小型风力发电系统检测、保护及显示电路的设计

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1、第一章 绪论1.1 研究本课题的背景小型风力发电机不断出现在人们的身边，它作为一种清洁能源产品，越来越被人们 喜欢。在全世界各个国家中，只要经济发展很快的国家，肯定伴随着对能源的大量需求， 并且还在不断增长中，一次性的能源，不断地被大量消耗着。煤、石油、天然气消耗过 程中会产生大量污染物，对环境的破坏很大，地球的负担越来越大，人类的生活坏境不 断变差，能源危机日趋严重。并且，地球上的煤、石油、天然气等都是有限的，不可再 生的。面对这样的现状，可再生资源、无污染物产生的资源不仅进入了人们的视野中， 而且对人们的吸引力也越来越大。 而这些可再生的能源主要有太阳能、 风能、潮汐能等， 这些能源都是可

2、再生，可持续利用的资源，并且还能够再开发使利用率再次提升。然而 风能技术已经非常成熟了， 经济可行性又高， 利用风能的优势远远大于其他可再生能源， 风作为我们身边最常见的能源， 人们对风能的研究已经能不断地提高其转换成电能的效 率了。风能由太阳能折射热引起，风能其实就是太阳能转换的。太阳的能量照射到地球 表面，因为就算相邻的地方受热也不一样，这就引起大气的对流运动从而产生了风。对 可再生资源风能的研究，一方面，风能是可再生，无污染，对环境保护很有利；另一方 面，风能的有效利用更能适度缓解对不可再生资源的消耗。1.2 国内外风力发电的实际情况1.2.1 国外风力发电的实际情况在 2013 年全年

3、的风力发电新增加的装机容量上没有前一年的新增装机容量多，全 球累计装机容量同比增长百分之十二点五，这一年共有 24 个国家的风力发电装机容量 超过一吉瓦。全球共有 80 个国家拥有风力发电装机能力。2013 年全球风力发电年增总装机容量为三十五吉瓦， 2014 年全球风力发电年增总 装机容量为四十五吉瓦。全球累计装机容量达到三百一十八点一二吉瓦，同比增长百分 之十二点五。截止到 2013 年底，美国市场的新增装机容量较少，才为 1 吉瓦。这和美 国在 2012年创纪录的十二吉瓦，相比较，美国在 2013 年的装机容量非常明显的减少很 多，全球的风力发电在不断地增长，虽然美国在 2013 年新增

4、的装机量不多，但是风力 发电不仅限于美国， 而对于包括美国在内的全球风力发电的发展大趋势来说都是非常可 观的。近几年来，亚洲的年新增风力发电装机容量一直很好，一直位居全球各大地区的 首位。在 2013 年中亚洲又以十八点二吉瓦的年新增装机容量再一次位居首位，中国和 印度这两个国家依然是引领亚洲风力发电发展的主要国家。在 2013 年期间加拿大实现 了装机总容量为一千五百九十九兆瓦的目标， 加拿大已经成为这一年中的第五位总风力 发电装机的大国。而美国的风力发电装机容量在这一年里非常不乐观，在 2013 年这一 年里美国风力发电市场很是不济， 新增装机的数量不断下降， 这个主要原因是美国的 PTC

5、 政策的影响，因为美国的PTC政策不稳定。然而欧洲在这一年里的风力发电装机容量却 很稳定，在这一年中欧洲总体实现了一万两千三十一兆瓦新增装机容量，其中欧盟 28 国新增装机容量总体已经达到一万一千一百五十九兆瓦。在这一年中，英国和德国这两 个国家的风力发电的发展最好了， 这两个国家的风力发电装机量占欧洲总装机容量近一 半。在2013年中拉丁美洲的风力发电装机总容量的发展又一次突破1GW新增装机总容量达到一千一百六十三吉瓦，累计装机容量为四千八百兆瓦。巴西一直都是拉丁美洲风 力发电的领导者， 2013 年巴西又新增装机容量九百五十二兆瓦，累计装机容量为三千 四百六十一兆瓦。海上风力发电情况，在

