家用小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)

2023年度本科生畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)〕家用小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)院－系：工學(xué)院專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化年級(jí)：2023級(jí)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：導(dǎo)師及職稱：2023年6月2023AnnualGraduationThesis(Project)oftheCollegeUndergraduateThepreliminarydesignof

smallhousehold

windpowergenerationsystemDepartment:ElectricalEngineeringandAutomationMajor:InstituteGrade:2023Student’sName:XuYunDongStudentNo.:202301030020Tutor:ThelecturerHuaJingFinishedbyJune,2023摘要風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源正逐漸受到了人們的重視，風(fēng)力發(fā)電也成為了時(shí)下的朝陽產(chǎn)業(yè)。本論文詳細(xì)說明了小型獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)和電能的變換及繼電控制電路做了初步的研究。本論文首先介紹了課題的目的和意義，綜述了國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的開展概況，簡(jiǎn)要概括了風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)的開展?fàn)顩r，論述了常見小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的根本組成和各局部的作用，同時(shí)對(duì)本論文的系統(tǒng)方案做了簡(jiǎn)要的概括，著重分析了整流電路與Buck降壓電路的配合，蓄電池充放電繼電保護(hù)以及電能輸出的有效性等。還引入了市電切換電路，作為在發(fā)電機(jī)故障或蓄電池電量缺乏的情況下為負(fù)載供電。為了使能量的利用到達(dá)最大化，本系統(tǒng)還引入了并網(wǎng)電路。所以本論文設(shè)計(jì)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不但適合偏遠(yuǎn)的地區(qū)，也適合市區(qū)家庭使用。本文提出的解決方案為：風(fēng)力傳動(dòng)裝置帶動(dòng)三相永磁交流發(fā)電機(jī)，然后通過AC—DC—DC—AC變換為交流電，并且考慮到風(fēng)力的不穩(wěn)定性，在系統(tǒng)中并入蓄電池組和穩(wěn)壓器，通過繼電控制電路的監(jiān)控以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，同時(shí)并入市電投切，保證系統(tǒng)在風(fēng)能充足時(shí)可蓄能，在風(fēng)能不充足時(shí)亦可為負(fù)載供電。系統(tǒng)的運(yùn)行狀況采用繼電控制電路監(jiān)控和切換。本論文的重點(diǎn)在于繼電控制電路的設(shè)計(jì)，并對(duì)各種不同風(fēng)力情況下系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行了全面而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治觥ｊP(guān)鍵詞：小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；整流：逆變；繼電控制：蓄電池ABSTRACTWindenergyasacleanandrenewableenergyhasbeenpaidmoreandmoreattention,windpowergenerationhasbecomethesunriseindustry.Thispaperexpoundsthedesignschemeofsmallindependentwindpowergenerationsystem,transformandrelaycontrolcircuitandthepowerstructureofthewindturbinetodoin-depthstudy.Thispaperfirstlyintroducesthepurposeandsignificanceofthetopic,summarizesthegeneralsituationofdevelopmentofwindpowerathomeandabroad,summarizedthedevelopmentsituationofwindpowergenerationtechnology,discussesthesmallwindpowergenerationsystem,thebasiccompositionandfunctionofeachpartofthesystem,atthesametime,thispapermadeabriefsummary,focusesontheanalysisofthecoordinationrectifiercircuitandBuckcircuit,batterycharginganddischargingofrelayprotectionandelectricenergyoutputefficiency.Alsointroducedthepowerswitchingcircuit,asfortheloadofthepowersupplyinthegeneratororbatterypowershortage.Inordertomaketheuseofenergytoachievethemaximization,thissystemalsointroducedthegridcircuit.Sosmallwindturbinesaredesignedinthispaperisnotonlysuitableforremoteareas,butalsosuitableforfamilyuse.Thesolutionproposedinthispaperis:thewindturbinedrivenbythree-phaseACgenerator,andthenthroughtheAC-DC-DC-ACtransformasthestandardalternatingcurrentuserneeds,andconsideringthewindinstability,batteriesareincorporatedinthesystem,therelaycontrolcircuitofthecontrolsystemachievesautomaticcontrol,toensurethesystemcanstorageinthewindinthewindenergyisnotsufficientenough,alsotosupplypowerfortheload.Therunningstatusofthesystemwiththerelaycontrolcircuitandswitchcontrol.Thefocusofthispaper

isthedesignof

relaycontrol

circuit,

andthe

runningstateofthesystemundertheconditionsof

different

wind

hasmadeacomprehensiveand

rigorousanalysis.Keywords:Smallwindturbines;Rectifier;

relaycontrol;Battery目錄TOC\o"1-3"\h\u第一章緒論11.1小型風(fēng)力發(fā)電概述11.1.1小型風(fēng)力發(fā)電開展歷程與展望11.2論文系統(tǒng)概述5第二章風(fēng)力機(jī)原理及其結(jié)構(gòu)72.1風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)原理72.2風(fēng)力機(jī)的主要部件72.3風(fēng)力機(jī)的功率82.4風(fēng)力機(jī)組選型92.4.1風(fēng)力機(jī)選型9第三章電氣設(shè)計(jì)局部133.1整流局部133.1.1整流電路圖和工作原理133.1.2整流管參數(shù)選擇153.2蓄電池容量選擇163.3DC/DC變換器183.3.2驅(qū)動(dòng)電路223.4充放電保護(hù)電路233.7蓄電池組供電控制設(shè)計(jì)243.8驅(qū)動(dòng)電路電源設(shè)計(jì)253.9逆變電路253.9.1三相電壓型橋式逆變電路263.9.2整流管選型283.9.3逆變電路主電路設(shè)計(jì)293.10穩(wěn)壓環(huán)節(jié)313.11市電切換電路323.12并網(wǎng)電路設(shè)計(jì)32結(jié)論36參考文獻(xiàn)37致謝38附錄39第一章緒論風(fēng)能是—種可再生、無污染、取之不盡用之不竭的新能源，也稱之為“綠色能源〞。風(fēng)能的特點(diǎn)：不需要采購(gòu)、運(yùn)輸，不需要開采，不消耗資源，清潔衛(wèi)生。風(fēng)能具有廣闊的開展前景，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。它是通過空氣流動(dòng)做功而產(chǎn)生的一種可利用的能量?？諝饬鲃?dòng)而產(chǎn)生的動(dòng)能稱風(fēng)能?？諝饬魉僭礁?，動(dòng)能就越大。人們可以用風(fēng)力機(jī)把空氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能去帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。到2023年為止，全世界以風(fēng)力產(chǎn)生的電力約有105.1百萬千瓦，供給的電力已超過全世界用量的1.5%。風(fēng)能雖然對(duì)大多數(shù)國(guó)家而言還不是主要的能源，但在1999年到2023年之間已經(jīng)成長(zhǎng)了十倍以上。1.1小型風(fēng)力發(fā)電概述1.1.1小型風(fēng)力發(fā)電開展歷程與展望在二十世紀(jì)80年代初，國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人視察我國(guó)的西北部地區(qū)后，向科技部提出了要解決偏遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)牧民用電問題的批示?？萍疾拷M織專家考察了這些地區(qū)后，提出了使用小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)解決偏遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)牧民供電問題的方案，并列入了國(guó)家“六五〞科技攻關(guān)方案。當(dāng)時(shí)，南京航空學(xué)院、沈陽工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、長(zhǎng)沙鐵道學(xué)院等一批院校和航空部602所、機(jī)械部呼和浩特牧機(jī)所、中科院電工所、北京農(nóng)機(jī)化研究院、浙江機(jī)電研究院、中國(guó)氣象科學(xué)院等一批院所以及中國(guó)船舶工業(yè)總公司884廠、內(nèi)蒙古動(dòng)力機(jī)廠、包頭電機(jī)廠、商都牧機(jī)廠、北京聯(lián)合收割機(jī)廠、北京電機(jī)總廠、浙江電力修造廠等企業(yè)都參與了小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)、研制工作。

