【正文】 繼點控制電路的設計，并對各種不同風力情況下系統(tǒng)的運行狀況進行了全面而嚴謹的分析，最后電氣控制部分進行了系統(tǒng)仿真。而礦物質燃料儲量有限，正在日趨減少，況且其帶來的嚴重的污染問題和溫室效應正越來越困擾著人們。近 20 年來風電技術有了巨大的進步，發(fā)展速度驚人。其推算的結果2022 年風電裝機 億 KW，風電電量 104 億 kWh，2020 年風電裝機 億 KW，風電電量 104 億 kWh，占當時世界總電消費量 104 億 kWh 的 %。新的風電機組葉片設計和制造廣泛采用了新技術和新材料，有效地改善并提高了風力發(fā)電總體設計能力和水平。目前，主要風電設備制造企業(yè)集中在歐美國家，全世界風電機組供應商的前 10 位供應了世界新增裝機容量的 90% 以上的份額，集中度比較高。以美國為例，風電機組的造價和發(fā)電成本正逐年降低，達到可與常規(guī)發(fā)電設備不相上下的水平。我國的風電開發(fā)起步較晚，大體分為三個階段。共建 5 個風電場，安裝風機 131 臺，裝機容量 萬 KW，最大單機 500KW。風力發(fā)電這一朝陽產業(yè)必將蓬勃發(fā)展，成為將來能源供給的支柱產業(yè)！ 風力發(fā)電的原理和特點風力發(fā)電是利用風能來發(fā)電，而風力發(fā)電機組是將風能轉化為電能的機械。 [3]風力發(fā)電有如下特點（1）可再生，且清潔無污染。本論文討論的是前者，即獨立運行風電系統(tǒng)的解決方案。 （此時發(fā)出的是頻率和幅值都不穩(wěn)定的交流電） 。此時即可實現為負載供電。氣動升力是由飛行器的機翼產生的一種力，如圖 21。 風力機的主要部件水平軸風力機主要由風輪、塔架、對風裝置、齒輪箱組成，整體結構如圖 2—2 所示：（1）風輪：由 1~3 個葉片組成，這是吸收風能的主要部件。這時塔架需要承受兩個主要的載荷：一個是風力機的重力，向下壓在塔架上；另一個是阻力，使 圖 22 風力主要部結構圖塔架向風的下游方向彎曲。由尾翼帶東水平軸旋轉，是風輪總朝向風吹來的方向。在裝機是應使其與輪轂相連。如果風速增加一倍，風的功率便會增加 8 倍。湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計IV 發(fā)電機結構、工作原理及電路圖本論文提出的系統(tǒng)采用蓄電池組為勵磁功供電，并在蓄電池組合勵磁繞組之間串聯勵磁調節(jié)器。圖 31 串聯勵磁調節(jié)器獨立運行的小型風電機組的風力機葉片多數是固定槳距的，當風力變化時風力機轉速隨之變化，與風力機相連的發(fā)電機的轉速也隨之變化，因而發(fā)電機的出口電壓也會產生波動，這將導致硅整流器輸出的直流電壓及發(fā)電機勵磁電流的變化，并造成勵磁磁場的變化，這樣又造成發(fā)電機出口電壓的波動。為了消除發(fā)電機輸出端電壓的波動，該硅整流交流發(fā)電機配有勵磁調節(jié)器，如圖所示，勵磁調節(jié)器由電壓繼電器 V電流繼電器 I逆流繼電器 I2 及其所控制的動斷觸電 VI1 和動合觸電 I2 以及電阻 R2 等組成。湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計VI圖 32 發(fā)電機端電壓與發(fā)電機轉速的關系風力發(fā)電機組運行時，當用戶投入的負載過多時，可能出現負載電流過大超過額定值的狀況，如果不加以控制，使發(fā)電機過負荷運行，會對發(fā)電機的使用壽命有較大的影響，甚至損壞發(fā)電機的定子繞組。圖 33 發(fā)電機負載電流與發(fā)電機轉速的關系為了防止無風或風速太低時，蓄電池組向發(fā)電機勵磁繞組送電，及蓄電池組由充電運行變?yōu)榉错懛烹姞顟B(tài)，這不僅會消耗蓄電池組所儲電能，還可能燒毀勵磁繞組，因此在勵磁調節(jié)器裝置內，還裝有逆流繼電器I2。 整流部分 由于自然界風力的不穩(wěn)定性，交流發(fā)電機輸出的是不穩(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 50HZ）的穩(wěn)定交流電，因此必須進行 AC—DC—AC 變換，即先經過整流變成直流電，之后在經過你變電路將之變成標準的交流電。圖511 所示為單相橋式整流電路的畫法。 在 u2 的負半周，其極性與上述相反，即 b 點的電壓高于 a 點時，DD4 導通，DD3 截止，電流由 b 經 D2→RL→D4→形成通路，如圖中虛線箭頭所示。負載上得到的脈動直流電壓，常用一個周期的平均值來說明它的大小。 參數選擇由于風力發(fā)電機組的輸出電壓與輸出電流是會隨著風速的波動而發(fā)生很大變化的。在整流回路中，經常會出現操作過電壓獲換向過電壓。本系統(tǒng)采用的是鉛蓄電池。蓄電池組在充電和放電的過程中，端電壓是不相等的，充電時端電壓高于電動勢，放電時端電壓低于其電動勢。