微型風力發(fā)電演示系統(tǒng)設計分解

1、成績：學院：專業(yè)：班號：項目研究報告微型風力發(fā)電演示系統(tǒng)設計新能源的現(xiàn)代化應用學號：姓名：手機號碼：E-mail ：摘要根據(jù)現(xiàn)有的技術水平，只需微風（大約 3 米 / 秒）即可實現(xiàn)發(fā)電功效，但是供電的可靠性非常差，而這套風力發(fā)電演示系統(tǒng)就是基于這種不穩(wěn)定性而設計的，目的在于減弱外部的因素引起的風力發(fā)電的不穩(wěn)定。這套系統(tǒng)將風力發(fā)電機產(chǎn)生的電流進行穩(wěn)流處理，達到外部設備工作需要的功率和頻率，從而輸出特定的穩(wěn)定電流供外部設備工作使用。同時這套系統(tǒng)可以實現(xiàn)電流穩(wěn)壓的同步處理，消除了時間差對于設備的損害。關鍵詞：風力發(fā)電，同步調(diào)整，穩(wěn)流處理,。中圖分類號：文獻標識碼：論文類別：C、科技發(fā)明制作項目研究類

2、別：E、能源化工（包括能源、材料、石油、化學、化工、生態(tài)、環(huán)保等）Title:The design of micro wind power demonstration system- modernization of new energyAbstract： According to the current level of technology, just the breeze (about 3 m/ s) can realize the power北京理工大學導航通信技術與應用2012-2013-2結課論文efficiency, but the reliability of power su

3、pply is very poor, and this set of wind power demonstration system is designed based on this instability, the aim of factors weakened external wind instability. This system will flow processing current generated by the wind power generator,to achieve external equipment needs of the power and frequen

4、cy, and thus the output stable current specific for external equipment use. Synchronous processing at the same time the system can realize the current regulator, eliminate the time difference for equipment damage.Keywords： Wind power, steady flow processing, synchronous adjustment.1 引言風能作為一種清潔能源，在當今

5、社會有了十分廣泛的應用。但是由于風力能源本身所具有的不穩(wěn)定性嚴重影響了風能發(fā)電的并網(wǎng)的利用。所以，這套微型風力發(fā)電系統(tǒng)就是一套以穩(wěn)流為主要目的的設備。并且微型的發(fā)電系統(tǒng)也一改過去的那種體積龐大的風力發(fā)電機的弊端。這樣的設計可以實現(xiàn)風能的更加廣泛的利用。甚至人們可以根據(jù)自身需求，在緊急時刻利用風能小范圍發(fā)電。并且，該系統(tǒng)還嘗試了內(nèi)部的儲電的設計，對于其他風力發(fā)電機的設計具有很大的借鑒意義。并且，這套系統(tǒng)的穩(wěn)流部分由一個電力電子借口組成。電力電子接口主要由兩個模塊組成:第一個模塊是功率調(diào)節(jié)模塊,根據(jù)風能和負載用電量來調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率匹配自動跟蹤其功率點;第二個模塊為充放電控制模塊。1.1立項依據(jù)1.1

6、.1項目研究或論文選題的目的及意義這套系統(tǒng)將風力發(fā)電機產(chǎn)生的電流進行穩(wěn)流處理，達到外部設備工作需要的功率和頻率，從而輸出特定的穩(wěn)定電流供外部設備工作使用。同時這套系統(tǒng)可以實現(xiàn)電流穩(wěn)壓的同步處理，消除了時間差對于設備的損害。1.1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀分析1974 年起，美國開始對風能利用技術進行系統(tǒng)的研究，能源部對風能項目的投資已超過25 億美元。許多著名大學和研究機構都參與了風能的研究與開發(fā)。隨著常規(guī)化石能源的消耗和環(huán)境污染日益嚴重，世界各國都紛紛出臺各項政策，大力支持發(fā)展可再生能源，強力推進節(jié)能減排，打造低碳經(jīng)濟。在目前已經(jīng)開發(fā)利用的可再生清潔能源中，風力發(fā)電是發(fā)展最快，技術最成熟，也是最具有大規(guī)

7、模開發(fā)利用前景和市場競爭力的發(fā)電方式。近些年來，我國風力發(fā)電發(fā)展迅猛。據(jù)全球風能理事會消息，2009 年全球風電總裝機容量達到157.9GW但新增裝機容量中有近三分之一來自中國。中國風電裝機容量連續(xù)第5 年實現(xiàn)100%增長， 2009 年增加到了26.1 kMW ，超過德國成為全球第二大風電國家。按照中國資源綜合利用協(xié)會可再生能源專業(yè)委員會的估計，2010 年底，中國風電裝機容量有望超過歐美，成為世界風電第一大國，預計到2020 年我國風力裝機容量將達到1.5 億 kW 。眾所周知，風電具有隨機性、間歇性特性，大規(guī)模風電并網(wǎng)將給電力系統(tǒng)帶來一系列挑戰(zhàn)，嚴重影響了電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、電能質量以