八十年代中后期，我國(guó)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)已形成了規(guī)模化生產(chǎn)的能力，在內(nèi)蒙古等偏遠(yuǎn)地區(qū)推廣小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)將近二十萬臺(tái)，到1992年在丹東召開全國(guó)風(fēng)力機(jī)械行業(yè)協(xié)會(huì)成立大會(huì)時(shí)，會(huì)員單位多達(dá)五十多家。但由于沒有適時(shí)建立產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)體系和市場(chǎng)監(jiān)督機(jī)制，致使大批低質(zhì)量低價(jià)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)涌入市場(chǎng)，導(dǎo)致產(chǎn)品的本錢與市場(chǎng)價(jià)格錯(cuò)位，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的企業(yè)失去了市場(chǎng)，也喪失了產(chǎn)品更新?lián)Q代和進(jìn)一步研發(fā)的能力。又加上產(chǎn)品的售后效勞體系不完善，導(dǎo)致小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品大多出現(xiàn)了質(zhì)量問題，用戶對(duì)小風(fēng)機(jī)產(chǎn)品失去了信心，市場(chǎng)急劇萎縮，從而使得整個(gè)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)制造行業(yè)全面萎縮。根據(jù)全國(guó)風(fēng)力機(jī)械行業(yè)協(xié)會(huì)2002年對(duì)全國(guó)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品銷售量的統(tǒng)計(jì)，全國(guó)共銷售小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品15670臺(tái)套，其中3000W以下的產(chǎn)品12000臺(tái)套，并且是低質(zhì)低價(jià)的產(chǎn)品為主，工業(yè)產(chǎn)值缺乏2500萬元，不及一個(gè)中小企業(yè)的年產(chǎn)值。我國(guó)目前的新能源行業(yè)中，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是為數(shù)不多的與國(guó)外技術(shù)水平差距不大的產(chǎn)業(yè)，如果這個(gè)產(chǎn)業(yè)能做大，將成為極具國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，為我國(guó)出口創(chuàng)匯作出奉獻(xiàn)。希望我國(guó)相關(guān)部門能把我國(guó)高可靠性、質(zhì)量?jī)?yōu)良的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品納入對(duì)外援助的產(chǎn)品目錄中。風(fēng)能約3.53億千瓦〔依據(jù)地面以上10米高度風(fēng)力資料計(jì)算〕，近海可開發(fā)利用的風(fēng)能約10.5億千瓦(15米深的淺海地帶)，共計(jì)約14億千瓦以上。風(fēng)能利用的主要方式仍是風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電的利用方式主要有兩類，一類是獨(dú)立運(yùn)行〔離網(wǎng)型〕供電系統(tǒng)。即電網(wǎng)未通達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)，如高山、草原和海島等，用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為蓄電池充電，再通過逆變器轉(zhuǎn)換成交流電向終端電器供電，單機(jī)容量一般在100W-10KW；或者采用中型風(fēng)電機(jī)與柴油發(fā)電機(jī)或光伏太陽電池組成混合供電系統(tǒng)，目前系統(tǒng)的容量約10KW-200KW，解決小社區(qū)用電問題。另一類是作為常規(guī)電網(wǎng)的電源，并網(wǎng)運(yùn)行。商業(yè)化的機(jī)組單機(jī)容量為150KW-1700KW，既可單獨(dú)并網(wǎng)，也可以由多臺(tái)，直至成百上千臺(tái)風(fēng)機(jī)組成風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)。目前中國(guó)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)起步雖然相對(duì)較晚，但增長(zhǎng)卻十分顯著。到2005年底，我國(guó)大陸累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組1852臺(tái)，累計(jì)風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量為1264MW，新增17個(gè)風(fēng)電場(chǎng)?？偣惨延?9個(gè)風(fēng)電工程上網(wǎng)發(fā)電，預(yù)計(jì)到2023年中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量有望突破3000萬千瓦，其中2006－2023年底風(fēng)電裝機(jī)容量復(fù)合增長(zhǎng)率有望到達(dá)38％，2023－2023年底風(fēng)電裝機(jī)容量復(fù)合增長(zhǎng)率有望到達(dá)43.目前我國(guó)大風(fēng)機(jī)的研發(fā)，走的是技術(shù)引進(jìn)、與國(guó)際大公司聯(lián)合開發(fā)之路，技術(shù)水平與研究開發(fā)能力與國(guó)外相比都存在較大的差距。但在小型風(fēng)機(jī)的開發(fā)上已積累了豐富的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，與國(guó)外相比差距并不大。小型風(fēng)機(jī)的未來開展方向小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)未來的開展趨勢(shì)如何？我認(rèn)為應(yīng)該包括以下幾個(gè)方面：小型風(fēng)力機(jī)與太陽能電池相結(jié)合作為最合理的獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域還相當(dāng)廣泛，包括風(fēng)光互補(bǔ)便攜式電源、風(fēng)光互補(bǔ)泵水系統(tǒng)、風(fēng)光互補(bǔ)供暖系統(tǒng)等等。隨著小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品的多樣化，風(fēng)光互補(bǔ)獨(dú)立供電系統(tǒng)在市政工程、在邊防哨所、在偏遠(yuǎn)地區(qū)都有著極廣的應(yīng)用前景?！?〕小型風(fēng)力機(jī)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)眾所周知，德國(guó)和日本的光伏屋頂方案促進(jìn)了太陽能電池產(chǎn)業(yè)的開展。但在英國(guó)等陽光資源不好的國(guó)家，正在推廣風(fēng)力發(fā)電機(jī)屋頂發(fā)電方案。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電，不僅可以改善電網(wǎng)供電結(jié)構(gòu)，也是分布式可再生能源發(fā)電的理想方式。目前，國(guó)內(nèi)的小風(fēng)機(jī)產(chǎn)品也開始接受英國(guó)等國(guó)外的應(yīng)用測(cè)試，開始走向國(guó)外。英國(guó)、美國(guó)等國(guó)家已立法鼓勵(lì)家庭安裝小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，這樣一來就為小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行提供了很大的開展空間。但隨著小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在家庭的推廣這就對(duì)產(chǎn)品提出了更高的要求，低風(fēng)速發(fā)電、低噪音、高可靠性、美觀性、平安性等都有了更高的要求。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的技術(shù)進(jìn)步是促進(jìn)產(chǎn)業(yè)開展的根本保證。對(duì)我國(guó)規(guī)?；_展小型風(fēng)力產(chǎn)業(yè)的建議我國(guó)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)業(yè)是有技術(shù)根底的，而且產(chǎn)品都是自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和100%的國(guó)產(chǎn)化，要保證產(chǎn)業(yè)的健康開展，必須：〔1〕建立完善的產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督體系小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)業(yè)經(jīng)常由于產(chǎn)品質(zhì)量的問題一直不受人們重視，當(dāng)下只有健全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督體系才能杜絕劣質(zhì)產(chǎn)品充滿市場(chǎng)，只有這樣才能給產(chǎn)業(yè)一個(gè)公平競(jìng)爭(zhēng)、健康開展的環(huán)境?！?