6、2013年这一年里，欧洲海上风力发电新增装机容量为一千 五百六十七兆瓦，累计装机容量达到六千五百六十二兆瓦。欧洲海上风力发电大约占到 欧洲 2013年全年风力发电发展的十四个百分点。累计装机容量为六千五百六十二兆瓦 将生产两千四百吉瓦每小时的电量，可以提供给欧洲百分之零点七的电力消费。这一年 中日本已经有四十九点六兆瓦的海上风力发电装机容量， 其中包括四兆瓦漂浮式风电装 机。在 2013 年中，美国风力发电情况不容乐观，美国在这一年中失去了风力发电总装 机容量第一的位置。而维斯塔斯又重回到了榜单的首位，市场占有率达到百分之十三点 一。因为中国对风力发电的需求量不断增加，风力发电在中国不断取得装

7、机容量迅猛提 升的情况，中国企业的占有率也一直位居第二，而德国的紧随中国之后位居第三。在 2014 年里，全球新增风力发电装机总容量首次超过五千千万瓦，高达到五千一 百四十八万千瓦，累计装机容量为三点零七亿千瓦。综合GWEC目关统计数据以及其他相关材料，对 2014年世界主要国家和各地区风力发电发展概况及特点总结以下几点。1）美国风力发电市场有些回暖但是仍然乏力美国在 2014这一年中，新增风力发电装机总容量目对于前一年有所提升，这一年 美国新增风力发电装机总容量为四百八十五万千瓦。 美国累计风力发电装机总容量六千 五百八十八万千瓦， 约占世界总量的百分之十七点八， 继续稳居世界第二。 美国在

8、 2014 年底要进行的风力发电项目规模将近一千三百万千瓦， 这个规模足以使美国在下一年中 风力发电新增规模将要恢复到千万千瓦级别。2）德国风力发电新增规模创近年来新高德国风力发电装机总容量在 2014 年中，新增的装机总容量已经稳居欧洲榜首，在 全世界的排名位居世界第三。 在这一年中德国新增装机容量为五百三十万千瓦其中陆地 上风力发电就有有四百七十五万千瓦，累计装机容量为三千九百一十七万千瓦。德国风 力资源也是非常丰富的，基于风力资源的洁净性，欧洲各国都在努力建设自己国家的风 力发电项目。德国发展风力发电项目的时间比较早，所以德国有很多风力发电机组需要 进行翻新、直接更换或者拆除， 2014

9、 年一共有五百四十四台风机（共计三十六点四万 千瓦）被拆除，因此德国在陆地上风电净增装机实际达到四百三十九万千瓦，还对所有 超过一百万千瓦的风电场进行了一次翻新， 翻新市场规模已经超过十亿欧元。 估计 2015 年德国净装机容量规模大概在三百五十到四百万千瓦之间， 2016 年可能有所回落。3）欧盟新增风力发电装机超过燃煤和燃气新增之和在 2014 年里，德国和英国这两个国家始终还是年新增装机总量最多的国家，在欧 盟各个成员国中，德国和英国的表现非常的好，不仅年新增风力发电装机总量能达到整 个欧盟的一半以上， 而且一下子把整个欧盟的风力发电装机总容量超过了燃煤机和燃气 机的装机总容量，而且欧盟

10、的燃煤和燃气机组退役容量远远超过新增容量。在 2014 年 中，欧盟累计风力发电装机容量已经有一点亿千瓦，而欧盟可再生能源新增装机 2130 万千瓦，已经占到新增装机总容量二千六百九十万千瓦的百分之七十九点一。4）英国、德国继续引领世界海上风力发电发展在 2014 年中，全球各国新增海上风力发电装机已经达到一百七十三万千瓦，累计 海上风力发电装机为八百七十七万千瓦，这其中欧洲新增一百四十八万千瓦，在欧洲累 计海上风力发电装机为八百零五万千瓦。在 2014 年全年，欧洲总共有四百零八台海上 风力发电机组并网发电。英国在海上风力发电方面一直都很不错，德国随着英国排名其 次。英国在过去 3 年中每年

11、新增海上风力发电装机都占世界第一，但是根据项目建设的 进展，2015 年德国最有希望超过英国。 即便如此， 英国累计海上装机容量仍然超过世界 其他国家之和，当然第一海上风力发电大国地位短期内还是难以动摇的。5）印度是个非常缺电的国家，在发展中国家中，印度对电的需求和渴望是非常大 的，印度政府制定了一些鼓励风力发电发展的政策，印度在 2014 年群全年中，新增的 风力发电总装机容量为二百三十二万千瓦，这个不错的表现一下子使印度位居亚洲第 二。印度的风力发电正在新的势头上。 61.2.2 中国风力发电的实际情况 在中国，风力发电起步比较晚，但是国家重视风力发电这项技术带来的可观的 经济效益，还有就

