并网型异步风力发电机的控制研究
4.2.4 偏航控制的软件 ........................................ 36
5 总结 .............................................................. 37 参考文献 ............................................................ 38 致谢 ................................................................ 40
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1 绪 论
1.1 课题背景及意义
能源，既是人类生存之根本，也是全球经济发展的物质基础，所以能源富则国富。随着人口的不断增加、经济的快速发展，能源危机日益严重。目前，全球能源主要是煤、石油和天然气，而这些能源都是一次能源，其储量会随着开采越来越少。最近几年，石油资源越来越紧张，石油价格不断上调，中国石油有一半以上要依赖中东，长此下去，最终会遏制我国经济的增长。据有关统计显示，如果年开采40亿吨，我国的煤储量仅够开采50年，而我国的6能源消费会越来越高，50年之后，我们拿什么来满足这样的能源需求呢[1]？另外，燃烧煤、石油等矿物燃料导致了有毒、有害气体的大量排放，严重的危害着人类的身心健康；同时也导致了地球表面温度的不断升高，最终导致冰川融化、海平面升高、气候异常，这将会给人类的生存造成不可预料的灾难，环境污染和安全问题已经严重威胁着人类的生存并阻碍着经济的发展。能源已成为制约各国经济发展的瓶颈，就能源之路，我们必须寻求可持续发展之路。因此寻找新的、清洁的、无污染的替代能源是当今社会面临的重要课题。
风资源含有巨大的能量，风能的利用已有多年的历史，以前主要是利用风能或将风能转化为机械能来提供动力，比如航船、风车抽水、辗米磨面等。20世纪初，丹麦最先开始运用风能发电，并且发电很快成为其最主要的应用。
风是空气流动形成的。地球不停地自转、公转以及地表的不同，太阳辐射到地表的强度就不同，从而产生大气温差，最终大气压差导致空气的流动。风能就是流动的大气具有的能量，是由太阳能转化形成的。故风能是一种清洁的自然能源、可再生能源，而且其储量十分丰富。据估算，全球风能约为1017kW，其中能够被利用的风能大约为2×1010kW，比全球可利用的水能大10倍[4]。因此，风能的开发利用具有非常广阔的前景。
风能与矿物燃料和核能不同，它是一种过程性能源，不能直接储存，只有转化成别的可储存能量方可储存。最早以前人们利用风能来抽水、磨面，现在主要
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是利用风能来发电。化石燃料以及核裂变都是一次能源发电，在其过程中会造成环境污染，并且资源的储量会越来越少，但风力发电不存在这些问题，而且他的技术越来越成熟、质量可靠、经济性不断提高，发展的特别快。据预测：2020年全球风电总装机容量可达4.7亿kW[8]。
可再生能源很多，但风电技术是最成熟的一种，就能源危机和环境污染等问题而言，风力发电是一个切实可行、可持续发展的解决方案。由于风电的清洁无污染，并且施工期限短，所以很快受到全世界的广泛关注和大力推广。
美国、西欧等发达国家最先快速发展风力发电，由于风力发电的经济性、环保性很强，并且有很客观的发展前景，所以世界各国都纷纷出台各种政策，大力推广并支持风力发电，目前在全世界都快速发展，在电力能源结构中所占比例也增长很快。
风能作为取之不尽、用之不竭的绿色清洁能源已受到全球的青睐。可再生能源有风能、太阳能、潮汐能、核能等，而目前发展最快、最成熟、最具有商业性的就是风力发电。随着能源危机和环境污染问题的不断加剧，各国政府都开始制定自己的能源政策，在新能源的开发利用上给予特殊的优惠和税收补贴，从而使风能、太阳能等新能源迅速发展，特别是风力发电。
1.2 国内外风力发电概况 1.2.1 国外风力发电概况
地球上蕴含的风资源总量非常大，据计算，整个地球含有的风资源约为2.74亿MW[11]。19世纪末，丹麦首先制成了风力发电机组，并建成了世界上第一座风电站，这开启了风电事业的发展，《京都议定书》的国际协定，更加促使了风力发电的迅猛发展。经济最发达的美国高度重视风能的开发利用，2000年，美国已经拥有2000万多台风力发电机组，总装机容量超过2500MW。2001年，新增机组容量达1700MW，总装机容量达4200MW，到2004年已达到6300MW，成为全球第二。而欧盟早2000年的新增装机容量为3500MW，到2001年底，欧盟已经运行的风机设备的容量达17300MW，比2000年增长35%，占全球总装机容量的