〕政府工程為小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品提供一個(gè)推廣的時(shí)機(jī)“送電到鄉(xiāng)〞工程采用的是太陽能發(fā)電系統(tǒng)，這讓我國(guó)的小型風(fēng)力發(fā)電失去了一個(gè)推廣和開展的時(shí)機(jī)，希望“送電到村〞工程能充分考慮采用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，給我國(guó)的小型風(fēng)力機(jī)產(chǎn)業(yè)提供一個(gè)推廣和開展的時(shí)機(jī)?！?〕關(guān)注小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步在我國(guó)的新能源行業(yè)中，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)是為數(shù)不多的與國(guó)外技術(shù)水平差距不大的產(chǎn)業(yè)，如果能把這個(gè)產(chǎn)業(yè)做大，就能成為極具國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，為我國(guó)出口創(chuàng)匯作出奉獻(xiàn)。希望我國(guó)相關(guān)部門能把我國(guó)高可靠性、質(zhì)量?jī)?yōu)良的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)品納入對(duì)外援助的產(chǎn)品目錄中。1.1.常見的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)如圖1-1所示。圖1-1小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)框圖小型風(fēng)力發(fā)電是我國(guó)遠(yuǎn)離電網(wǎng)的山區(qū)、偏遠(yuǎn)地區(qū)、移動(dòng)施工隊(duì)、牧區(qū)和特殊地區(qū)解決根本用電問題的主要方式，除具有風(fēng)力發(fā)電的一般優(yōu)點(diǎn)外，其自身優(yōu)點(diǎn)主要有：小型發(fā)電機(jī)可根據(jù)需要變更組件大小，機(jī)動(dòng)性高；也可根據(jù)需要隨時(shí)安裝，使用方便，快速解決日常用電問題；小型發(fā)電機(jī)能源使用多元化，可與多種不同的可再生能源組合，方便可靠。風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行方式主要有兩種：一類是離網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行的供電系統(tǒng)，。離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)通常采用蓄電池組進(jìn)行儲(chǔ)能，通過逆變器實(shí)現(xiàn)交流工頻電能輸出，其單機(jī)容量多在10kW以下，是遙遠(yuǎn)缺電地區(qū)一種重要的電力生產(chǎn)方式。在缺電地區(qū)，采用小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為局部負(fù)載供電，不但減少了一次性巨額投資，還可以免除火力發(fā)電的溫室氣體排放，起到改善環(huán)境，增強(qiáng)能源的多樣化的作用，有益于能源的可持續(xù)性開展。目前我國(guó)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研究和制造已具備相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)上已日趨成熟，形成了我國(guó)的系列型譜，并有局部出口。另一類是作為常規(guī)電網(wǎng)的電源，與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行。并網(wǎng)型發(fā)電是大規(guī)模利用風(fēng)能最常見最經(jīng)濟(jì)的方式，已成為當(dāng)今世界風(fēng)能利用的主要形式。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的負(fù)載是電網(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)，其控制方式隨風(fēng)力發(fā)電機(jī)和風(fēng)力機(jī)的不同而不同。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制關(guān)鍵是功率調(diào)節(jié)，控制方式從定槳距失速控制開展到變槳距控制又開展到近年來的變速控制技術(shù)。本論文討論的是前者，即獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)電系統(tǒng)的解決方案。1.2論文系統(tǒng)概述該獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1-2所示：圖1-2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的硬件構(gòu)成根本上決定了電力變換的效率和系統(tǒng)的本錢，因此如何構(gòu)造硬件結(jié)構(gòu)就顯得尤為重要。硬件回路設(shè)計(jì)的時(shí)候，在滿足性能要求的前提下，應(yīng)使主回路的結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)化，這樣就能夠在提高能量變換效率的同時(shí)降低系統(tǒng)本錢。主電路是指從三相永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能到達(dá)負(fù)載和蓄電池所經(jīng)過的電路，主要包括三相不可控整流電路，Buck變換電路和蓄電池保護(hù)電路等。系統(tǒng)主電路如圖1-3所示。圖1-3系統(tǒng)主電路圖其具體運(yùn)行狀況為：〔1〕氣流吹動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。〔2〕風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過連接的齒輪變速箱來提高輸出端轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速，該軸與發(fā)電機(jī)相連?！?〕轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)三相交流發(fā)電機(jī)〔三相Y型連接〕轉(zhuǎn)動(dòng)，開始發(fā)電。〔此時(shí)發(fā)出的是頻率和幅值都不穩(wěn)定的交流電〕?！?〕引出的三相交流電通過整流器變成穩(wěn)定的直流電?！?〕因?yàn)檎髌鬏敵龅碾妷狠^高，不能直接與逆變器和蓄電池相連，故采用bust降壓電路將整流器輸出的電壓降至蓄電池和逆變器的額定輸入電壓范圍內(nèi)。〔6〕a.假設(shè)風(fēng)能充足，直流電經(jīng)控制電路流向逆變器，并向蓄電池充電；b.假設(shè)風(fēng)能缺乏，控制電路切換為蓄電池供電狀態(tài)；C.假設(shè)出現(xiàn)惡劣天氣，風(fēng)速高于發(fā)電機(jī)組的最大風(fēng)速時(shí)或需要檢修系統(tǒng)電路時(shí)，可手動(dòng)關(guān)斷刀閘Q1，防止發(fā)電機(jī)產(chǎn)生高壓燒壞其它電子設(shè)備。直流電經(jīng)逆變器變換為恒頻穩(wěn)定交流電。此時(shí)由于逆變器輸出的電壓波動(dòng)范圍較大，所以加了一個(gè)穩(wěn)壓裝置在逆變器后面，經(jīng)穩(wěn)壓器輸出的電才可供給負(fù)載使用。假設(shè)出現(xiàn)多天無風(fēng)且蓄電池電量缺乏，那么自動(dòng)切入市電，以保證負(fù)載的正常供電。假設(shè)出現(xiàn)系統(tǒng)故障需要檢修，又不想影響負(fù)載供電的情況，可手動(dòng)閉合刀閘Q2，其設(shè)計(jì)詳見第三章。第二章風(fēng)力機(jī)原理及其結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)經(jīng)過多年的演變和開展，已經(jīng)有很多形式，但是歸納起來，可分為兩類：①水平軸風(fēng)力機(jī)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行；②垂直軸風(fēng)力機(jī)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸垂直于地面或氣流方向。本系統(tǒng)中采用的是水平軸風(fēng)力機(jī)。2.1風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)原理風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要利用氣動(dòng)升力的風(fēng)輪。氣動(dòng)升力是由飛行器的機(jī)翼產(chǎn)生的一種力，如圖2-1。圖2-1氣動(dòng)升力圖從圖可以看出，機(jī)翼附近氣流方向有所變化，在其上外表形成低壓區(qū)，在其下外表形成高壓區(qū)，產(chǎn)生向上的合力，且垂直于氣流方向。在產(chǎn)生升力的同時(shí)也產(chǎn)生阻力，風(fēng)速也會(huì)有所下降。升力總是推動(dòng)葉片繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)。2.2風(fēng)力機(jī)的主要部件查閱資料可知水平軸風(fēng)力機(jī)的主要部件有風(fēng)輪、塔架、對(duì)風(fēng)裝置和齒輪箱，其整體結(jié)構(gòu)如圖2—2所示：風(fēng)輪：本論文所選風(fēng)力機(jī)由3個(gè)葉片組成，用來吸收風(fēng)能。當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片受到離心力和氣動(dòng)力的推動(dòng)，離心力對(duì)葉片施加一個(gè)拉力，同時(shí)氣動(dòng)力使葉片彎曲。