影響其壽命的原因有很多，如充放電過度、蓄電池的電解液濃度太大或者純度降低以及在高溫環(huán)境下使用等都會是蓄電池的性能變壞，降低蓄電池的使用壽命。湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計XIV圖 36 蓄電池充電曲線 圖 37 蓄電池放電曲線 從蓄電池充放電曲線可見，如果充電電壓過高，將會嚴重損壞用戶的電器；若放電電壓過低（放電電流太大或放電時間過長） ，不僅影響到用戶電器的正常使用，而且會縮短蓄電池的使用壽命。下面以本論文 24V 額定電壓為例，負荷最高充電電壓限制在 28~29V,最低放電電壓控制在 21~22V。并且在蓄電池組的輸出端引出兩線亦與逆變器相接，作為風能不足時負載的供電電路，其通斷狀態(tài)用動開觸點 I2 控制。( a ) ( b )圖 1443 單相橋式逆變電路原理 逆變器將直流電轉換為交流電的逆向過程，是通過功率半導體開關器件的開通和關斷作用來實現的。當以頻率 Fs 交替切換開關管 TT4 和 TT3 時，則在電阻 R 上獲得如圖 1443（b）所示湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計XVII的交變電壓波形，其周期 Ts=1/fs，這樣，就將滯留電壓 Ud 編程了交流電壓 Uo。 IGBT 的驅動電路驅動電路是主電路與控制電路之間的接口，是該逆變裝置的重要環(huán)節(jié)，對整個裝置的性能有很大影響。對 IGBT 驅動電路的基本要求如下： （1） 提供適當的正向和反向輸出電壓,使 IGBT 可靠的開通和關斷。 （5） 具有靈敏的過流保護能力。但是柵極電阻 RG 不能太大也不能太小,如果 RG 增大,則開通關斷時間延長,使得開通能耗增加；相反,如果 RG 太小,則使得 di/dt 增加,容易產生誤導通。（6） 為了保證可靠的關斷與導通,在柵射極加穩(wěn)壓二極管。將該電氣設計接入風機組和逆變電路之間，即可實現將風能轉化為標準戶用型 50HZ 交流電。在我撰寫論文的過程中，***老師傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、構思和資料的收集方面，還是在論文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了羅老師悉心細致的教誨和無私的幫助，特別湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計XXIII是他廣博的學識、深厚的學術素養(yǎng)、嚴謹的治學精神和一絲不茍的工作作風使我終生受益，在此表示真誠地感謝和深深的謝意。首先，對風力發(fā)電機的總體機械結構進行了設計，并且設計了限速控制系統(tǒng)。s overall mechanism, And has designed the regulating control system. What I design is one kind of new vertical axis small winddriven generator, by the air blower impeller, the column, the crossbeam, the gearshift mechanism, the engaging and disengaging gear and the generator is posed. This kind of generator has the volume to be small, the noise is small, the service life is long, the price low characteristic, suits in has the wind energy resources area building crown, the supply family uses electricity, For example illumination: The light bulb, conserves energy the lamp。可以說，對風力發(fā)電的研究和進行這方面的畢業(yè)設計對我們從事風力發(fā)電事業(yè)的同學是有著十分重大的理論和現實意義的，也是十分有必要的。在偏遠地區(qū)，電力供應困難。在這些地區(qū)，利用汽油／柴油發(fā)電機的供電，考慮油料的運輸成本，農牧戶承擔的成本也要高于 6 元/KW。為了人類社會的可持續(xù)發(fā)展，當務之急是尋找和研究利用其他可再生資源。 促進能源產業(yè)升級風力發(fā)電技術屬于新興技術，風電產業(yè)是朝陽產業(yè)。冰山消融、海平面升高、大氣環(huán)流和海洋異常導致自然災害的頻發(fā)、土地沙漠化，使“地球村”的效應更加明顯，各國都認識到必須共同采取措施減緩和影響這種變化。湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計4 社會驅動力風能份額增加時，會創(chuàng)造很多直接和間接的就業(yè)機會。