12、是对环境没有任何污染情况，所以国家出台了一些政策和提供了经济 的支持，风力发电在中国才得到快速地发展。 1986 年我国在山东荣成建立了，我国首 个风力发电场，直到 2003 年，我国才建成四十个风力发电场，装机容量刚刚达到五十 六点七万千瓦。小型风力发电机在我国建设的时间较早，目前我国小型风力发电技术已 经较为成熟，对于解决边远地区和沿海地区用电难的问题起到了很大的作用。我国大型 风力发电设备早些年主要依赖进口， 我风电事业一直都和发达国家之间存在很明显的差 距，从发展速度上看，中国也在逐渐追赶外国。虽然小型风力发电技术已经趋于成熟， 但是小型风力发电技术的稳定性有待提高。我国风力资源是非常

13、丰富的，可开发的风力资源更是可观，尤其是近海风力资源， 近海风力资源开发价值更高。我国风力资源丰富的地区主要聚集在我国华北北部，东南 沿海，西北等地区。据统计中国新增风力发电装机容量约占全球的百分之四十五。 中国持续推进全球风 力发电的增长， 现在稳居世界第一， 已经遥遥领先。 2014 年全年我国风力发电新增装机 容量为两千三百三十五万千瓦， 大概占世界全部风力发电新增装机容量的百分之四十五 点二%，据统计装机容量已经达到一点一五亿千瓦，拥有世界风力发电装机全部容量的 百分之三十一。因为中国在风力发电领域的不错表现，所有亚洲也成为全球装机最多的 区域，每年新增装机容量达两千六百一十六万千瓦。

14、1.3 风力发电系统的发展方向1、在我国现阶段的风力开发一点点的开始规范起来了，带动的经济效益也是非常 可观的，而且我国风力发电的前景也是非常好的。今年我国装机总量还在不断提升，进 行的装机计划和下的订单可以一直进行到明年，势头非常的好。虽然发展难免会遇到些 问题，但是只要国家支持，相应的政策稳定，我国的风力资源就会实现可持续发展，我 国的风力资源就能较快的发展，持续增长。2、因为逐年增长的风力发电规模，一些很好地收益难以实现，弃风限电等问题不 断出现，管理就算加强了，都难以解决这些问题，这些问题如果持续发展，将会给开发 商和国家带来不可估量的阻力， 所以我们需要对风电机组制造输出的质量标准进

15、行规范 化。3、我国风力发电运行和维护的商家不断出现和壮大，他们获得了很好地发展。我 国因为风力发电装机容量增加迅猛，那么运行维护的需求就会逐渐增加，我国现在平均 每年增加一万多台风力发电机组，而且我国每年需要维护的发电机组将近十万台左右， 早期生产安装的风力发电机组，已经运行了这么多年了，难免会出现质量等问题。除此 之外，我国每一年都有很多风力发电机组过了保质期需要进行维护，所以需要运行和维 护的风力发电机正向运维市场推进。 现在在做风力发电机组运行和维护的不仅有运营开 发商和整机制造商，还有许多风电运行和维护企业也在做，并且把风力发电机组的运行 维护进行了实际的专业化，规模化。4、我国领土

16、非常大，不仅陆地领土大，而且海洋领土也很大，当然海上的风力资 源也异常的丰富， 我国规定的海上电价政策的出台对海上风力发电有很大的推动发展作 用。5、机组技术的快速发展。随着我国风力发电技术的不断创新和提升，在两兆瓦及 以下风力发电机组的生产已经非常成熟，风力发电机组在设计方面更加智能化和细分 化，更加因地制宜的使用风力发电机组了 ; 三兆瓦及以上的大型风力发电机组以及海上 风力发电机组技术发展迅速， 已经有很多非常好用的甚至达到兆瓦级海上风力发电机组 产品成功研发并投入试验和批量供货。6、我国在新的十三五规划中，我国国内风电新增装机容量很可能达到一亿千瓦， 平均每年新增风力发电装机容量达两千万千瓦。我国经济要很好地发展，生态也要保护 好，基于这种挑战，一切不适合可再生能源发展的，都要革除。第二章 小型风力发电系统概述2.1 小型风力发电的定义国际电工委员根据小型风力发电机组最新标准 IEC61400-2 定义的小型风力发电 机组（Smal