為防止風(fēng)速高于風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)風(fēng)速使葉片損壞，需對(duì)風(fēng)輪進(jìn)行控制，控制風(fēng)輪主要有如下兩種方法：a，改變?nèi)~片角度；b，利用擾流器，產(chǎn)生阻力，以降低風(fēng)輪轉(zhuǎn)速；c，使風(fēng)輪偏離主方向等。圖2-2風(fēng)力主要部件結(jié)構(gòu)圖〔2〕塔架：風(fēng)輪需要在距地面一定高度的位置才能使風(fēng)輪在較高的風(fēng)速下運(yùn)行。由于塔架需要承受兩個(gè)主要的載荷：一個(gè)是風(fēng)力機(jī)的重量，向下壓在塔架上；另一個(gè)是阻力，使得塔架向風(fēng)的下游方向彎曲。實(shí)際選擇塔架時(shí)必須考慮其本錢。〔3〕對(duì)風(fēng)裝置：由于自然界的風(fēng)向及風(fēng)速一直變化，為了得到較高的風(fēng)能利用率，應(yīng)使風(fēng)輪葉片的旋轉(zhuǎn)面經(jīng)常對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向這就需要一個(gè)對(duì)風(fēng)裝置。本論文只介紹小型風(fēng)力機(jī)的對(duì)風(fēng)裝置，如圖2—4所示，利用尾舵控制對(duì)風(fēng)。由尾翼帶動(dòng)水平軸旋轉(zhuǎn)，使風(fēng)輪總朝向風(fēng)吹來的方向。圖2-3對(duì)風(fēng)裝置〔4〕齒輪箱由于自然風(fēng)帶動(dòng)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速較低，而且風(fēng)速的大小經(jīng)常變化，這就使得風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，不能直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。所以，還必須安裝一個(gè)升速齒輪箱，再加一個(gè)調(diào)速裝置使得轉(zhuǎn)速相對(duì)保持穩(wěn)定，然后才能連接到發(fā)電機(jī)上。齒輪箱的主要作用是將風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速升高并傳遞給發(fā)電機(jī)，考慮到齒輪箱的制動(dòng)能力，在齒輪箱的輸入端或輸出端應(yīng)設(shè)置剎車裝置配合葉尖制動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)聯(lián)合制動(dòng)。2.3風(fēng)力機(jī)的功率風(fēng)的動(dòng)能和風(fēng)速的平方成正比，功率是力和速度的乘積，也可用于風(fēng)輪功率的計(jì)算。風(fēng)力與速度平方成正比，所以風(fēng)的功率與風(fēng)度的三次方成正比。如果風(fēng)速增加一倍，風(fēng)的功率便會(huì)增加8倍。風(fēng)輪從風(fēng)中吸收的功率如下：(2—1)(2—2)式中：P為輸出功率，為能利用系數(shù)，為空氣密度，R為風(fēng)輪半徑，v為風(fēng)速，為齒輪箱和傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械效率〔0.80-0.95〕,為發(fā)電機(jī)效率〔0.7-0.98〕。眾所周知，假設(shè)接近風(fēng)力機(jī)的空氣的動(dòng)能全部都被風(fēng)力機(jī)全部吸收，那么風(fēng)輪后的空氣就不靜止了，然而空氣不可能完全停止，能量在傳遞過程中也會(huì)損失一局部，所以風(fēng)力機(jī)的效率一定小于1。2.4風(fēng)力機(jī)組選型2.4.1風(fēng)力機(jī)選型本論文基于蒙自常年的氣象條件選取某地區(qū)一處適合架設(shè)小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的地方進(jìn)行為期一年氣象考察。根據(jù)我自己考察得到的數(shù)據(jù)再與有關(guān)部門對(duì)該地區(qū)常年風(fēng)速統(tǒng)計(jì)整理后如表2-1所示。表2-1氣象資料統(tǒng)計(jì)表風(fēng)級(jí)名稱風(fēng)速(m/s)(km/h)陸地地面物象年均天數(shù)〔天〕0無風(fēng)0.0-0.2<1靜,煙直上10-201軟風(fēng)0.3-1.51-5煙示風(fēng)向20-302輕風(fēng)1.6-3.36-11感覺有風(fēng)20-503微風(fēng)3.4-5.412-19旌旗展開50-1004和風(fēng)5.5-7.920-28吹起塵土180-2505勁風(fēng)8.0-10.729-38小樹搖擺50-806強(qiáng)風(fēng)10.8-13.839-49電線有聲10-157疾風(fēng)13.9-17.150-61步行困難1-28大風(fēng)17.2-20.762-74折毀樹枝0-19烈風(fēng)20.8-24.475-88小損房屋010狂風(fēng)24.5-28.489-102拔起樹木011暴風(fēng)28.5-32.6103-117損毀重大012颶風(fēng)>32.6>117摧毀極大0由上表可知，該地區(qū)以輕風(fēng)，微風(fēng)，和風(fēng)，勁風(fēng)為主。我們又對(duì)該地區(qū)多天風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量，粗略統(tǒng)計(jì)出每天的風(fēng)速見表2-2。表2-2日風(fēng)速持續(xù)時(shí)間表風(fēng)速〔m/s〕3-88>8持續(xù)時(shí)間〔小時(shí)/天〕732本論文設(shè)計(jì)用電對(duì)象為單個(gè)家庭用戶，因此選擇風(fēng)力機(jī)還必須考慮該風(fēng)力機(jī)發(fā)出的電能是否能夠滿足該用戶。可以根據(jù)該地區(qū)某用戶平均每天耗電量來選擇風(fēng)力機(jī)組的安裝容量，假設(shè)該用戶的家用負(fù)荷有節(jié)能燈5個(gè)，彩色電視，洗衣機(jī)，冰箱，風(fēng)扇各一臺(tái)。查閱資料可得到這些負(fù)載用電量情況統(tǒng)計(jì)如表2-3所示。表2-3家用負(fù)荷原始資料統(tǒng)計(jì)表負(fù)荷節(jié)能燈彩色電視洗衣機(jī)冰箱風(fēng)扇額定功率/W1520015012050平均日用電時(shí)間/h552108〔6～9月〕臺(tái)數(shù)51111日用電總量/KW.h0.37510.31.20.05日用電總計(jì)2.925KW.h由表中可以看出該用戶平均每天的用電量約3kwh。根據(jù)該地區(qū)風(fēng)能資源情況，這里初步選擇額定功率為1kW、額定風(fēng)速為8m/s的風(fēng)力機(jī)，由風(fēng)力機(jī)輸出功率的公式〔2-3〕可知，對(duì)于設(shè)計(jì)定型的風(fēng)力機(jī)，其輸出功率與風(fēng)速的三次方成正比關(guān)系，風(fēng)機(jī)的平均輸出功率可以用下式計(jì)算〔2-4〕式中，P為實(shí)際風(fēng)速，單位風(fēng)力機(jī)組輸出電能為〔2-5〕式中，是機(jī)組的輸出總電能，單位h；是平均風(fēng)速為m時(shí)的輸出功率，單位是平均風(fēng)速為m時(shí)的時(shí)間，單位當(dāng)風(fēng)速為時(shí)，風(fēng)力機(jī)的平均功率為〔2-6〕根據(jù)該地區(qū)每天風(fēng)速變化規(guī)律可知風(fēng)速為3-8m/s的持續(xù)時(shí)間為7小時(shí)，這里取4m/s代入計(jì)算，當(dāng)風(fēng)速為4m/s時(shí)〔2-7〕當(dāng)風(fēng)速大于8m/s時(shí)，這里取9m/s代入計(jì)算得該時(shí)段平均功率為〔2-8〕這樣，風(fēng)力機(jī)每天發(fā)出的電能為〔2-9〕由以上計(jì)算可知，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組每天約發(fā)電，超過用戶平均每天耗電量3kWh，根本可以滿足該用戶的用電需求。因此選擇額定功率為1kW，額定風(fēng)速為8m/s的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在當(dāng)?shù)仫L(fēng)能資源條件下，能滿足用戶的用電需求。2.發(fā)電機(jī)把風(fēng)輪的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。其性能好壞直接影響到整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的效率。我國(guó)現(xiàn)有的小型離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)大多采用的是永磁同步發(fā)電機(jī)。永磁同步發(fā)電機(jī)采用的是永磁體勵(lì)磁，不需要外加勵(lì)磁裝置，這就減少了勵(lì)磁損耗，同時(shí)它也無需換向裝置，所以永磁同步電機(jī)一般有較高的輸出效率。圖2-4為三相異步發(fā)電機(jī)的功率流程圖，其中，P1為輸入功率；為內(nèi)機(jī)械功率；為電磁功率；P2為輸出功率；為附加損耗功率；為轉(zhuǎn)子回路的銅損耗功率；為定子回路的銅損耗功率；為鐵損耗功率。圖2-4三相異步發(fā)電機(jī)功率流程圖由于永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子是永磁體，也就不存在異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的銅耗問題，也就沒有圖2-4上的消耗。在輸入功率相同，其他的功率損耗也大致相同的情況下，永磁同步電機(jī)的輸出功率相對(duì)較大。同時(shí)，由于不需要?jiǎng)?lì)磁繞組和直流勵(lì)磁電源，也就取消了容易出問題的集電環(huán)和電刷裝置，成為無刷電機(jī)，因此，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行更為可靠。假設(shè)選擇異步發(fā)電機(jī)那么必須靠電網(wǎng)或蓄電池提供勵(lì)磁，一方面消耗了蓄電池的電能，另一方面不利于風(fēng)能利用的最大化。