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1、山东农业大学毕 业 论 文小型风力发电院 部 机械与电子工程学院 专业班级 电气工程及其自动化2班届 次 2015届 学生姓名 李函朔 学 号 20110827 指导教师 李有安 教授 二一五年六月五日目录摘要：IAbstractII引言11 绪论11.1我国的风能资源11.2风力发电的原理和特点21.3 论文方案概述22 风力机的原理与结构32.1 风力机的原理32.2 风力发电机的主要部件43 电气设计部分63.1 发电机63.1.1发电机的结构与原理63.1.2发电机的励磁73.2整流103.3蓄电池123.3.1蓄电池的分类133.3.2 蓄电池的充放电133.3.3蓄电池供电控制设计
2、143.4 逆变电路143.4.1逆变电路及其工作原理143.4.2逆变器的控制153.4.3电流波形的跟踪控制173.5驱动电路194结论21参考文献22致谢23ContentsAbstractII1 Introduction11.1Our wind resource11.2Principles and characteristics of wind power11.3 Paper Solution Overview22 Principle and structure of the wind turbine32.1 Principle of wind turbines32.2 The mai
3、n components of the wind machine43 Electrical Design section63.1 generator63.1.1Structure and principle of the generator63.1.2Excited generator73.2Rectification103.3Battery123.3.1Battery Categories133.3.2 Battery charge and discharge133.3.3Battery-powered control design143.4 Inverter143.4.1Inverter
4、circuit and how it works143.4.2Inverter control technology153.4.3Current waveform tracking control173.5Drive circuit194 Conclusion21Reference22Acknowledgement23小型家用风力发电毕业论文李函朔（山东农业大学 机械与电子工程学院 泰安 20110827）摘要：风能以一种清洁的 可再生能源的身份走进人们的视野，风力发电也慢慢地成为了前途光明的新兴产业。本论文阐述了小型风力独立发电的设计方案，对风力发电机组的结构和电能变换以及继电控制电台做一些
5、探讨。以风力发电机带动单项交流发电机，通过ACDCAC交直交变换，转化为用户所需的标准交流电。考虑到风力发电的不稳定性，在电路系统中加入蓄电池组，通过控制电路的监控来实现对系统的控制，确保在风力资源充足的情况下将多余的电能进行储能，在风力不足时为系统供电。系统的运行状况采用继电控制电路进行监控和切换。关键词：风力发电 整流 逆变I Household wind Graduation ThesisHanshuo Li(Mechanical & Electrical Engineering College of Shandong Agricultural University, Taian, Sh
6、andong 20110827)Abstract Wind energy in a clean and renewable energy identity into the spotlight, wind power has slowly become a promising new industry. This paper describes the design of small wind power independent of the structure and the wind turbine power conversion and control relay stations d
7、o some research.In the individual wind turbine drive alternators, by AC - DC - AC conversion, the conversion to AC required by the user. Taking into account the instability of wind power, adding battery in the circuit system, monitored by the control circuit to achieve control of the system, to ensu
