《小型家用风力发电系统的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《小型家用风力发电系统的设计（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、毕业设计（论文）专用纸 毕 业 设 计（论 文） 题 目 小型家用风力发电系统 的设计 姓 名 学 号 所在学院 专业班级 指导教师 日 期 年 月 日原创性明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授书本学位论文作者完全了解学院有关保管、使用学位论文的规定，同意学 院保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学
2、位论文评选机构将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密 ，在 年解密后适用本授权书。2、不保密 （请在以上相应方框内打“”）作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日摘 要随着环境问题和化石能源危机日益加剧，各国都在寻找新的可代替能源来解决能源危机和环境污染。风能和太阳能一样也是取之不尽的一种可再生能源，风力发电成为现在人们利用风能的一种主要形式，小型风力发电构成的家用分布式发电系统在未来更具有利用前景。因此对小型家用风力发电系统的研究有很多实用性和价值。本文设计的家用风力发电系统选
3、用单片机STC89C52为控制核心设计了系统电路，实现由蓄电池电能逆变为小型家用电器实用的24V50Hz的交流电。对风力发电原理及逆变的必要性做了重点介绍，分析了设计的电路各个模块工作原理，给出了系统的原理图和软件设计流程图。设计的家用发电系统经济成低、实用性强。关键词：风力发电，单片机，蓄电池，逆变AbstractAs environmental issues and fossil energy crises intensify, countries are looking for new alternative energy sources to address energy crises
4、 and environmental pollution. Wind energy is just as inexhaustible as renewable energy. Wind power has become a major form of wind energy utilization. The home distributed power generation system consisting of small wind power generation has more prospects in the future. Therefore, research on small
5、 household wind power generation systems has many practicalities and values.The household wind power system designed in this paper selects the single-chip STC89C52 to design the system circuit for the control core, and realizes the 24V50Hz AC which is practically used by the battery power inverter f
6、or small household appliances. The principle of wind power generation and the necessity of inverter are introduced. The working principle of each module of the designed circuit is analyzed. The schematic diagram of the system and the flow chart of software design are given. The designed household po
7、wer generation system is economically low and practical.Key Words: Wind Power, Single Chip, Battery,Inverter目 录1 绪论11.1 课题研究背景11.2 课题的目的和意义11.3 国内外研究现状21.4 主要研究的内容22 风力发电系统设计要求及原理分析42.1 系统设计的目标42.2 风力发电原理42.3 风力发电系统结构及组成42.4 逆变电路设计原理52.5 本章小结63 风力发电系统逆变器方案与硬件设计73.1 风力发电系统的总体方案设计73.2 逆变器的设计73.3 逆变控制单