另外，由于風(fēng)速變化就會(huì)影響勵(lì)磁調(diào)節(jié)過快從而影響蓄電池及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的壽命。雖然用并聯(lián)電容等方式也可用于離網(wǎng)小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，但由于電容器體積較大，投切不方便，價(jià)格較昂貴，所以就各方面考慮，本論文采用的發(fā)電機(jī)是稀土永磁發(fā)電機(jī)。根據(jù)上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝容量和選取原那么，選定型號(hào)為FD4-1/8小型風(fēng)力機(jī)組作為設(shè)計(jì)依據(jù)。主要技術(shù)參數(shù)見表2-4。表2-4FD4-1/8型風(fēng)力機(jī)組參數(shù)啟動(dòng)風(fēng)速4m/s風(fēng)輪直徑4m額定風(fēng)速8m/s工作風(fēng)速范圍5～20m/s最高平安風(fēng)速20m/s輸出電壓AC56V額定功率1000W額定轉(zhuǎn)速300r/min最大功率1500W發(fā)電機(jī)稀土永磁發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)效率≥71%噪音<65dB工作環(huán)境溫度-40℃～塔架高度8m重量350kg風(fēng)能利用系數(shù)0.41壽命20年GB10760.1-89規(guī)定，額定功率1kW小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定電壓為56V，轉(zhuǎn)速工作范圍為65%～150%額定轉(zhuǎn)速。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作在該范圍內(nèi)時(shí)輸出電壓為36V～84V。第三章電氣設(shè)計(jì)局部3.1整流局部由于自然界風(fēng)力的不穩(wěn)定性，交流發(fā)電機(jī)輸出的是不穩(wěn)定的交流電，頻率和幅值都在不斷地變化，而用戶需要的是正常頻率〔即220V/50HZ〕的穩(wěn)定交流電，因此必須進(jìn)行AC—DC—DC—AC變換，即先經(jīng)過整流變成直流電，然后經(jīng)過BUST變換器降壓，最后再經(jīng)過逆變電路將之變成標(biāo)準(zhǔn)的交流電。如果電能足夠充足的話或者空載時(shí)還可以將多余的直流電儲(chǔ)存在蓄電池組內(nèi)。3.1.1整流電路圖和工作原理整流器的主要功能是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電變?yōu)橹绷麟姡?jīng)過整流后的直流電經(jīng)過DC/DC變換器再對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。一般采用的都是三相橋式整流電路。在小型風(fēng)力系統(tǒng)中整流器還有另外一個(gè)重要的用途，就是當(dāng)外界風(fēng)速過小或者根本沒風(fēng)時(shí)，發(fā)電機(jī)的輸出功率也隨之減小，由于三相整流橋由二極管構(gòu)成，其導(dǎo)通方向只能是由發(fā)電機(jī)的輸出端到蓄電池，這就防止了蓄電池對(duì)發(fā)電機(jī)的反向供電，對(duì)發(fā)電機(jī)組起到了保護(hù)的作用。根據(jù)系統(tǒng)容量可將整流器分為可控和不可控兩種，可控整流器主要應(yīng)用在大功率的系統(tǒng)中；不可控整流器主要應(yīng)用于小功率系統(tǒng)中。因?yàn)闃蚴讲豢煽卣麟娐酚啥O管組成，具有功耗低、電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。是目前我國(guó)獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中大量使用的運(yùn)行方式，其原理如圖3-1所示圖3-1三相橋式不可控整流電路如圖3—1所示，習(xí)慣將陰極連接在一起的3個(gè)二極管〔D1、D3、D5〕稱為共陰極組；陽極連在一起的3個(gè)二極管〔D2、D4、D6〕稱為共陽極組。此外，習(xí)慣上希望二極管按照從1～6的順序?qū)?，為此將二極管按照?qǐng)D示順序編號(hào)，按此編號(hào)，二極管的導(dǎo)通順序?yàn)镈1、D2、D3、D4、D5、D6。該電路中，對(duì)于共陰極組的3個(gè)二極管，陽極所接交流電壓值最高的一個(gè)導(dǎo)通。而對(duì)于共陽極組的3個(gè)二極管，那么是陰極所接交流電壓值最低的導(dǎo)通。這樣任意時(shí)刻共陰極組與共陽極組中各有一個(gè)二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，施加于負(fù)載〔或者蓄電池組〕的電壓為某一線電壓。電路工作波形如圖3—2所示。圖3-2電路工作波形從相電壓波形看，共陰極組二極管導(dǎo)通時(shí)，整流輸出電壓Ud1為相電壓再正半周的包絡(luò)線；共陽極組導(dǎo)通時(shí)，整流輸出電壓Ud2為相電壓在負(fù)半周的包絡(luò)線?？偟恼鬏敵鲭妷菏莾蓷l包絡(luò)線見的差值，將其對(duì)應(yīng)到線電壓波形上，即為線電壓在正半周的包絡(luò)線。為了說明各二級(jí)管的工作情況，將波形中的一個(gè)周期分為6個(gè)階段，每段為60°，每一段中導(dǎo)通的二極管及輸出整流電壓的情況如表3—1所示。該表可見，6個(gè)二極管的導(dǎo)通順序依次為D1、D2、D3、D4、D5、D6。表3—1整流管導(dǎo)通順序表時(shí)段①②③④⑤⑥共陰極組導(dǎo)通二極管D1D1D3D3D5D5共陽極組導(dǎo)通二極管D6D2D2D4D4D6整流輸出電壓3.由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出電壓與輸出電流是會(huì)隨著風(fēng)速的波動(dòng)而發(fā)生很大變化的。如果整流管的參數(shù)選擇不當(dāng)，將使元件遭到破壞。整流管的參數(shù)應(yīng)根據(jù)其在電路中可能承受的最大正、反向峰值電壓和流過的最大工作電流來選擇。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出電壓經(jīng)過整流后，有以下主要數(shù)量關(guān)系：輸出電壓平均值空載時(shí)，輸出電壓平均值最大，為。隨著負(fù)載加重，輸入電壓平均值減小，至進(jìn)入id連續(xù)情況后，輸入電壓波形成為線電壓的包絡(luò)線，其平均值為?？梢?，在2.34U1～2.45U1之間變化。由于整流器的輸入電壓為36V～84V，由此可得整流輸出電壓平均值最大為〔3—1〕整流輸出電壓最小值為〔3—2〕最大負(fù)載電流為〔3—3〕元件流過的平均電流為〔3—4〕由上式計(jì)算結(jié)果，可選擇富士康公司生產(chǎn)的型號(hào)為MURP20020CT，參數(shù)為200A/500V的硅二極管作為整流管。在整流回路中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)操作過電壓或換向過電壓。為了防止過電壓破壞元件，通常在整流回路的直流側(cè)接入阻容過電壓保護(hù)。電阻R和電容C的值可參照如下方法估算，即〔3—5〕〔3—6〕式中：為輸出的最大整流電壓；為輸出的最大整流電流；為風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率；為整流器入口交流線電壓。此處R取10Ω，C取100。蓄電池容量選擇確定蓄電池容量的應(yīng)考慮以下因素：①系統(tǒng)負(fù)荷每天需要的電量；②蓄電池的允許放電深度和自放電率；③蓄電池每天需要存儲(chǔ)的電量；蓄電池這一模塊的設(shè)計(jì)主要是蓄電池容量的設(shè)計(jì)計(jì)算和蓄電池組的串并聯(lián)設(shè)計(jì)。常用的蓄電池有鎳氫、鎳鎘和鉛酸蓄電池，考慮到技術(shù)成熟性和本錢等因素，本論文使用鉛酸蓄電池。3.從第二章的資料及計(jì)算結(jié)果可知，用戶平均每天用電5小時(shí)/天，總耗電約為3kWh。假設(shè)充一次電能提供3天的用電量，根據(jù)蓄電池的放電量能等于負(fù)載的耗電量的原那么，蓄電池容量計(jì)算式為〔3—7〕用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的蓄電池通常工作在浮充電和循環(huán)充放電的情況下。該型號(hào)蓄電池充放電要求：浮充電流為0.01C，即為8A；恒流充電電流為0.1C，即80A。3.3DC/DC變換器DC/DC變換器是使用半導(dǎo)體開關(guān)器件，將直流電源能量傳送到負(fù)載并加以控制，得到另一個(gè)直流輸出電壓或電流。該電路通過控制開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，從而控制從電源端傳送到負(fù)載端的能量大小。通常情況下，DC/DC變換器可根據(jù)有沒有變壓器的介入分為直接變換和間接變換兩種，直接變換就是直接進(jìn)行直流電壓的變化，這種電路也被稱為非隔離型DC/DC變換器，即斬波電路；間接變換那么是先將直流電壓變換為交流電壓，再經(jīng)變壓器升壓或降壓后再變換為直流電，此種需經(jīng)過直－交－直變換的電路也稱為隔離型DC/DC變換器。相對(duì)于隔離型DC/DC變換器來說，非隔離型DC/DC變換器具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且輸出直流效率較高等優(yōu)點(diǎn)，所以本文采用的是非隔離DC/DC變換器。其根本原理圖如圖3-4所示：圖3-4Buck變換器圖中虛線框內(nèi)的全控型開關(guān)管T和續(xù)流二極管D構(gòu)成了一個(gè)最根本的開關(guān)型DC/DC降壓變換電路。這種降壓變換電路連同其輸出濾波電路LC被稱為Buck型DC/DC變換器。通過對(duì)開關(guān)管T進(jìn)行周期性的通、斷控制，能將直流電源的輸入電壓變換為電壓輸出給負(fù)載。輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系為〔3—8〕式中，為開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，為開關(guān)周期，D開關(guān)管導(dǎo)通占空比。