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1、 二二 一一 一一 年年 六月六月 本科毕业设计说明书本科毕业设计说明书 学校代码 学校代码 1012810128 学学 号 号 200710202040200710202040 中文题目 小型风力供电系统的设计 学生姓名 宁树强 学 院 电力学院 系 别 自动化 专 业 自动化 班 级 自动化07 2 指导教师 陈爱国 教授 摘摘 要要 风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到人们的重视 风力发电也逐渐成为了 时下的朝阳产业 本论文详细阐明了小型独立风力供电系统的设计方案 对风力发电 机进行了简单的介绍和对蓄电池的充 放电做了深入的研究 本文的题目是小型风力供电系统的设计 要求是可以在连续两天
2、无风的情况下持 续提供 10w 的 12v 的直流电 并有缺电报警和输出保护功能 本文提出的解决方案为 风力发电机发出的电 通过 DC DC 变换为需要的标准直流电 并且考虑到风力的不稳 定性 在系统中并入蓄电池组 通过控制电路的监控实现系统的控制 保证系统在风 能充足时可蓄能 在两天无风时可以连续为负载供电 系统的运行状况主要采用单片 机控制 本论文的重点在于控制电路的设计 并对各种不同风力情况下系统的运行状况进 行了全面而严谨的分析 关键词 发电机 关键词 发电机 DC DCDC DC 变换 蓄电池 单片机变换 蓄电池 单片机 AbstractAbstract As a clean and
3、 renewable energy Wind power has aroused more and more attention and gradually become a sunrise industry nowadays This paper spells out the small independent wind power system design wind generators on a simple presentation and the battery charge and discharge depth study done This topic is small sc
4、ale wind power system design requirements for two consecutive days in the case of no wind continues to provide the 12v 10w DC and lack of electricity and output protection alarms The proposed solution given the power of wind generator through the DC DC conversion for the required standard DC And tak
5、ing into account the instability of the wind adding batteries in the system control circuit monitoring and control by the control system to ensure the system can be sufficient in wind energy storage in the days when no wind is a continuous load Health of the system mainly uses the microcontroller Th
6、is paper focuses on the design of the control circuit and a variety of wind conditions in the operational status of the system conducted a comprehensive and rigorous analysis Keywords Keywords generator generator DC DCDC DC conversion conversion battery battery MCUMCU 目录目录 第一章 绪论 1 1 1 课题的目的和意义 1 1
7、1 11 1 1 风力发电的优点风力发电的优点 1 1 1 1 21 1 2 课题的目的和意义课题的目的和意义 2 2 1 2 风力发电概述 2 1 2 11 2 1 国外风力发展国外风力发展 2 2 1 2 21 2 2 国内风力发电的基本情况国内风力发电的基本情况 3 3 1 2 31 2 3 风力发电的特点风力发电的特点 3 3 1 3 本文的主要研究内容 3 第二章小型风力发电系统的基本组成 5 2 1 风力发电机组 5 2 1 12 1 1 小型风力发电机的分类小型风力发电机的分类 5 5 2 1 22 1 2 小型风力发电机的结构小型风力发电机的结构 6 6 2 2 整流器 7 2
8、 3 DC DC 变换器 8 2 4 蓄电池 9 2 4 12 4 1 蓄电池的工作原理蓄电池的工作原理 9 9 2 4 22 4 2 影响铅酸蓄电池寿命的因素影响铅酸蓄电池寿命的因素 1111 2 4 32 4 3 阀控式铅酸蓄电池的使用原则阀控式铅酸蓄电池的使用原则 1212 2 4 42 4 4 铅酸蓄电池的充电方法铅酸蓄电池的充电方法 1212 2 5 控制器 13 2 5 12 5 1 控制器的作用控制器的作用 1313 2 5 22 5 2 控制器的类型控制器的类型 1313 2 5 32 5 3 控制器的其他功能控制器的其他功能 1414 第三章 供电系统电路的硬件设计及及软件实