8、及經(jīng)濟性。隨著我國風電大規(guī)模發(fā)展，風力發(fā)電在電力系統(tǒng)中所占的比重將會越來越大。研究表明，如果風電裝機容量占1北京理工大學導航通信技術與應用2012-2013-2結課論文電網(wǎng)總容量的比例達到20% 以上，電網(wǎng)的調(diào)峰能力和安全運行將面臨巨大挑戰(zhàn)。我國多數(shù)風電場由于位于電網(wǎng)末梢，電網(wǎng)建設會相對薄弱，風電場輸出功率的波動嚴重時可能導致電網(wǎng)系統(tǒng)崩潰。因此，風電大規(guī)模發(fā)展必須有大規(guī)模先進儲能技術作支撐。對于并網(wǎng)風電系統(tǒng)，配套適當容量的儲能系統(tǒng)，可以在很大程度上解決風力發(fā)電的隨機性、波動性問題，平滑風電輸出功率，提高風電的可控性，保證風力發(fā)電連續(xù)性和穩(wěn)定性，減小風電輸出功率波動性對電網(wǎng)的影響，使大規(guī)模風電能

9、夠方便可靠地并入常規(guī)電網(wǎng)，很好解除風電場難并網(wǎng)運行的瓶頸；通過合理配置還能有效增強風電機組的低電壓穿越（LVRT ）能力，增大風電穿透功率（WPP）；同時可以用于電網(wǎng)的“削峰填谷”，降低電網(wǎng)調(diào)峰負擔，增加風電的經(jīng)濟效益和使用價值。對于風電離網(wǎng)系統(tǒng)，配套適當容量的儲能系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮風電分布式供電優(yōu)勢和風力發(fā)電的作用。1.1.3相關文獻綜述風電場由于受風速所固有的隨機波動性和間歇性的影響，其輸出功率會隨機波動，因此，大規(guī)模風電場并網(wǎng)會影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。特別是定速異步風電機組和現(xiàn)在主流雙饋機型，由于異步風電機組在啟動及運行過程中需吸收大量無功，從而導致風電場接入電網(wǎng)公共點的電壓波動，引起閃變，

10、對于電網(wǎng)薄弱地區(qū)很容易引起電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性問題；而在有功備用不足的孤立電網(wǎng)中，過高比例的風電將會導致系統(tǒng)調(diào)頻困難，頻率穩(wěn)定問題突出。目前，我國已并網(wǎng)運行的風電機組主要有異步電機、雙饋電機和永磁同步電機三種，風電機組還不具備常規(guī)機組所具有的低電壓穿越能力，抗電網(wǎng)故障能力弱。當電網(wǎng)故障或受到?jīng)_擊時出現(xiàn)電壓閃變時，風電機組往往為保護機組自動切除，使電網(wǎng)故障處理變得更加困難，有可能導致事故擴大、甚至引發(fā)電網(wǎng)電壓崩潰，嚴重威脅電網(wǎng)的安全運行。隨著風力發(fā)電大規(guī)模發(fā)展，風電滲透率不斷增加，目前世界各國電力系統(tǒng)對風電場接入電網(wǎng)時的要求越來越嚴格。國家電網(wǎng)2009 年印發(fā)了國家電網(wǎng)公司風電場接入電網(wǎng)技術規(guī)定（修訂

11、版）中明確指出，風電場在任何運行方式下，應保證其無功功率具有一定的調(diào)節(jié)容量；當風電場并網(wǎng)點的電壓偏差在正負10%之間時，風電機組應保持正常運行；在電壓跌落至20%時要求機組并網(wǎng)運行625 ms；當?shù)浒l(fā)生3s 內(nèi)能夠恢復到額定電壓的90%時，風電機組保持并網(wǎng)運行的低電壓穿越要求。這就要求風電機組在電網(wǎng)故障時必須具備一定的低電壓穿越能力，并能向電網(wǎng)提供一定的無功以支持電網(wǎng)電壓。風力發(fā)電的原理,是利用風力帶動風車葉片旋轉,再透過增速機將旋轉的速度提升,來促使發(fā)電。 依據(jù)目前的風車技術,大約是每秒三米的微風速度(微風的程度 ),便可以開始發(fā)電。風能發(fā)電的主要形式有三種：一是獨立運行；二是風力發(fā)電與其

12、他發(fā)電方式(如柴油機發(fā)電)相結合；三是風力并網(wǎng)發(fā)電。由于并網(wǎng)發(fā)電的單機容量大、發(fā)展?jié)摿Υ?，故本文所指的風電，未經(jīng)特別說明，均指并網(wǎng)發(fā)電。1、小型獨立風力發(fā)電系統(tǒng)小型獨立風力發(fā)電系統(tǒng)一般不并網(wǎng)發(fā)電，只能獨立使用，單臺裝機容量約為100 瓦 -5 千瓦，通常不超過10 千瓦。它的構成為：風力發(fā)電機充電器數(shù)字逆變器。風力發(fā)電機由機頭、轉體、尾翼、葉片組成。葉片用來接受風力并通過機頭轉為電能；尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的風能；轉體能使機頭靈活地轉動以實現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能；機頭的轉子是永磁體，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能。因風量不穩(wěn)定，故小型風力發(fā)電機輸出的是13 25V 變化的交流電，須