8、片机选择83.4 电源模块103.5 SPWM产生电路103.6 MOSFET驱动电路113.7 本章小结114 逆变器仿真与调试分析124.1 仿真模型建立124.2 仿真结果分析134.3 系统实验测试分析144.5 本章小结165 总结与展望17致 谢18参考文献19第V 页1 绪论1.1 课题研究背景 能源是发展国民经济和提高人民生活的重要物质基础，是经济发展的“火车头”，能源已成为制约国民经济发展的重要因素。社会经济发展推动能源需求的持续增长，要求不断开发新的能源。虽然，人类的技术进步旨在提高能源的利用效率、减少能源的消耗，但现今的能源生产量依然满足不了人类发展的需求。由于对能源的渴
9、求，人们无节制地开采石油、煤炭、天然气等这些埋在地层深处的维系人类生存的“能源食粮”，不仅严重地污染了我们的生存空间，恶化了自然环境，而且带来了更可怕的恶果一能源枯竭。传统化石能源资源的诚少，引发的石油危机和石油总体价格的攀升，已在向世人警示能源安全问题,引起对能源安全的广泛担忧。现实告诫人们，要生存就必须寻求开发新能源。风能和现在的太阳能、水能一样也是清洁的可再生能源，水利发电已经在大规模应用，由于风能和太阳能的特殊性，这几年刚取得发展，但是应用前景更加广阔，特别是家庭用的小型分布式发电。相比较大型的水利发电和风电场发电，小型的分布范围广，灵活性强，普遍得到社会的认可。1.2 课题的目的和意
10、义风能的利用有着悠久的历史。近年来，资源的短缺和环境的日趋恶化使世界各国开始重视开发和利用可再生、且无污染的风能资源。自80年代以来，风能利用主要趋势是在风力发电。我国地域辽阔，广大边远山区、沿海岛屿和少数民族地区地广人稀、交通不便，利用大电网的延伸解决供电问题非常困难，而这些地区风力资源往往又比较丰富。充分利用这些地区的风力资源来解决无电、缺电问题，对改善当地人民的生活水平，发展地方经济具有深远的意义。小型风力发电系统具有机组投资小，使用灵活，非常适用于解决居住相对分散、风力资源较好的无电地区居民的基本生活用电及部分小型生产用电问题。小型风力发电技术作为农村能源的组成部分，它的进一 步推广应
11、用，将会推动农村能源的发展，对于改善用能结构，特别是边远山区等的生产、生活用能，推动生态和环境建设诸领域的发展将发挥积极作用，具有广阔的市场前景。风能具有随机性和不确定性，风力发电系统是一个复杂系统。简化小型风力发电系统的结构、降低成本、提高可靠性及实现系统优化运行，具有重要的理论意义和实际应用价值。1.3 国内外研究现状国外：进入21世纪，全球可再生能源也在不断发展，而在可再生能源中风能始终保持最快的增长态势，并成为继石油燃料、化工燃料之后的核心能源，目前世界风能发电厂以每年32%的增长速度在发展，2008 年初，全球风力发电机容量达5000万MW。由此可见，风电正在以超出预期的发展速度不断
12、增长。国内：我国幅员辽阔，陆疆总长达2万多公里，还有18000多公里的海岸线，边缘海中有岛屿5000多个,，风能资源丰富。我国现有风电场场址的年平均风速均达到6米/秒以上。一般认为，可将风电场风况分为3类:年平均风速6米/秒以上时为较好; 7米/秒以上为好; 8米/秒以上为很好。可按风速频率曲线和机组功率曲线，估算国际标准大气状态下该机组的年发电量。我国相当于6米/秒以上的地区，在全国范围内仅仅限于较少数几个地带。由于发展时间尚短，我国风力发电存在一些不足。目前，我国尚未建立风资源数据库，现有的全国风资源分布图很粗，无法满足现在风电场选址的要求，迫切需要进一步细化。我国对风资源的测量和分析方法
13、不够完善，尤其是对复杂地形，在选择测风点和风资源分析方面缺少先进的技术和经验。风电场优化设计方面技术比较落后，缺乏先进的工具和系统的方法。我国风电场的运行和维护水平与国外风电场及国内火电生产和运行相比，也有明显的差距。1.4 主要研究的内容为了大力发展新能源发电，本文设计的小型家用风力发电系统，适应现在国家分布式能源的发展要求，设计了的系统能够将风能转化为电能，并利用蓄电池存储。并通过设计的逆变器为家庭各个电器提供电源。第一章首先讲述了本课题研究的背景及意义，分析了国内外当前的研究状况，对本文的主要研究内容做了纲领性的介绍和分析。第二章是主要从系统设计需要的理论济宁分析，结合系统的设计目标对风
14、力发电的原理进行了重点分析，给出了风力发电系统的结构及组成框图，详细分析了逆变电路的原理。第三章主要对系统的逆变器和硬件电路进行了设计，包块单片机模块的选择和模块介绍，最小系统电路的搭建。对系统供电的电源模块、SPWM产生电路和开关器件的驱动电路进行了设计和分析，达到了系统的硬件需求。第四章主要是给出了小型家用风力发电系统重要的逆变器进行仿真实验，建立了仿真模型，并对仿真结果进行了分析，与实验调试进行结合，能够满足系统的设计指标要求。2 风力发电系统设计要求及原理分析2.1 系统设计的目标通过风力发电机实现了将风能转化为电能，并利用蓄电池存储。设计一风力发电机，完成电机、扇叶、动力系统等设计。
15、利用蓄电池作为逆变器电源，将蓄电池电压转变成家用交流24V电源，为家庭各个电器提供电源。达到以下目标：过风力发电机实现了将风能转化为电能，并利用蓄电池存储。利用蓄电池作为逆变器电源，将蓄电池电压转变成家用交流24V电源。设计一逆变电路将蓄电池电压转换成交流正弦50Hz/24V电源，为家电提供电源，逆变器功率不低于100W。2.2 风力发电原理风力发电就是利用风力发电机把风能转换成电能，风力发电机是风能转化成电能的装置，又风吹动风力机带动变速箱，这样发电机就被快速带动转起来，风力发电机把风能转化成电能的工作过程如图2.1所示。空气流动造成一定气压差形成风力作用在风机的叶片上，带动变速箱中的齿轮传动装置旋
