备的安装难度增大、制造成本
28、增加以及制作困难和运输不方便等。但运用这种大叶片就可以极大的减少风轮所被不好的天气磨损的度7。(2)为了能提升风能利用率可利用导流板的影响，导流板迎风时可以有效提升风力能的捕获率。Burcin Deda Altan与李鹿野在他们的文章里面详细分析了要怎样运用导流板，以及导流板量要如何怎样确定等8。比较了加入导流板、不加入导流板以及导流板长度的不同、不同可以安装一个位置和不同需要安装技术角度的叶片四周的风力流动情况以及提高叶片对转轴产生的静态力矩9。分析结果表明当增加导流板的数量时可以提高风力机的静态力矩，达到提升风能利用率的方法，这样就可以得到自己想要的结果。而这也会导致一系列问题的出现，类似
29、于磨损程度高、制作的成本大还有无法确保安全等10。(3)要增加风能的使用效能，就可以通过双风轮来减少风能造成的磨损以及提高风能的二次使用效果。前风轮首先使用之后出现的错失风就可以由后风轮来进行第二次的使用，这样经过后轴承就可以把运作风能之后出现的一系列机械能运送到别的地方。先是最前面的风轮捕捉风力，之后后面的就能够捕获漏风实现风能反复次利用，从而提高风能的利用效率。这篇文章就是通过应用双风轮和改进并网，以此达到一起增高30kw风力发电机效率的目标。 1.2 双风轮风力发电机就当下而言，单风轮风力发电仍然是全世界使用的范围最广的风力发电机装置，只不过因为它的发电效率比较差，相比之下该风力发电机并
30、没有突出的优势可言。然而与其相对比的双风轮风力发电机组不仅能提高风机发电效率和提高风能利用率，还能提高风速的可使用范畴，明显提高了风能应用的稳定性。如何不设定风能的变流器，但却可以降低由风力发电导致变流器磨损而引导出来的问题呢？这就出现了双风轮风力发电机。双风轮的实际样式图可见下图1-1所示。图1-11.2.1 双风轮发电机的优点(1) 在单风轮的前提下，取其优势的地方，所进一步研发的新型双风轮风力发电机。双风轮发电机组可以增加了叶片捕获风的时候的活动面积，提高了中国绿色风能资源利用率，加深我国风力发电机的发电量。所以双风轮可以拥有较大的有效输出功率。(2) 从结构上来说，使用直接驱动这种科技
31、的双风轮发电机，让该装置的构造显得简洁起来，减少了装备的磨损。由于小型风力机的扫面面积远小于强风力机的扫面面积，因此单独运行的小型风力机的切风速远小于单独运行的强风力机，而单独运行的小型风力机的切割风速远大于单独运行的强风力机的切割风速，可以有效降低风力机运行的切割风速，提高风力机的切断风的速度。这个简洁的构造，不仅实用性很宽泛，而且还降低了产生错误的范围，这样使这个装置稳定性上升了，减少了热门对装置维修的次数。(3) 只要风的速度变快且大风轮、小风轮均转动时，分别与大风轮、小风轮齿合的行星齿轮通过行星轮架将两者旋转运动合成，只需要将风能利用率处于理论最大值周围，通过输出轴传递给发电机，减少风
32、能损失，处于最佳运行状态时，其发电效率更高。1.3双风轮风力发电的工作原理风力发电的原理是将风力驱动能转化为机械轴承转动能，再将其机械转动能转化为电力能。进行三次转化，从而实现风能至电能。风力发电技术第一是中国风力吹动叶片旋转，在经济增速机调节下将叶片旋转的速度不断加快，来促使发电机稳定的发电。而双风轮风力发电设备是将轴索从齿轮里面穿过去，这样子就和一和后面的设备连接起来。只要风吹过设备，就可以带动风轮进行运动，从而这个发电机器的磁极转子也会因轴的固定一起转动。后风轮因为受到前面的风轮的泄露风也可以带动它的转动，而它也会由于不动的轴承从而引领发电机器其中的发电转子一起达到与前风轮相反的转动。要
33、想能够将这个发电机的效用加强起来，那么就需要一个中间物，来带动前后风轮的转动，而他们之间是具有相互作用的。和单风轮发电进行比较的话，双风轮中的两个风轮都将带着他们的转子一起逆向转动，这样就会有机械能，从而产生相互摩擦，再加上快速转动的装置，更加提高发电机转子的速度，发电机的线圈高速运作就可以更加高速的触碰磁感应线，快速转动就。增加了他的效能以及功率。设计图为1-2：图1-21.3.1 双风轮风力发电装置理论依据结合周云龙、杨承志以及李律万这些人10的探究就能得到：前风轮发电的功率就是：P1=h c h m h g E (1-1）在式子1-1里面：P1就是单风机的传出功率；h c就是风能被运用的
34、速度；h m就是及其运作的速度；h g就是发电机的效能；E就是进入风力发电机的空气的动力。不把前面的风轮和后面的风轮之间产生的相互作用算进去的话，因为外在因素会对风轮产生阻挡力，因此就可以把由于外在因素存在而产生的影响而丢失的功假设为0.021E，风轮减少的功就是0.1E，自然而然的末尾的风轮发电的功率就是P2、一个风轮所创造的电能的功率就是P1、两个所输出得功率，也就是P3，也可以得出他们之间的相互关系就是：P2=h c h m h g（E -h c E -0.1E-0.021E ） （1-2）P3=h c h m h g（2 -h c -0.121）E （1-3）P3=（2 -h c -0
35、.121）P1 （1-4）因为风力发电机的发电效率等于发电功率和空气动能的比例，所以单风轮风力发电机的发电效能h0和双轮的发电机的发电效率h1是： h0= P1/E （1-5） h1= P3 /E （1-6）将式（1-4）代入式（1-6）可换算得出： h1=（2 -h c -0.121）P1 /E h1=（2 -h c -0.121）h0 （1-7）双风轮的发电功率及效率的增幅为： ar=ah=（P3 -P1）/P1100%=（h1-h0）/h1100% (1-8) 从式1-3、1-4、1-5、1-6、1-7就能分析出来，单轮发电机的发电效能能够达到双风轮发电效能的1/（2 -h c -0.121）倍，双风轮的发电效率相对于单风轮的上升了（2 -h c -0.121）倍，h c 取值范围只要在0.20.4之间，那么它发电的效能和功率就会上升大概27%47%。 1.4本章小结这一章的主要内容包括以下几个点：（1） 首先是讲解了集中世界上都全员增加风能使用率的办法，还深入探讨了这些办法的好处以及不足的地方，甚至还讲解了其运作的基础原理。（2） 简单概述了双风轮风力发电的优势之处，双风轮风力发电对比只有一个风轮风力发电，单风轮的不足就凸显出来了。（3） 深入探究并说明双风轮风力发电机构造以及工作原则，还包括了对如何增加发电机速度的办法的论述。12