13、經(jīng)充電器整流，再對蓄電瓶充電，使2北京理工大學導航通信技術與應用2012-2013-2結課論文風力發(fā)電機產(chǎn)生的電能變成化學能。然后用有保護電路的逆變電源，把電瓶里的化學能轉變成交流220V 市電，才能保證穩(wěn)定使用。2、并網(wǎng)風力發(fā)電系統(tǒng)德國、丹麥、西班牙等國家的企業(yè)開發(fā)建立了評估風力資源的測量及計算機模擬系統(tǒng)，發(fā)展變槳距控制及失速控制的風力機設計理論，采用新型風力機葉片材料及葉片翼型，研制出變極、變滑差、變速恒頻及低速永磁等新型發(fā)電機，開發(fā)了由微機控制的單臺及多臺風力發(fā)電機組成的機群的自動控制技術，從而大大提高了風力發(fā)電的效率及可靠性。在此基礎上，風力發(fā)電機單機裝機容量可以達到600 千瓦以上。

14、 不少國家建立了眾多的中型及大型風力發(fā)電場，并實現(xiàn)了與大電網(wǎng)的對接。現(xiàn)代風力發(fā)電機多為水平軸式。一部典型的現(xiàn)代水平軸式風力發(fā)電機包括葉片、輪轂(與葉片合稱葉輪 )、機艙罩、齒輪箱、發(fā)電機、塔架、基座、控制系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、液壓裝置等。其工作原理是：當風流過葉片時，由于空氣動力的效應帶動葉輪轉動，葉輪透過主軸連結齒輪箱，經(jīng)過齒輪箱(或增速機 )加速后帶動發(fā)電機發(fā)電。目前也有廠商推出無齒輪箱式機組，可降低震動、噪音，提高發(fā)電效率，但成本相對較高。風力發(fā)電機并不能將所有流經(jīng)的風力能源轉換成電力，理論上最高轉換效率約為59%，實際上大多數(shù)的葉片轉換風能效率約介于30-50%之間，經(jīng)過機電設備轉

15、換成電能后的總輸出效率約為20-45% 。一般市場上風力發(fā)電機的啟動風速約為 2.5-4 米/ 秒，于風速 12-15米秒時達到額定的輸出容量。當風速更高時，風力發(fā)電機的控制機構將力輸出穩(wěn)定在額定容量左右， 為避免過高的風速損壞發(fā)電機，大多于風速達 20-25米 /秒范圍內(nèi)停機。 一般采用旋角節(jié)制或失速節(jié)制方式來調(diào)節(jié)葉片之氣動性能及葉輪的輸出。依據(jù)目前的技術， 3 米 /秒左右的風速 (微風的程度 )便可以進行發(fā)電。 但在進行風場評估時，通常要求離地10 米高的年平均風速達到5-5.5 米 /秒以上。風機葉片從風的流動獲得的能量與風速的三次方成正比。風速之外，葉輪直徑?jīng)Q定了可擷取風能的多寡，約

16、與葉輪直徑平方成正比。葉片的數(shù)量也會影響到風機的輸出。一般來說，2 葉、3葉風機效率較高力矩較低，適用于發(fā)電。此外?，F(xiàn)代風機的葉片多采用機翼的翼型。近年來，風電機組技術改進的主要方向是降低制造成本、提高單機容量、提高風能轉換效率、自動控制等。主流風電機組的單機容量為600-2000 千瓦，容量越大，發(fā)電效率越高，技術難度越大。目前，國內(nèi)單機容量 750-2000 千瓦的機組最受歡迎。 國外正在開發(fā)、 應用的機組單機容量是3000-5000 千瓦。2003年，德國 Enercon 公司安裝了第一臺 4500 千瓦的風電機組樣機。目前商用大型風力發(fā)電機組一般為水平軸風力發(fā)電機，它由風輪、增速齒輪箱

17、、發(fā)電機、偏航裝置、控制系統(tǒng)、塔架等部件所組成。風輪的作用是將風能轉換為機械能，它由氣動性能優(yōu)異的葉片（目前商業(yè)機組一般為 2 3 個葉片）裝在輪轂上所組成，低速轉動的風輪通過傳動系統(tǒng)由增速齒輪箱增速，將動力傳遞給發(fā)電機。上述這些部件都安裝在機艙平面上，整個機艙由高大的搭架舉起，由于風向經(jīng)常變化，為了有效地利用風能，必須要有迎風裝置，它根據(jù)風向傳感器測得的風向信號，由控制器控制偏航電機，驅動與塔架上大齒輪咬合的小齒輪轉動，使機艙始終對風。風電機組的功率調(diào)節(jié)有兩種方式，一種是失速調(diào)節(jié)，另一種是變槳距調(diào)節(jié)即葉片可以繞葉片上的軸轉動，改變?nèi)~片氣動數(shù)據(jù)，實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)；整臺機組由電控系統(tǒng)進行監(jiān)視與控制，

18、可以實現(xiàn)無人操作管理。風力發(fā)電機主要包括水平軸式風力發(fā)電機和垂直軸式風力發(fā)電機等。其中，水平軸式風力發(fā)電機是目前技術最成熟、生產(chǎn)量最多的一種形式。它由風輪、增速齒輪箱、發(fā)電機、偏航裝置、控制系統(tǒng)、塔架等3北京理工大學導航通信技術與應用2012-2013-2結課論文部件所組成。風輪將風能轉換為機械能，低速轉動的風輪通過傳動系統(tǒng)由增速齒輪箱增速，將動力傳遞給發(fā)電機。整個機艙由高大的塔架舉起，由于風向經(jīng)常變化，為了有效地利用風能，還安裝有迎風裝置，它根據(jù)風向傳感器測得的風向信號，由控制器控制偏航電機，驅動與塔架上大齒輪嚙合的小齒輪轉動，使艙始終對風。風力發(fā)電場（簡稱風電場），是將多臺大型并網(wǎng)式的風力