輸入電流與輸出電流的關(guān)系為〔3—9〕因此，可得〔3—10〕式中，為Buck變換器的輸入等效電阻，為負(fù)載等效電阻。上式說明了Buck變換器的輸入等效電阻與負(fù)載等效電阻之間的關(guān)系。在負(fù)載等效電阻一定時(shí)，調(diào)節(jié)占空比D可以改變Buck變換器的輸入等效電阻。3.3Buck變換器作為主電路的一局部，該變換器主要用于向蓄電池充電和向逆變器供電，同時(shí)還起到功率最大化的作用。Buck變換器的設(shè)計(jì)要求：①按電感電流連續(xù)模式設(shè)計(jì)，工作頻率f為20kHz；②輸入電壓為84V～205V；輸出電壓為21V～28V；最大輸出電壓就是最大充電電壓，即電池在充電過程中能到達(dá)的最大電壓值。一般在25℃的溫度下為28V。又因?yàn)榉烹娊K止電壓為21V，所以輸出電壓為21V～28V。③由蓄電池型號(hào)可知輸出電流為8A～80A，額定輸出電流為〔3—11〕④輸出紋波電壓Δ為0.24V，輸出電流紋波系數(shù)k為0.1；⑤最大占空比〔3—12〕最小占空比〔3—13〕Buck變換器主要元件有：功率開關(guān)器件Q、續(xù)流二極管D、輸出濾波電容C、電感L、輸入濾波電容C1。根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定各元件的參數(shù)和選型。功率開關(guān)器件Q當(dāng)Q截止時(shí)，由于L儲(chǔ)能放電，經(jīng)由D導(dǎo)通續(xù)流，此時(shí)，忽略D的導(dǎo)通壓降，那么Q承受的最大反向電壓是最大輸入電壓，考慮1.5倍的設(shè)計(jì)裕度，Q承受最大反向電壓為1.5×205=307.5V。當(dāng)Q導(dǎo)通時(shí)，流過的電流最大為L(zhǎng)的峰值電流，由下式計(jì)算為50.4A?！?—14〕絕緣門極雙極型晶體管IGBT是一種復(fù)合器件，它的輸入局部為MOSFET,輸出局部為雙極結(jié)型晶體管(GTR)，因此兼具有MOSFET和電力晶體管的優(yōu)點(diǎn)：高輸入阻抗，電壓控制，驅(qū)動(dòng)功率小，開關(guān)速度快，工作頻率高(10～40kHz),飽和壓降低，電壓電流容量較大，平安工作區(qū)較寬。因此，IGBT被認(rèn)為是理想的新型電力電子器件。在功率電子系統(tǒng)中使用IGBT器件，可以改良系統(tǒng)的體積、重量和效率，也可以提高電氣設(shè)備的頻率、節(jié)約材料和節(jié)能。同時(shí)，對(duì)于Buck變換器設(shè)計(jì)可以減少儲(chǔ)能電感的體積。因此，本文功率開關(guān)器件選擇IGBT。根據(jù)上面確定的最大電壓和最大電流，功率開關(guān)器件Q選用富士康公司生產(chǎn)的IGBT(1MBH60D-100),參數(shù)為60A/1000V/260W。續(xù)流二極管D當(dāng)Q導(dǎo)通時(shí)，二極管D承受最大反向電壓為最大輸入電壓205V。當(dāng)Q截止時(shí)，流過D的最大電流為電感L的峰值電流，數(shù)值為50.4A。據(jù)此，并結(jié)合實(shí)際條件，續(xù)流二極管D選用MURP20020CT,參數(shù)200A/500V。輸出濾波電感L在Q截止期間，電感L將存儲(chǔ)的電能釋放，與電容C共同保持電流連續(xù)。在電感L電流連續(xù)的工作模式時(shí)，且電路處于穩(wěn)態(tài)時(shí)，根據(jù)電感電壓伏秒平衡原理，由下式確定電感量?！?—15〕式中，為最大輸出電壓。留有2倍的設(shè)計(jì)裕度，最大電感量取為0.25mH。輸出濾波電容C當(dāng)Buck變換器電路到達(dá)穩(wěn)態(tài)時(shí)，根據(jù)電容C電荷平衡原理，電容C取值由下式確定〔3—16〕考慮設(shè)計(jì)裕度，計(jì)算值為692，實(shí)際選用1000。電容C兩端最大電壓即為最大輸出電壓28V，所以，選用1000/100V。輸入濾波電容在本系統(tǒng)中選用三相橋式不可控整流電路對(duì)發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電整流，這樣電容既是整流電路的輸出濾波電容，也是Buck變換器的輸入濾波電容。計(jì)算得到Buck變換器輸入側(cè)等效電阻為1.3?～7.1?。計(jì)算過程如下〔3—17〕〔3—18〕計(jì)算電容的容量〔3—18〕式中，為發(fā)電機(jī)的最電角速度，單位rad/s。由于額定功率1kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電角速度為76.9rad/s到188rad/s，所以在這里取。計(jì)算為536，實(shí)際選用1000。電容C兩端最大電壓即為最大輸入電壓205V，所以，選用1000/250V。緩沖電路(RCD)緩沖電路對(duì)IGBT的平安工作起著重要作用，它可以有效地抑制開通時(shí)浪涌電流和關(guān)斷時(shí)浪涌電壓。根本原理如圖3-5所示：圖3-5IGBT緩沖電路RCD緩沖電路，取決于IGBT內(nèi)是否存在感性負(fù)載漏流二極管。其工作原理是：當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，電容CS通過二極管DS被充電到(VC-VDS)。集電極電流有了分路，集電極電流能較快地減少。當(dāng)IGBT導(dǎo)通時(shí)，CS通過電阻RS和IGBT放電。CS參數(shù)的選擇可按如下的經(jīng)驗(yàn)公式求得〔3—19〕式中，為最大的集電極電流，單位A；為選定晶體管的額定值，單位V；為最大的集電極電壓上升時(shí)間，單位。選用型號(hào)為941C6P15K，參數(shù)為。在IGBT導(dǎo)通期間，電容CS通過電阻放電，假設(shè)放電時(shí)間為三倍的充電時(shí)間常數(shù)，那么電阻為〔3—20〕電阻的功率為〔3—21〕因此，實(shí)際選用35?/25W電阻。在IGBT關(guān)斷時(shí)，二極管DS電流隨電容充電過程結(jié)束到零；IGBT關(guān)斷后，二極管DS端電壓為最大，按此參數(shù)選擇二極管DS。3.3.2驅(qū)動(dòng)電路IGBT是一種電壓驅(qū)動(dòng)型器件，輸入為容性網(wǎng)絡(luò)，驅(qū)動(dòng)器件時(shí)必須對(duì)輸入電容進(jìn)行充放電驅(qū)動(dòng)電荷負(fù)載。為了加快IGBT的開通速度(減小開通時(shí)間和開通損耗)和關(guān)斷速度〔減小關(guān)斷時(shí)間和關(guān)斷損耗〕，在器件導(dǎo)通后，驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)保持足夠的幅度，保證IGBT處于飽和狀態(tài)。斷態(tài)情況下，希望柵極驅(qū)動(dòng)電路能提供一定的負(fù)電壓，以保證IGBT的可靠關(guān)斷。為了改善柵極控制脈沖的前后沿和防止振蕩，減小集電極電流上升率di/dt，需要在柵極回路中串聯(lián)柵極電阻RG。RG選的大一些，對(duì)減小電流上升率、防止器件損壞有利，但會(huì)使IGBT的開關(guān)時(shí)間增加，會(huì)使開關(guān)損耗增加。根據(jù)IGBT的電流和電壓容量選擇RG。因此在本文中選用富士公司生產(chǎn)的IGBT專用驅(qū)動(dòng)芯片EXB841。EXB841是一種高速驅(qū)動(dòng)集成電路，最高使用頻率為40kHz，能驅(qū)動(dòng)400A/600V或者300A/1200V的IGBT，驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)延遲小于1.5μs，采用單電源+20V供電。并且該芯片價(jià)格低廉，性能優(yōu)勢(shì)明顯，相對(duì)更適合用于小型風(fēng)電系統(tǒng)中。EXB841具有以下功能：①內(nèi)部裝有高隔離的光電耦合信號(hào)隔離電路，可隔離交流2500V的信號(hào)。②內(nèi)部裝有過流保護(hù)電路。過電流檢測(cè)電路能按驅(qū)動(dòng)信號(hào)與集電極電壓之間的關(guān)系檢測(cè)過流。如發(fā)生過流，驅(qū)動(dòng)器的低速切斷電路慢速關(guān)斷開關(guān)管IGBT，以防止集電極電流尖峰脈沖損壞IGBT。③單電源電路?？梢杂赏獠?20V直流供電電壓，以保證IGBT可靠的導(dǎo)通和關(guān)斷。EXB841的應(yīng)用電路如圖3-6所示，IGBT的柵-射極驅(qū)動(dòng)回路接線應(yīng)為絞線，如果在IGBT集電極產(chǎn)生大的電壓尖脈沖，可增加IGBT的柵極串聯(lián)電阻。C7,C8用于吸收電源接線引起的供電電壓變化，一般選用的47μF/20V電容器。該電路有過流檢測(cè)輸入和過流保護(hù)輸出，當(dāng)IGBT出現(xiàn)過流時(shí)，腳5出現(xiàn)低電平，光電耦合有輸出，對(duì)PWM信號(hào)提供一個(gè)封鎖信號(hào)，該信號(hào)對(duì)EXB841實(shí)行關(guān)斷。利用EXB841構(gòu)成的IGBT模塊驅(qū)動(dòng)電路，具有良好的驅(qū)動(dòng)特性，輸出的正向柵極電壓和反向柵極電壓均能滿足要求。電路還具有過流或短路保護(hù)和防止自通的功能。EXB841構(gòu)成驅(qū)動(dòng)和保護(hù)原理圖如圖3-6所示：圖3-6EXB841構(gòu)成驅(qū)動(dòng)和保護(hù)原理圖3.4充放電保護(hù)電路該控制器由電壓繼電器V1、V2和它們所控制的動(dòng)開觸點(diǎn)V1、動(dòng)合觸點(diǎn)V2構(gòu)成。其電路如圖3-7所示。下面以本論文24V額定電壓為例，負(fù)荷最高充電電壓限制在30V,最低放電電壓控制在20V。圖3-7充放電保護(hù)電路充電時(shí)，當(dāng)蓄電池電壓低于30V時(shí)，繼電器V1不工作，常閉觸點(diǎn)V1閉合，保持充電狀態(tài)；當(dāng)該電壓高于30V時(shí)，繼電器V1開始工作，繼而控制常閉觸點(diǎn)V1斷開，切斷充電電路。放電時(shí)，當(dāng)蓄電池電壓高于20V時(shí)，繼電器V2工作，其控制的常開觸點(diǎn)V2閉合，保持放電狀態(tài)；當(dāng)該電壓低于20V時(shí)，繼電器V2停止工作，其控制的常開觸點(diǎn)V2斷開，從而斷開了放電電路。