8、re that sufficient wind resources in the case of the excess energy in the energy storage, when the wind is insufficient power the system. The health system adopts relay control circuit for monitoring and switching.Keywords：wind Power rectification inverterII引言随着社会工业化的脚步不断加快，全球自然资源消耗不断增加，各类工厂所排放的工业有害
9、物质的排放量也与日俱增，我们周围遍布着各类颗粒、细菌，从而造成了疾病的多发、气候的变换异常、自然灾害的增多；因此，环境和能源的问题成了当前的首要难关。日益恶劣的环境问题和有能源问题引发的危机，让人们意识到开发清洁能源和可再生能源已经是刻不容缓。对风力能源的开发和应用就是一个不错的方向。1 绪论风能是一种清洁的、可再生资源在自然资源中储量丰富，但和自然资源中的矿物质燃料如：煤、油、天然气等不同，它不会随着自身的使用而减少，所以可以说它是一种取之不尽用之不竭的自然资源。从第一次工业革命开始，煤等矿物质燃料进入人们的视线便被大量开采，但是矿物质需要大量时间和空间的累积才能形成，是属于不可再生资源；而
10、且燃料的燃烧带来的严重污染问题和温室效应也是刻不容缓的问题；因此风力发电走进人们的视野。风力发电现状与展望全球的风力资源非常丰富风力发电是当今非水可再生资源发电技术中最成熟最具有大规模开发条件和商业化前景的发展方式,风力发电在我国已经成为继水电之后最重要的可再生能源,是近期发展的重点。以下详细介绍了我国风能资源分布,风力发电的现状,并展望了风力发电的发展前景。1.1我国的风能资源我国风能资源比较丰富。根据全国第2次风能资源普查结果,中国陆地风能离地面10m高度的经济可开发量2.53亿kW,离地面50m估计可能增大一倍。近海资源估计比陆地上大3倍,10m高经济可开发量约7.5亿kW,50m高约1
11、5亿kW。我国的风力资源主要分布在两大风带:一是三北地区(东北、华北和西北地区)。包括东北3省和河北、内蒙古、甘肃、青海、西藏、新疆等省区近200km千米宽的地带,可开发利用的风能储量约2亿kW,约占全国可利用储量的79%。该地区风电场地形平坦,交通方便,没有破坏性风速,是我国连成一片的最大风能资源区,有利于大规模地开发风电场。二是东部沿海陆地、岛屿及近岸海域。冬春季的冷空气、夏秋的台风,都能影响到沿海及其岛屿,是我国风能最佳丰富区,年有效风功率密度在200W/m2以上。如台山、平潭、东山、南鹿、大陈、嵊泗、南澳、马祖、马公、东沙等,可利用小时数约在7000至8000h。这一地区特别是东南沿海
12、,由海岸向内陆丘陵连绵,风能丰富地区仅在距海岸50km之内。1.2风力发电的原理和特点风力发电是利用风能来发电，而风力发电机组是是将风能转化为机械能再转化为电能的装置。风轮是风力发电机组的重要组成部分。风轮有两大类，水平式风车（主轴垂直安装）还有垂直式风车（即一直旋转的）， 由叶片和轮毂组成。桨叶片具有良好的动力外形 ，在气流的作用下使风轮旋转将风能转化成机械能，再通过齿轮箱（或是一加速变速箱）增速驱动发电机，将机械能转化为电能。然后紧接着是一台异步发电机（风车通常使用异步发电机，而不是同步发电机，因为同步发电无法保证输出得到频率和转速相同，风车的转速不是一成不变的。）风力带动异步发电机，当桨
13、叶转的快时，产生的电流较大，否则较小；当转速比较小时被检测电路测到，就分离发电机与电网系统的连接，如果不分离，发电机转子转速小于同步转速就变成了电动机，即异步发电机就是异步电动机。按照具体要求具体操作，通过适当的变换调节将电能储存为化学能或并网使用或直接给负载充当电源。风力发电的特点有：（1）清洁、无污染、可再生；（2）分布广泛、适应能力强；（3）风力能量密度低，风能来自空气的流动，风的能量密度只有水的1/816；（4）风力发电的不稳定性，给负荷或电网带来一定的影响；(5)风速的随时变化，发电机要承受交变负荷。风力发电的运行方式主要有两种：一种是独立运行的供电系统，即在没有通电的地方，用小型发
14、电机组为蓄电池充电，再通过逆变器转化为交流电向负载供电；另一种是作为电网的电源，与电网并联运行。本次讨论的是前者，即独立风力发电系统方案。1.3 论文方案概述 该独立风力发电系统结构图如下图11所示。 图11 独立风力发电系统结构简图 系统的具体运行情况如下：（1） 风力吹动桨叶片的转动；（2） 通过齿轮箱的变速功能来提高输出端转轴的转速，转轴与交流发电机相连；（3） 转轴带动三相交流发电机转动，开始发电（此时交流电的频率和幅值都不稳定）；（4） 三项交流电经过整流器的整定变成稳定的直流电；（5） 此时出现两种情况：a 如果风力充足，直流电经过控制电路一部分流向逆变器，另一部分流向蓄电池；b 如果风力不足，控制电路切换至蓄电池供电状态；(6)直流电经逆变器变换为恒频稳定的交流电，向负载供电。2 风力机的原理与结构 风力的使用经过多年的发展和演变，已经形成了很多的形式，但综述归纳起来有两类：a水平轴风力机，桨叶平的旋转转轴与方向平行；b垂直轴风力机，桨叶片的转轴垂直于地面或气流方向。本文采用水平轴风力机。如图21所示。 （a）高速风力机