19、發(fā)電機安裝在風能資源好的場地，按照地形和主風向排成陣列，組成機群向電網(wǎng)供電。風力發(fā)電機就像種莊稼一樣排列在地面上，故形象地稱為 “風力田 ”。風力發(fā)電場于20 世紀 80 年代初在美國的加利福尼亞州興起，之前世界上最大的風電場是洛杉磯附近的特哈查比風電場，裝機容量超過50 萬千瓦，年發(fā)電量為14 億千瓦 時，約占世界風力發(fā)電總量的 23。風力發(fā)電的優(yōu)越性可歸納為三點：第一，建造風力發(fā)電場的費用低廉，比水力發(fā)電廠、火力發(fā)電廠或核電站的建造費用低得多； 第二，不需火力發(fā)電所需的煤、 油等燃料或核電站所需的核材料即可產(chǎn)生電力，除常規(guī)保養(yǎng)外，沒有其他任何消耗；第三，風力是一種潔凈的自然能源，沒有煤電、

20、油電與核電所伴生的環(huán)境污染問題。風力發(fā)動機的風輪與紙風車轉動原理一樣，但是，風輪葉片具有比較合理的形狀。為了減小阻力，其斷面呈流線型。前緣有很好的圓角，尾部有相當尖銳的后緣，表面光滑，風吹來時能產(chǎn)生向上的合力，驅動風輪很快地轉動。對于功率較大的風力發(fā)動機，風輪的轉速是很低的，而與之聯(lián)合工作的機械，轉速要求較高，因此必須設置變速箱，把風輪轉速提高到工作機械的工作轉速。風力發(fā)動機只有當風垂直地吹向風輪轉動面時，才能發(fā)出最大功率來，由于風向多變，因此還要有一種裝置，使之在風向變化時，保證風輪跟著轉動，自動對淮風向，這就是機尾的作用。風力發(fā)動機是多種工作機械的原動機。利用它帶動水泵和水車，就是風力提水

21、機；帶動碾米機，就是風力碾米機；此類機械統(tǒng)稱為風能的直接利用裝置。帶動發(fā)電機的就叫風力發(fā)電機。它們均由兩大部分組成，一部分是風力發(fā)動機本體和附件，是把風能轉化為機械能的裝置；另一部分是電氣部分，包括發(fā)電機及電氣裝置，把機械能轉化為電能，并可靠地提供給用戶。小風力發(fā)電機的容量不大，功率一般從幾瓦到幾千瓦，大都具有結構簡單，搬運方便的優(yōu)點。按風力發(fā)動機與發(fā)電機的連接方式分，有變速連接的和直接連接的兩種。在風能的利用中，蓄能是一個重要的問題。特別是對于風力發(fā)電，在很大程度上，其生命力由蓄能裝置（如蓄電池）的可靠程度來決定。有了蓄能裝置，在有風的時候，把多余的能量儲存起來；在無風時，輸出應用。各種蓄能

22、方式的研究是風能利用的一個急待解決的重要任務。1.2 項目介紹1.2.1項目研究內(nèi)容這套系統(tǒng)將風力發(fā)電機產(chǎn)生的電流進行穩(wěn)流處理，達到外部設備工作需要的功率和頻率，從而輸出特定的穩(wěn)定電流供外部設備工作使用。同時這套系統(tǒng)可以實現(xiàn)電流穩(wěn)壓的同步處理，消除了時間差對于設備的損害。該系統(tǒng)還嘗試了內(nèi)部的儲電的設計，對于其他風力發(fā)電機的設計具有很大的借鑒意義。并且，這套系統(tǒng)的穩(wěn)流部分由一個電力電子借口組成。電力電子接口主要由兩個模塊組成:第一個模塊是功率調(diào)節(jié)模塊 ,根據(jù)風能和負載用電量來調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率匹配自動跟蹤其功率點;第二個模塊為充放電控制模塊。1.2.2研究目標通過這套系統(tǒng)的分析與設計，實現(xiàn)風力發(fā)電的穩(wěn)

23、流化處理。最終能夠將風力發(fā)電所產(chǎn)生的不穩(wěn)定電流轉化為穩(wěn)定的電流，就可以一方面并入國家電網(wǎng)，另一方面可以自己使用一些電器。通過這樣的研究最后4北京理工大學導航通信技術與應用2012-2013-2結課論文要達到這樣的效果：可以將風力發(fā)電產(chǎn)生的電流實現(xiàn)穩(wěn)流利用。1.3 擬解決的關鍵問題關于起穩(wěn)流作用的電力電子接口的設計。通過這個接口可以實現(xiàn)外來電粗范圍穩(wěn)定再進行內(nèi)部的儲電器件實現(xiàn)真正意義上的穩(wěn)流。而這個電力電子的借口需要兩個基本的模塊。關于這兩個模塊的設計便是需要解決的關鍵問題。1.3.1技術關鍵風力發(fā)電機葉片部分的工作效率可根據(jù)公式P0.49V 3D 2CP得出。其中P 為葉片發(fā)電功率 ;V 表額