3.7蓄電池組供電控制設(shè)計(jì)為了判斷發(fā)電機(jī)組是否在向蓄電池和逆變器供電，我們?cè)谛铍姵亟M供電控制電路中接入一個(gè)逆流繼電器I1及其所控制的兩個(gè)常閉和一個(gè)常開開關(guān)?？刂齐娐啡鐖D3-8所示，在降壓線路輸出端引出一條線，與逆變器相接，其通斷狀態(tài)用動(dòng)合觸點(diǎn)I1控制。并且在蓄電池組的輸出端引一條線亦與逆變器相接，作為風(fēng)能缺乏時(shí)負(fù)載的供電電路，其通斷狀態(tài)用常開觸點(diǎn)I1控制。圖3-8蓄電池組供電控制電路當(dāng)風(fēng)力充足，發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，逆流繼電器的電壓線圈和電流線圈內(nèi)流過的電流產(chǎn)生的磁力使常閉觸點(diǎn)I1閉合，風(fēng)電向逆變器供電，同時(shí)向蓄電池充電；當(dāng)風(fēng)力缺乏，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速太低時(shí)，逆流繼電器產(chǎn)生的磁力消失，此時(shí)常開觸點(diǎn)I1閉合，同時(shí)常閉觸點(diǎn)I1斷開，此時(shí)即切換成蓄電池組向負(fù)載供電。3.8驅(qū)動(dòng)電路電源設(shè)計(jì)一般控制系統(tǒng)的電源可以由市電經(jīng)交-直變換獲得，但由于獨(dú)立運(yùn)行小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)遠(yuǎn)離電網(wǎng)，系統(tǒng)的工作電源無法由市電提供。因?yàn)轱L(fēng)能的不確定性，只能將蓄電池作為控制IGBT的驅(qū)動(dòng)芯片EXB841的來源，IGBT的驅(qū)動(dòng)芯片EXB841需要+20V電源，控制器需要+5V的工作電源。電源分布情況如圖3-9所示：圖3-9電源分布DC/DC電源模塊選用35W24S5D20F，各參數(shù)見表3-3。由于獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)的特殊性，蓄電池為電源模塊的電源。蓄電池電壓為24V，即DC-DC電源模塊的輸入電壓為24V，在它輸入電壓V范圍之內(nèi)。表3-335W24S5D15F的參數(shù)電壓V封裝形式FT電壓5V電流5輸出電壓精度溫度系數(shù)0.03%隔離電壓>500V工作溫度3.9逆變電路逆變器就是一種將低壓(12或24伏或48伏)直流電轉(zhuǎn)變?yōu)?20伏交流電的電子設(shè)備。根據(jù)輸入直流電源的性質(zhì)、逆變器的直流輸入波形和交流輸入波形，可以把逆變器分成電壓型逆變器和電流型逆變器。電流型逆變器采用自然換流的晶閘管作為功率開關(guān)，其直流側(cè)電感比擬昂貴，而且應(yīng)用于雙饋調(diào)速中，在過同步速時(shí)需要換流電路，在低轉(zhuǎn)差頻率的條件下性能也比擬差，電壓型逆變器整流變頻裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、諧波含量少、定轉(zhuǎn)子功率因數(shù)可調(diào)等優(yōu)異特點(diǎn)。電壓型逆變電路有以下主要特點(diǎn)：(1)直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當(dāng)于電壓源。直流側(cè)電壓根本無脈動(dòng)，直流回路呈現(xiàn)低阻態(tài)。(2)由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負(fù)載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負(fù)載阻抗角情況不同而不同。(3)當(dāng)交流側(cè)為阻感負(fù)載時(shí)需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。為了給交流側(cè)向直流側(cè)反應(yīng)的無功能量提供通道，逆變橋各臂都并聯(lián)了反應(yīng)二極管。綜上考慮，本文采用三相電壓型逆變器。3.9.1三相電壓型橋式逆變電路用三個(gè)單相逆變電路可以組合成一個(gè)三相逆變電路。但在三相逆變電路中，應(yīng)用最為廣泛的還是三相橋式逆變電路。采用IGBT作為開關(guān)器件的三相電壓型橋式逆變電路如圖3-10所示，可以看成是由三個(gè)半橋逆變電路組成。圖3-10三相電壓型橋式逆變電路電路的直流側(cè)通常只有一個(gè)電容器就可以了，但為了方便分析，畫作串聯(lián)的兩個(gè)電容器并標(biāo)出假想中點(diǎn)。和單相半橋、全橋逆變電路相同，三相電壓型橋式逆變電路的根本工作方式也是導(dǎo)電方式，即每個(gè)橋臂的導(dǎo)電角度為，同一相〔即同一半橋〕上下兩個(gè)臂交替導(dǎo)電，各相開始導(dǎo)電的角度以此相差。這樣，在任一瞬間，將有三個(gè)橋臂同時(shí)導(dǎo)通。可能是上面一個(gè)臂下面兩個(gè)臂，也可能是上面兩個(gè)臂下面一個(gè)臂同時(shí)導(dǎo)通。因?yàn)槊看螕Q流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行，因此也被稱為縱向換流。負(fù)載線電壓可由下式求出〔3—22〕設(shè)負(fù)載中點(diǎn)N與直流電源假想中點(diǎn)之間的電壓為，那么負(fù)載各相的相電壓分別為：〔3—23〕三相電壓型橋式逆變電路的工作波形如圖3-11所示。圖3-11三相電壓型橋式逆變電路的工作波形把上面各式相加并整理可求得〔3—24〕OOOOOOOOOOOO〔3—25〕從波形圖中可以看出。對(duì)于U相輸出來說，當(dāng)橋臂1導(dǎo)通時(shí)，，當(dāng)橋臂4導(dǎo)通時(shí)，。因此，的波形是幅值為的矩形波。V、W兩相的情況和U相類似，、的波形形狀和相同，只是相位依次差120°負(fù)載參數(shù)時(shí)，可以由的波形求出U相電流的波形。3.9.2整流管選型由上面我們知道，逆變電路的輸入電壓即為蓄電池或降壓電路的輸出電壓，蓄電池的放電電壓范圍是21V~28V，這里留2V的裕量，最低放電電壓取20V，最高放電電壓取30V。所以逆變電路的輸入電壓的范圍是20V~30V。根據(jù)三相電壓型橋式逆變電路的原理可得到如下數(shù)量關(guān)系：把輸出線電壓展開成傅里葉級(jí)數(shù)得〔3—26〕式中，，k為自然數(shù)。輸出線電壓有效值為〔3—27〕基波幅值和基波有效值分別為〔3—28〕〔3—29〕接下來，我們?cè)賹?duì)負(fù)載相電壓進(jìn)行分析。把展開成傅里葉級(jí)數(shù)得〔3—30〕式中，，k為自然數(shù)。負(fù)載相電壓有效值為〔3—31〕由上述計(jì)算結(jié)果可知，二極管承受的最大反向電壓為33V，最大反向電流為蓄電池的最大放電電流，即80A，所以這里選用深圳森隆科技公司生產(chǎn)的型號(hào)為MR758，參數(shù)為100A/500V的整流管。3.9.3逆變電路主電路設(shè)計(jì)圖3-12是SPWM逆變器的主電路設(shè)計(jì)圖。圖中VD1—VD6是逆變器的六個(gè)功率開關(guān)器件，各由一個(gè)續(xù)流二極管反并聯(lián)，整個(gè)逆變器由蓄電池供電。逆變器的作用主要是將直流電變換為交流電，同時(shí)，因?yàn)槲覀冃枰氖?20V/50HZ的家庭用電，所以還必須經(jīng)過變壓的環(huán)節(jié)和驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)。圖3-12SPWM逆變器的主電路設(shè)計(jì)圖(1)變壓環(huán)節(jié)圖3-12給出了逆變電路的根本構(gòu)成，該電路由蓄電池供電，逆變電路輸出電壓再通過變壓器T1變壓才能供給穩(wěn)壓器。變壓器的接線方式采用連接。該逆變電路為導(dǎo)通方式，經(jīng)過高頻功率開關(guān)后，輸出線電壓根本為正弦波。我們已經(jīng)知道逆變電路的輸入電壓是蓄電池的輸出電壓，范圍在20V~30V之間，由此可以算出該逆變電路的輸出最大線電壓有效值為〔3—32〕輸出最小線電壓有效值〔3—33〕可知，變壓器一次側(cè)的輸入電壓范圍為16.5V~24.5V之間，為了方便計(jì)算變壓器變比及變壓器輸出電壓范圍，這里取21V，這樣就可以得到變壓器變比K為〔3—34〕那么變壓器二次側(cè)輸出最高相電壓為〔3—35〕最小相電壓為〔3—36〕由上述計(jì)算結(jié)果可知，該變壓器的輸出相電壓的范圍為165V~245V。(2)驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)由于三相橋式逆變電路中采用的是IGBT管，它在使用的時(shí)候需要有驅(qū)動(dòng)電路，才能使IGBT管子正常地開通和關(guān)斷。IGBT的驅(qū)動(dòng)電路必須具備2個(gè)功能：一是實(shí)現(xiàn)控制電路與被驅(qū)動(dòng)IGBT柵極的電隔離；二是提供適宜的柵極驅(qū)動(dòng)脈沖。實(shí)現(xiàn)電隔離可采用脈沖變壓器，微分變壓器及光電耦合器。本論文只是家用小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)，又因?yàn)闀r(shí)間有限，所以這里對(duì)驅(qū)動(dòng)電路不在做詳細(xì)的介紹，根據(jù)設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)直接采用富士康公司生產(chǎn)的M57962L芯片及其附件組成的驅(qū)動(dòng)電路。3.10穩(wěn)壓環(huán)節(jié)我們已經(jīng)計(jì)算得到變壓器的輸出電壓為165V~245V，這還不能直接供給負(fù)載使用，所以我們還需要在逆變電路后再加一個(gè)三相穩(wěn)壓器。其接線圖如圖3-13所示圖3-13穩(wěn)壓器接線圖根據(jù)本系統(tǒng)的特殊要求和變壓器的輸出電壓范圍，這里我們采用上海環(huán)矛生產(chǎn)的型號(hào)為TNDSVC的感應(yīng)式交流穩(wěn)壓器。該產(chǎn)品的主要技術(shù)參數(shù)見表3-4。表3-4穩(wěn)壓器主要技術(shù)參數(shù)表輸入電壓160V-250V