9、现 14 3 1 发电机 蓄电池的选择 14 3 2 设计实例 15 3 3 DC DC 变换芯片及单片机的选择 16 3 3 13 3 1 DC DCDC DC 芯片的选择芯片的选择 1616 3 3 23 3 2 单片机的选择单片机的选择 1717 3 4 控制器电路图的设计 21 3 4 1 3 4 1 工作原理工作原理 2121 3 4 23 4 2 系统电路图组成系统电路图组成 2121 3 5 统软件的实现 24 第四章 结论 26 参 考 文 献 27 致 谢 28 第一章第一章 绪论绪论 风能是一种清洁的 储量极为丰富的可再生能源 它和存在于自然界的矿物质 燃料能源 如煤 石油
10、 天然气等不同 它不会随着其本身的转化和利用而减少 因此可以说是一种取之不尽 用之不竭的能源 而矿物质燃料储量有限 正在日趋 减少 况且其带来的严重的污染问题和温室效应正越来越困扰着人们 因此风力发 电正越来越引起人们的关注 1 1 课题的目的和意义 1 1 11 1 1风力发电的优点风力发电的优点 风是人类最熟悉的一种自然现象 风无处不在 太阳辐射造成地球表面大气层 受热不均 引起大气压力分布不均 在不均压力作用下 空气沿水平方向运动就形 成风 风能是一种最具活力的可再生能源 它实质上是太阳能的转化形式 因此是 取之不尽的 风能中的风向和风速在时空分布上较为复杂 如有海陆差异对气流运动的影响
11、 而形成的季风和海陆风 在山区由于热力原因引起的谷风和山风 风力的随机性和 风速的变化多端使得它的利用效率较低 在风能的实际利用上仍存在很多技术困难 尽管如此 风能资源具有如下优越性 1 边远地区由于远离电网 同时这些地区的居民用电和所设置的微波中继站 气象台 电视调频差转台以及边防哨所需要的电功率大都在 10 千瓦以下 在这种条 件下 由输电线将电力输送到边远地区耗资巨大显然是不利的 从世界风能分布图 上可以看出全世界约有三分之二的地区具有风能利用价值 若合理地利用太阳能 风能 建设独立的小功率发电装置 具有明显的优越性 2 风力发电的经济性日益提高 不存在建厂房 筑坝 淹地 移民等问题 风
12、力发电机分散安装 占地面积少 发电后除折旧费和维护费外 不消耗燃料 无 三废处理问题 其成本接近火电 低于油电 核电和光伏发电 从综合经济效益看 具有较强的竞争力 3 人类在利用矿物燃料的过程中 必然释放出大量有害物质 使人类赖以生 存的环境受到破坏和污染 此外 其他新能源中的水电 核能 地热能等 在开发 利用的过程中 也都存在着一些不能忽视的环境问题 但风能在利用中不会给空气 带来污染 也不破坏生态 是一种清洁安全的能源 4 风力发电在新能源发电中技术最为成熟 是一种安全 可靠的能源 综上所述 风力发电对于改善能源结构 推动生态环境建设 特别是对边远地 区的生产 生活用电等诸多领域的发展将发
13、挥积极作用 具有广阔的市场前景 1 1 2 课题的目的和意义 风能利用的能量密度低且具有随机性 不稳定性和分布的不均匀性 这些给风 能的利用带来了许多问题 本文研究的目的是在分析现有的小型风力发电系统的基 础上 设计一套独立运行的小型风力发电供电系统为野外无电地区独立的小型设备 提供电力 1 2 风力发电概述 1 2 11 2 1 国外风力发展国外风力发展 国际能源研究报告表明 如果各国采取有力措施 风力发电到2010年可提供世 界电力需求的10 创造170万个就业机会 并在全球范围内减少100多亿吨二氧化碳 废气 风能将成为发展最快的能源 到2010 年风电总装机容量达到40 00GW 20
14、20 年达到0 1TW 到2010年德国新增500万千瓦 西班牙新增520万千瓦 年生产能力将 达到800万千瓦 可满足全国电力需求的10 美国和加拿大是北美利用风能最好的国 家 在美国的50个州中 大约有30个州已经开始利用风能资源 在1998 2004年期 间 美国风力发电的总装机容量已经超过6740MW 可以满足160万个中等家庭的日常 用电需求 随着技术的进步和规模的扩大 风电发电成本继续下降 估计10年后它 完全可以和清洁的燃煤电厂竞争 由于风力发电是可再生洁净能源 其环境效益也 十分明显 随着风力发电技术的日益成熟 发电成本的进一步降低 风力发电会越 来越被更多的人认识和接受 这也
15、是全世界很多国家都热衷风力发电的主要原因 风力发电的迅猛发展也使那些本地能源短缺的发展中国家收益 如巴西 阿根廷 摩洛哥 埃及和哥斯达黎加等国是发展中国家风力发电的佼佼者 中国 印度也在 积极发展风电 1 2 21 2 2 国内风力发电的基本情况国内风力发电的基本情况 我国幅员辽阔 陆疆总长2万多千米 海岸线1 8万多千米 是一个风力资源丰 富的国家 全国约有2 3的地带为多风带 风能总储量为32 26亿千瓦 实际可开发 的风能储量为2 53亿千瓦 为可再生能源和新能源利用技术提供了强大的资源条件 两大风能地带 西北 华北 东北和东南沿海为风能资源丰富区 跨全国21个省 市 自治区 到1999
16、年底已开发微小户用型风力发电机16万台 并网型风电场24座 总装机容量26万千瓦 其中绝大多数机组是从丹麦 德国 美国 比利时 瑞典引 进的 最大单机容量为600kW 据相关资料报道 到2020年 预计我国将新增发电能 力500GW 其中121GW为可再生能源 2010年以前 我国计划新建20座风力发电场 每座风场的发电能力达到100MW以上 且达到4000MW的风力发电总目标 并要求风力 发电设备本土化 1 2 31 2 3 风力发电的特点风力发电的特点 风力发电有如下特点 1 可再生 且清洁无污染 2 风速随时变化 风电机组承受着十分恶劣的交变载荷 3 风电的不稳定性会给电网或负载带来一定的冲击影响 风力发电的运行方式主要有两种 一类是独立运行的供电系统 即在电网未通 达的地区 用小型发电机组为蓄电池充电 再通过逆变器转换为交流电向终端电器 供电 另一类是作为常规电网的电源 与电网并联运行 本论文讨论的是前者 即 独立运行风电系统的解决方案 1 3 本文的主要研究内容 本文以小型风力发电系统为研究对象 对风力发电原理 系统结构以及小型 风力发电系统中的储能装置蓄电池的充放电控制等方