24、定風速 ,即無限遠來流速度 ;D 為風輪直徑 ;Cp 是功率系數(shù)。風輪葉片是風力發(fā)電機的關鍵部件。 它的平面形狀與剖面幾何形狀和風力機空氣動力特性密切相關,特別是剖面幾何形狀即翼型氣動特性的好壞,將直接影響風力發(fā)電機的風能利用系數(shù)。為了確定風機葉片的大致參數(shù),需要知道以上各量的值。對于室內(nèi)的演示實驗,風輪直徑應在1m 以內(nèi)。同時演示實驗的最終演示結果是對40W 燈泡供電 ,因此考慮功率損失,葉片發(fā)電功率在 50W左右。功率系數(shù)Cp 可由貝茨理論確定。貝茨理論假定風輪是一平面槳盤;通過風輪的氣流無阻力;風輪掃掠面上氣流是均勻的;氣流速度方向在通過風輪前后都沿軸線。設 V 為風輪前方遠處的風速，V

25、1 為通過風輪截面A 的實際速度 ,V2 為風輪后方遠處的風速,通過風輪的氣流在風輪前方的截面為A1,A1, 在風輪后方的截面為A2 。由能量守恒定律 ,流體動量方程及力與作功關系分別有Em (V127V227 )FV172Emax8 p7 AV 3727由定義 ,風能利用系數(shù)Cpmax=Emax/Em, 其中Em1PAV32160.5937所以， C p max277Cpmax 給出理想風輪的最大理論效率,就是貝茨極限。 通常風輪葉片接受風能的效率達不到此值。根據(jù)已有經(jīng)驗 ,Cp 在工程中一般取為0.35。這樣可確定額定風速V 約為 6.6m/s。葉片的理論計算參數(shù)確定后,結合市售基本葉片型

26、號,選用的葉片參數(shù)如下:中心槳距 50cm,起動風速約7m/s,發(fā)電功率約 50w。功能模塊由風光互補控制器、蓄電池、逆變器等則組成。設計中需要考慮各部分之間的工作過程與相互關系。風力發(fā)電系統(tǒng)的工作過程是,當風力達到并穩(wěn)定在一定的風速時,風力發(fā)電機將風能持續(xù)不斷地轉換為交流電能。在有陽光充足照射的情況下,光伏太陽能電池板(四塊太陽電池板構成共30W), 將太陽能直接轉換成直流形式的電能。風能和光能轉化的電能在控制器的配合下同時向蓄電池充電。蓄電池起著儲存和調(diào)節(jié)電能的作用在環(huán)境改變時維持電量的恒定。為了對蓄電池的工作狀態(tài)進行變換和調(diào)節(jié)就需要設計專門的控制器,它可根據(jù)風力的大小、日照的強弱及負荷的

27、變化,使蓄電池在充、放電等多種工作狀況下運行,以保證風光互補發(fā)電系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。我們設計的控制器采用PWM 方式控制風機和太陽能電池對蓄電池5北京理工大學導航通信技術與應用2012-2013-2結課論文進行限流限壓充電,即在蓄電池電量較低時,采用限流充電,當風機和太陽能總充電流小于限電流時,風機和太陽能的全部能量給蓄電池充電。當風機和太陽能總電流大于限流點時,以限流點的電流給蓄電池充電,多余的能量通過PWM 方式卸載 ; 在蓄電池電量較高時,采用限壓充電,當蓄電池電壓低于限壓點時,風機和太陽能的能量全部給蓄電池充電,當蓄電池電壓達到限壓點時,風機和太陽能會以限壓點對蓄電池充電,多余的

28、能量通過 PWM 方式卸載。控制器具有完善的保護功能,包括 :太陽能電池防反沖、蓄電池過充電、蓄電池過放電、負載短路、過載、風機限流、風機自動剎車?？刂破鞯囊壕K顯示蓄電池電壓、風機電壓、光電池電壓、風機功率、光電池功率、風機功率、光電池功率、風機電流、光電池電流、蓄電池電量狀態(tài)。逆變器將12V 的直流電轉換成 220V 、50Hz 的交流電或其它類型的交流電,以便供給負載使用。逆變器利用電子元件對直流電進行開關使之變?yōu)榻涣麟?然后用變壓器升壓。蓄電池是風力發(fā)電機、太陽能光伏發(fā)電和用電器之間的儲能裝置,為整個系統(tǒng)提供長時間的均衡供電。我們選用的是12A 、 20V 的鉛酸蓄電池。1.3.2主

29、要技術指標國際電工委員會（IEC， International Electrotechnical Commission）于 1994 年起率先提出了風輪發(fā)電機系統(tǒng)IEC61400 系列標準，之后被歐洲電工標準化委員會、法國標準化協(xié)會、日本標準協(xié)會、丹麥標準協(xié)會、挪威電工委員會、芬蘭標準協(xié)會等組織作為地區(qū)或國家內(nèi)相關行業(yè)的重要標準。現(xiàn)對IEC61400 系列標準解讀如下。IEC61400-1：1994，風輪發(fā)電機系統(tǒng)第1 部分：安全要求 ，其經(jīng)過 1999 年和 2004 年兩次修改，內(nèi)容主要涉及范圍和對象、參考標準、術語和定義、符號和縮寫、主要部件、外部條件、結構設計、控制和保護系統(tǒng)、機械系統(tǒng)