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72%。在2001年—2005年的5年间，全球新增风电设备的发电能力约为3900MW，到2010年会超过140000MW，预计2020年全球的风电装机为12.45亿kW，风电电量为3.05×104亿KWh，占世界总消耗电量的11.9%。
当然，全球风电的快速发展，离不开各国积极地采取各种鼓励政策。对开发利用风能的鼓励政策有很多种，例如对电价的长期保护、可再生能源效益基金、配额制和招投标等等。20世纪以来，德国、丹麦、西班牙等国风电的迅猛发展，主要是受到保护性电价鼓励政策的激励。下面列出了几个国家2002年的装机容量。
表1.1 截止2002年底世界风电大国的总装机容量（MW）
国家 容量 德国 11968 西班牙 美国 5043 4674 丹麦 2880 印度 1702 意大利 荷兰 806 727 英国 570 日本 486 德国、西班牙、美国等经济强国累计装机37700MW，占绝大部分市场。但在2004年他们的份额从82%下降到79%，这将拓宽风电产业的国际基础，加大全世界的装机容量。我国的风电发展较晚，但在政府的强力支持下迅速发展，到2004年，我国内地已经建有43个风电场，另外台湾也建有五个风电场，其中内蒙古风电的装机容量最大，累计135MW。
1.2.2 国内风力发电概况
我国的风电事业起步较晚，并且在过去的十几年里，我国风机的装机容量也不及国外，但随着能源危机和环境污染，政府出台各种政策，鼓励并支持风电产业。在最近几年，我国风电装机容量以惊人的速度增长，2004年内地增加250台风电机组，装机容量达197MW，与2003年相比，增长率达到100%。到2008年底，总装机容量达到1215万千瓦，一举在全球排名第六。
我国风电产业的发展经历了三个阶段。
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1986～1990年为第一阶段，这个阶段是我国并网风电项目的探索阶段。此期间共建立了4个风电场，共安装风电机组32台，总装机容量为4.215 MW，最大单机容量为200kW。
1991～1995年为第二阶段，此阶段为项目的推广阶段。建立了5个风电场，安装了131台风电机组，总装机容量为33.285 MW，最大单机容量为500kW。
1996年之后为第三阶段，是扩大建设规模阶段，这个阶段的装机容量和单机容量都比较大。2008年，我国新增装机容量达到6246MW，总装机容量达到12153MW，进入了风电大国的行列，位列德国、美国、西班牙之后，成为第四大国。
我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源非常丰富，特别是新疆东部、甘肃北部和内蒙古中西部，都是我国风能密集区，风功率密度在200W/m2以上。由第三次风资源普查结果可知，我国可开发利用风资源的陆地面积约为24×104km2，按5MW/km2来计算，陆地上可开发量为120×104MW，我国风能总储量约为32.26亿kW，根据中国气象局的研究表明，我国可开发利用的风资源约为7亿～12亿kw，具有很大的潜力[14]。我国海上也是风能密集区，全国海岸带面积约为250×104km2，就按8MW/km2来计算，近海风电装机容量约为200×104MW，但实际上远远不止这些。随着风力发电技术和建设风电场技术的日益成熟，海上风电场必将成为我国重要的风力发电基地。在过去几十年里，我们发展风电需要靠国外进口设备，国产技术相对比较落后，所以在设备制造上，我们必须加大力度，力争提高单机容量并实现设备国产化，这已成为我们未来发展的目标。提高单机容量，可以使发电成本下降。对我们这样能源不足，浪费严重的国家具有重要的意义。
1.2.3 风电产业的发展趋势
我国围绕着如何提高风力发电机的运行效率、如何能够最大限度的捕获风能等关键技术。将来我们会朝着下面几个方面发展风力发电技术：
（1）增大单机容量：大型发电机与小型发电机相比，提高了风能利用率，降低了单位成本，减小了风电场的占地面积。
（2）增长桨叶：能够更多的捕获风能。
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