綠色電力的發(fā)展就是一個典型的例予，人們自愿以高于化石電力的價格購買風電和其他可再生能源電力。1987 年加拿大研制出單機容量為 的立軸達里厄風力發(fā)電機組，安裝于魁北克省的凱普一柴特。世界風電總裝機容量 1997 年底為 746 萬KW，1998 年底為 1015 萬 KW，1999 年底風力發(fā)電機的設計及風力發(fā)電系統(tǒng)的研究為 1393 萬 KW，2022 年達 1845 萬 KW，2022 年達 2493 萬 KW，2022 年達 3112KW，平均年增長率在 30%以上。目前風力發(fā)發(fā)電機組的研制開發(fā)重點分兩方面，一是 1KW 以下獨力運行的小型風力發(fā)電機組，二是 100KW 以上并網運行的大型風力發(fā)電機組。特別近年來，中國的風力風電場建設取得了較好的經濟效益和巨大的發(fā)展。目前主流發(fā)電機組的功率，以上升到 600～750KW，MW級的機組也成批生產，24MW 級的機組已在實驗生產。槳葉材料由玻璃纖維增強樹脂發(fā)展為強度高、重量輕的碳纖維。例如，在美國，國家可再生能源實驗室研制開發(fā)了一種新型葉片，比早期的一些風力機槳葉捕捉風能的能力要大 20%。在 50m 高處捕提的風能要比 30m 高處多20%。這是一種很有發(fā)展前途的技術。 工作風速與輸出功率 風力發(fā)電機的輸出效率最理想的風力機也不可能吸收全部的風能，而只能吸收部分風能。實際風力機吸收的功率與理想風力機吸收的功率的比值叫做風力機的效率。η 3 工作風速與輸出功率風力機啟動時，為了克服其內部的摩擦阻力而需要一定的力矩。當風速超過某一值的時候，基于安全上的考慮(主要是塔架和槳葉強度)，風力機應該停止運轉，所以每一臺風力機都規(guī)定有最高風速V fmax，最高風速V fmax與風力機的設計強度有關，是設計時給定的參數。（1） 雙參數威布爾分布 風能就是流動空氣具有的動能。不同地區(qū)，不同時期參數K、C是不同的，可根據某地連續(xù)30年的風資料算出該地的K、C參數，威布爾分布函數曲線見圖22。雙參數威布爾分布函數曲線峰值對應的凡就是起動風速(圖22)。己知風能密度p=12ρv 3，對一臺效率為?，槳葉半徑為廠的風力機，輸出功率w(V)的威布爾分布函數為w(V)峰值對應之風速V P應是額定風速，此時風力機提取的風能最多。在風力機的設計中，輸出功率出現30%以上的誤差，將帶來很大的經濟損失。(2)選定適合地點 在一年中，對通過強風場所的調查。對于風能利用，通過對風的觀測，可以估算出該地區(qū)可利用的風能大小，為風力機的設計和性能研究以及開發(fā)的經濟性等提供條件。一種是一日24次自記10分鐘平均風速觀測。傳統(tǒng)的風力發(fā)電機啟動風速要求較高，發(fā)電噪音也很大，所以只能將風力發(fā)電機放在人跡罕至的地方或風力較大的地方。通過增速系統(tǒng)和離合湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計15器使轉矩和扭矩傳遞到風力發(fā)電機軸上，帶動發(fā)電機軸旋。所以，如何使風力發(fā)電和建筑進行一體化設計，降低小型風力發(fā)電機噪音，使其安裝在建筑周圍而不影響人的生活質量，已成為各個國家研究的焦點！我設計的是一種新型的立式垂直軸小型風力發(fā)電機，由風機葉輪、立柱、橫梁、變速機構、離合裝置和發(fā)電機組成。湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計143 風力發(fā)電機方案和結構設計 小型垂直式風力發(fā)電機方案設計現在，各個發(fā)達國家均大力發(fā)展新能源產業(yè)，雖然太陽能一直是新能源商業(yè)化的首選，因為太陽能的設置地點較靈活，不會產生噪音，可以和建筑進行一體化設計。因為風速隨時間變化很大，而且變化不定，所以測量時取一定時間內的風速大小的平均值和最長時間的風向。(4)為了風力機設計強度和安全系數的氣象調查 異常的強風出現的概率、風的不定向性以及突風程度，冰暴、鹽害等的調查。所以在風力機設計計劃中，對風的觀測非常受重視。橫坐標表示風能，單位為:m/s)A—理論風能曲線B—扣除空氣動力損失后的風力機吸收的功率C—計算傳動損失和機械能轉換損失后的功率曲線D—發(fā)電機實際輸出功率曲線圖2—3 功率與風速的關系 風能利用與氣象 風的觀測對風能利用的意義在前面已經講述過，風能與風速的三次方成正比。使用起動力風速大于上式計算的氣的風力機會損失小風速這一區(qū)段的風能，使用起動風速小于上式計算的咋的風力機是否更好呢?表面看低風速的風能得到更多的利用，深入研究可知在之氣的較高風速區(qū)風能利用率下降，總體上是得不償失，故選用盡可能接近上式結果的風力機最為理想。湖南電氣職業(yè)技術學院畢業(yè)設計10圖22 威布爾分布函數曲線上式滿足(24)（2）起動風速 啟動風速為風力機風輪由靜