30、、電子系統(tǒng)、外部條件評估、裝配安裝、運營維護等。IEC61400-2： 1996，風輪發(fā)電機系統(tǒng)第2 部分：小型風輪機的安全，內(nèi)容主要涉及范圍和對象、參考標準、術語和定義、符號和縮寫、主要部件、外部條件、結構設計、SWTGS保護、支撐結構、SWTGS的電子系統(tǒng)、測試。IEC 61400-11： 1998 ，風輪發(fā)電機系統(tǒng)第11 部分：噪音測量技術，后被2002 年 11 月出版的IEC61400-11 替代，內(nèi)容主要涉及范圍和對象、參考標準、術語和定義、符號和單位、方法概述、使用儀器、測量及測量過程、數(shù)據(jù)處理過程、報告所呈現(xiàn)的信息。IEC61400-12： 1998，風輪發(fā)電機系統(tǒng)第12 部分

31、：風輪機動力性能試驗，內(nèi)容主要涉及總則、試驗條件 ( 風力機系統(tǒng)和測試地點) 、試驗裝置 ( 電力、風速、風向、空氣密度、系統(tǒng)狀態(tài)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等) 、測定過程、結論推導( 數(shù)據(jù)查正、確定測量功率曲線、年度能量產(chǎn)出、功率系數(shù)) 和報告形式六部分。IEC61400-13 ： 2001，風輪發(fā)電機系統(tǒng)第 13 部分：機械載荷的測量 ，內(nèi)容主要涉及總則、測試安全守則、載荷測量程序、測量數(shù)據(jù)處理。IEC61400-21： 2001，風輪發(fā)電機系統(tǒng)第21 部分：管道連接風輪機功率質量特性的測量和評定，內(nèi)容主要涉及范圍、參考標準、定義、符號和單位、縮寫、風力機功率質量特性參數(shù)、測定過程( 額定值、最大容許

32、功率、最大測量功率、無功功率、電壓波動等) 、功率質量評估( 穩(wěn)定狀態(tài)電壓、電壓波動等) 。IECTS61400-23：2001，風輪發(fā)電機系統(tǒng)第23 部分：轉子葉片的全尺寸比例結構試驗，屬技術規(guī)范，內(nèi)容主要涉及范圍、參考標準、定義、符號、總則、葉片數(shù)據(jù)、設計和測試載荷間的差異、測試載荷、載荷系數(shù)測量、測試載荷分布與設計要求相比的評估、失效模式、測試過程和方法、確定葉片特性的其它測試 ( 偏轉、硬度分布、質量分布、模型、自然頻率、阻尼、蠕變等) 、報告。IECTR 61400-24： 2002，風力渦輪機發(fā)電機系統(tǒng)第24 部分：避雷裝置 ，屬技術報告，內(nèi)容主要涉及范圍、定義、雷電和風力機、損失

33、統(tǒng)計( 風力機雷電損失統(tǒng)計、損失統(tǒng)計、數(shù)據(jù)庫優(yōu)缺點) 、風力機雷電損失的風險評估、風力機葉片的雷電保護、齒輪箱和軸承的保護、電子系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的保護、地面、人身安全、總結。6北京理工大學導航通信技術與應用2012-2013-2結課論文1.4 預期成果1.4.1成果形式公開發(fā)表論文實物、產(chǎn)品；模型；圖紙；磁盤；現(xiàn)場演示；圖片；錄像； 樣品。1.4.2知識產(chǎn)權無專利申報說明及軟件著作權登記說明2 項目執(zhí)行方案2.1 擬采取的研究方法通過對于電力電子口下的兩個主要模塊進行設計與實驗。主要通過實驗來進行檢驗是否這兩個模塊能夠起到穩(wěn)流的作用。另外還需對于實驗中所用的風力的葉片的發(fā)電的實際功率進行考察，檢

34、驗其是否符合風力發(fā)電的固有理論。在風速為 33mph（約 15米 /秒）的情況下，多數(shù)大型渦輪機能夠達到其額定功率，在45mph（ 20米 /秒）下，多數(shù)大型渦輪機關閉。有許多可在風速威脅結構時關閉渦輪機的安全系統(tǒng)，其中包括一種部分渦輪機所用的非常簡單的振動傳感器，這類傳感器的基本組成是一個位于小底座上的與鏈條相連的金屬球。如果渦輪機的振動開始超過某個閾值，球將從底座上落下，拉動鏈條并觸發(fā)關閉。渦輪機中最常用的敏感性安全系統(tǒng)可能是受超過閾值的風速觸發(fā)的“制動 ”系統(tǒng) 。這些裝置使用電源控制系統(tǒng)，當風速過高時啟動制動裝置，當風速下降低于45mph（ 20米 /秒）時 “松開制動裝置”?，F(xiàn)代大型渦