〔三相四線〕

調(diào)整時(shí)間<1秒(輸入電壓變化10%時(shí))輸出電壓

單相220V〔5kVA-30kVA〕

三相線電壓380V相電壓220V環(huán)境溫度-10℃溫

升<60穩(wěn)壓精度相電壓220V±3%波形失真無附加波形失真頻率50Hz/60Hz負(fù)載功率因素0.8過壓保護(hù)246V±4V抗電強(qiáng)度1500V/1min

絕緣電阻單相>5MΩ

三相>2MΩ產(chǎn)品概述SVC系列單、三相高精度全自動(dòng)交流穩(wěn)壓器〔穩(wěn)壓電源〕，由接觸式自耦高壓器、伺服式電動(dòng)機(jī)、自動(dòng)控制電路等組成，當(dāng)電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定或負(fù)載變化時(shí)，自動(dòng)采樣穩(wěn)壓器控制電路發(fā)出信號(hào)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，調(diào)整穩(wěn)壓器自耦調(diào)壓器碳刷的位置，使穩(wěn)壓器輸出電壓調(diào)整到額定值并到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。

本系列穩(wěn)壓器為普通型，有市電直通功能。該系列穩(wěn)壓器產(chǎn)品品種多，規(guī)格全，外觀美等優(yōu)點(diǎn)。具有波形不失真，效率高，性能可靠，可長(zhǎng)期運(yùn)行等特點(diǎn)，本穩(wěn)壓器設(shè)有短延時(shí)、過壓等保護(hù)功能，根據(jù)用戶的需要可增設(shè)長(zhǎng)延時(shí)與欠壓保護(hù)功能。本穩(wěn)壓器可廣泛應(yīng)用于任何用電場(chǎng)所，是一種理想的穩(wěn)壓電源〔穩(wěn)壓器〕，確保用電設(shè)備正常運(yùn)行。3.11市電切換電路本系統(tǒng)有一個(gè)缺乏之處，就是必須要有風(fēng)才能產(chǎn)生電能，雖然在無風(fēng)的情況下可以由蓄電池供電，但如果多天無風(fēng)蓄電池的電能也用完也可能是電路或某個(gè)部件出現(xiàn)故障，用戶就會(huì)停電。為了預(yù)防這樣的事情發(fā)生本系統(tǒng)電路中添加了一組市電自動(dòng)投切電路。如圖3-14所示。該控制電路由電壓繼電器V3和它們所控制的常閉觸點(diǎn)V3、常開觸點(diǎn)V3構(gòu)成。其電路如下圖。以本論文相電壓220V額定電壓為例，電壓繼電器V3的整定值設(shè)為200V，當(dāng)電壓繼電器輸入電壓小于200V時(shí)，常閉觸點(diǎn)V3斷開，常開觸點(diǎn)V3閉合，此時(shí)由市電向負(fù)載供電。假設(shè)出現(xiàn)系統(tǒng)故障，系統(tǒng)不能正常供電或電壓繼電器V3不能正常工作時(shí)可手動(dòng)閉合聯(lián)動(dòng)刀閘，此時(shí)由市電向負(fù)載供電同時(shí)切斷了系統(tǒng)供電電路。圖3-14市電切換電路3.12并網(wǎng)電路設(shè)計(jì)由式2-9可知，該發(fā)電系統(tǒng)在持續(xù)有風(fēng)的情況下每天可發(fā)電6.7KWh，而負(fù)載每天消耗的電能為3KWh,那么余下的3.7KWh的電能也不會(huì)憑空消失，所以我們必須為多出來的電能找到出路。為了使能量利用的最大化，系統(tǒng)引入了并網(wǎng)運(yùn)行的策略，其原理如圖3-15所示。其中，I2是逆流繼電器及其所控制的開關(guān)，以防止能量倒流。同時(shí)接入熔斷器防止負(fù)荷側(cè)短路和孤島效應(yīng)。圖3-15并網(wǎng)電路原理圖根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)《小型電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定〔試行〕》中的相關(guān)規(guī)定可知，小型電源接入電壓等級(jí)宜按照：200kW及以下小型電源接入0.38kV電壓等級(jí)電網(wǎng)；200kW以上小型電源接入10kV〔6kV〕及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)。經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比擬，小型電源采用低一電壓等級(jí)接入優(yōu)于高一電壓等級(jí)接入時(shí)，可采用低一電壓等級(jí)接入。由于穩(wěn)壓器輸出線電壓為380V，為防止能量倒流，該電路中參加一個(gè)380V變400V的變壓器。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的最大功率為1500W，理論上該變壓器的額定容量是1.5KVA。實(shí)際選用2KVA。根據(jù)上述要求，選用上海璞諾電氣公司生產(chǎn)的型號(hào)為SG-380/400V，容量為2KVA的三相雙繞組變壓器。其相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表3-5所示。表3-5并網(wǎng)變壓器相關(guān)技術(shù)參數(shù)輸入電壓額定電壓±10%輸出電壓額定電壓+5%〔容載〕聯(lián)接方式△/Y〔或其它〕頻

率≥96%頻

率50Hz±5%絕緣電阻≥50MΩ絕緣等級(jí)H級(jí)噪

音≤55dB(A計(jì)權(quán))溫

升≤80K阻抗壓降≤4%結(jié)

構(gòu)