35、輪機設計使用多種不同類型的制動系統(tǒng)：角度控制 渦輪機的電子控制器監(jiān)視渦輪的功率輸出。當風速高于45mph （ 20米 /秒）時，輸出功率將過高，此時控制器通知葉片改變角度，使葉片與風向不一致。這樣做可以減慢葉片的轉動。角度控制系統(tǒng)要求（轉子上的）葉片安裝角度是可調(diào)整的。被動停止控制 葉片以固定角度安裝在轉子上，但設計使得葉片中的扭曲角度可在風速過高時對葉片進行制動。葉片具有一個特殊的角度，可在風速超過某一值時導致葉片的逆風面產(chǎn)生湍流，從而使葉片停止轉動。簡單來說，當面對風向的葉片角度過陡，以至于開始消除上升力，從而降低葉片速度時，空氣動力學作用將停止。主動停止控制 這種功率控制系統(tǒng)的葉片可以調(diào)

36、整角度，類似角度控制系統(tǒng)中的葉片。主動停止系統(tǒng)按照角度控制系統(tǒng)的方式讀取功率輸出，但不是調(diào)整葉片角度使其與風向不一致，而是調(diào)整角度使它們停止轉動。2.2 技術路線（或實施方案）在垂直軸風力渦輪機中，轉軸安裝在垂直軸上，與地面垂直。與水平軸式的同類產(chǎn)品不同，垂直軸風力渦輪機始終與風向保持一致，因此當風向改變時無需調(diào)整；但垂直軸風力渦輪機不能自己啟動 它需要電力系統(tǒng)的推動才能啟動。它通常使用拉索而不是塔架進行支撐，因此轉子高度較低。較低的高度意味著風速因地面阻礙而較慢，所以垂直軸風力渦輪機的效率通常要比水平軸風力渦輪機低。從有利的一面來說，所有設備都處于地面高度便于安裝和維修；但這意味著渦輪機的占

37、地面積較大，對于農(nóng)作物種植區(qū)來說，這是相當不利的一面。2.3 可行性分析風力發(fā)電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。把風能轉變?yōu)殡娔苁秋L能利用中最基本的一種方式。風力發(fā)電機一般有風輪、發(fā)電機（包括裝置） 、調(diào)向器（尾翼） 、塔架、限速安全機構和儲能裝置等構件組成。7北京理工大學導航通信技術與應用2012-2013-2結課論文風力發(fā)電機的工作原理比較簡單，風輪在風力的作用下旋轉，它把風的動能轉變?yōu)轱L輪軸的機械能。發(fā)電機在風輪軸的帶動下旋轉發(fā)電。風輪是集風裝置，它的作用是把流動空氣具有的動能轉變?yōu)轱L輪旋轉的機械能。一般風力發(fā)電機的風輪由2個或 3個葉

38、片構成。在風力發(fā)電機中，已采用的發(fā)電機有3種，即直流發(fā)電機、同步交流發(fā)電機和異步交流發(fā)電機。風力發(fā)電機中調(diào)向器的功能是使風力發(fā)電機的風輪隨時都迎著風向，從而能最大限度地獲取風能。一般風力發(fā)電機幾乎全部是利用尾翼來控制風輪的迎風方向的。尾翼的材料通常采用鍍鋅薄鋼板。限速安全機構是用來保證風力發(fā)電機運行安全的。限速安全機構的設置可以使風力發(fā)電機風輪的轉速在一定的風速范圍內(nèi)保持基本不變。塔架是風力發(fā)電機的支撐機構，稍大的風力發(fā)電機塔架一般采用由角鋼或圓鋼組成的桁架結構。風力機的輸出功率與風速的大小有關。由于自然界的風速是極不穩(wěn)定的，風力發(fā)電機的輸出功率也極不穩(wěn)定。風力發(fā)電機發(fā)出的電能一般是不能直接用

39、在電器上的，先要儲存起來。目前風力發(fā)電機用的蓄電池多為鉛酸蓄電池。風力發(fā)電是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據(jù)目前的風車技術，大約是每秒的微風速度（微風的程度），便可以開始發(fā)電。風力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，為風力發(fā)電沒有燃料問題，也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染。風力發(fā)電風力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，為風力發(fā)電沒有燃料問題，也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染。在芬蘭、丹麥等國家很流行；我國也在西部地區(qū)大力提倡。小型風力發(fā)電系統(tǒng)效率很高，但它不是只由一個發(fā)電機頭組成的，而是一個有一定科技含量的小系統(tǒng)：風力發(fā)電機充電器數(shù)字逆變器。風力發(fā)電機由機頭、轉體、尾翼、葉片組

40、成。每一部分都很重要，各部分功能為：葉片用來接受風力并通過機頭轉為電能；尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的風能；轉體能使機頭靈活地轉動以實現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能；機頭的轉子是永磁體，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能。風力發(fā)電機因風量不穩(wěn)定，故其輸出的是13 25V 變化的交流電， 須經(jīng)充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風力發(fā)電機產(chǎn)生的電能變成化學能。然后用有保護電路的逆變電源，把電瓶里的化學能轉變成交流220V市電，才能保證穩(wěn)定使用。通常人們認為，風力發(fā)電的功率完全由風力發(fā)電機的功率決定，總想選購大一點的風力發(fā)電機，而這是不正確的。目前的風力發(fā)電機只是給電瓶充電，而由電瓶把電能貯存起來，人們最終使

41、用電功率的大小與電瓶大小有更密切的關系。功率的大小更主要取決于風量的大小，而不僅是機頭功率的大小。在內(nèi)地，小的風力發(fā)電機會比大的更合適。因為它更容易被小風量帶動而發(fā)電，持續(xù)不斷的小風，會比一時狂風更能供給較大的能量。當無風時人們還可以正常使用風力帶來的電能，也就是說一臺200W 風力發(fā)電機也可以通過大電瓶與逆變器的配合使用，獲得500W 甚至 1000W 乃至更大的功率出。使用風力發(fā)電機，就是源源不斷地把風能變成我們家庭使用的標準市電，其節(jié)約的程度是明顯的，一個家庭一年的用電只需 20元電瓶液的代價。而現(xiàn)在的風力發(fā)電機比幾年前的性能有很大改進，以前只是在少數(shù)邊遠地區(qū)使用，風力發(fā)電機接一個 15

42、W 的燈泡直接用電，一明一暗并會經(jīng)常損壞燈泡。而現(xiàn)在由于技術進步，采用先進的充電器、逆變器，風力發(fā)電成為有一定科技含量的小系統(tǒng)，并能在一定條件下代替正常的市電。山區(qū)可以借此系統(tǒng)做一個常年不花錢的路燈；高速公路可用它做夜晚的路標燈；山區(qū)的孩子可以在日光燈下晚自習； 城市小高層樓頂也可用風力電機， 這不但節(jié)約而且是真正綠色電源。 家庭用風力發(fā)電機，不但可以防止停電，而且還能增加生活情趣。在旅游景區(qū)、邊防、學校、部隊乃至落后的山區(qū)，風力發(fā)電機正在成為人們的采購熱點。無線電愛好者可用自己的技術在風力發(fā)電方面為山區(qū)人民服務，使人們看電視及照明用電與城市同步，也能使自己勞動致富。2.4 項目特色與創(chuàng)新之處

43、2.4.1 該項目的主要貢獻( 創(chuàng)新部分 )該項目打破了原有的風力發(fā)電機的固有框架，采用了內(nèi)蓄電的方式使得其能起到穩(wěn)流的作用。該項目還一種全新的理論詮釋了風力發(fā)電的新利用。最重要的是這項研究給后來的風力發(fā)電研究提供了范本，給大家提供了風力發(fā)電的新思路。人們對于風力發(fā)電這樣的領域的拓展范圍也因此而變得格外廣闊。此外，8北京理工大學導航通信技術與應用2012-2013-2結課論文這個項目的研究還填補了國內(nèi)對于風力發(fā)電的穩(wěn)流設計的技術與理論空白。2.4.2論文工作的創(chuàng)新性該論文填補了國內(nèi)風力發(fā)電研究的穩(wěn)流部分，使得人們對于風力發(fā)電的現(xiàn)實化應用有了更加深刻的認識。該論文以其獨特的內(nèi)蓄電穩(wěn)流技術使人們對

44、于風力發(fā)電的理論有了更加深刻的理解。2.4.3預期研究成果的展示說明說明研究成果所處的階段為： 實驗室階段； 中試階段； 生產(chǎn)階段，2.4.4項目研究及論文成果和學術影響該項目打破了原有的風力發(fā)電機的固有框架，采用了內(nèi)蓄電的方式使得其能起到穩(wěn)流的作用。該項目還一種全新的理論詮釋了風力發(fā)電的新利用。最重要的是這項研究給后來的風力發(fā)電研究提供了范本，給大家提供了風力發(fā)電的新思路。人們對于風力發(fā)電這樣的領域的拓展范圍也因此而變得格外廣闊。此外，這個項目的研究還填補了國內(nèi)對于風力發(fā)電的穩(wěn)流設計的技術與理論空白。該論文填補了國內(nèi)風力發(fā)電研究的穩(wěn)流部分，使得人們對于風力發(fā)電的現(xiàn)實化應用有了更加深刻的認識。

45、該論文以其獨特的內(nèi)蓄電穩(wěn)流技術使人們對于風力發(fā)電的理論有了更加深刻的理解。2.5 已有的研究基礎2.5.1 對自身研究創(chuàng)新能力的具體評價2.5.2 已經(jīng)完成的主要工作集體項目中自身的工作分工2.6 進一步完善該項目的設想3 研究進度安排與經(jīng)費預算表 1 經(jīng)費預算（金額單位：元）進度內(nèi)容（計劃進度安排、實驗環(huán)境要求、完成時間、經(jīng)費預進度時間計依據(jù)與執(zhí)行時間說明等）預計經(jīng)費2013/6/1對于電力電子接口的研究與實驗。1000 元2013/7/1實驗風力發(fā)電機的實際發(fā)電功率。2000 元2013/8/1對于買來的內(nèi)蓄電池進行研究測試。1500 元2013/9/1將已經(jīng)測試過的器件組裝，調(diào)試。500 元可涉及以下費用：測試/ 計算 / 分析費，會議費/ 差旅費，出版物/ 文獻 / 信息傳播費，實驗材料費，小型儀器設備費，國際合作與交流費，勞務費，專家咨詢費等9北京理工大學導航通信技術與應用2012-2013-2結課論文4 項目檢查、驗收、鑒定時間與方法4.1項目查新結論4.1.1文獻檢索結果分析檢索詞：風力發(fā)電對風力發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池組的分析內(nèi)蒙古輕化工設計院應新宇介紹了蓄電池在風