【正文】 （ 6） 風(fēng)力不足且電池組已過(guò)放 系統(tǒng)仿真 作者采用了 MATLAB 仿真軟件，對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)電氣部分進(jìn)行了仿真。然后用 MATLAB 對(duì)整個(gè)實(shí)際電路進(jìn)行了詳細(xì)的仿真，結(jié)果表明，在接入仿真三相交流電的情況下，各個(gè)輸出端的輸出達(dá)到了預(yù)期的要求，證明了方案的切實(shí)可行和正確無(wú)誤。 小型獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 25 參 考文獻(xiàn) [1] 吳治堅(jiān) .新能源和可再生能源的利用 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2021： 256289. [2] 王浩民 .中國(guó)風(fēng)電技術(shù)發(fā)展研究報(bào)告 [M].北京 :水里水電出版社， 2021:2451. [3] Lesamp。 最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見(jiàn)的各位老師表示衷心地，真誠(chéng)的感謝！ 。在我撰寫(xiě)論文的過(guò)程中，張老師傾注了大量的心血和汗水，無(wú)論是在論文的選題、構(gòu)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，我都得到了張老師悉心細(xì)致的教誨和無(wú)私的幫助，特別是他廣博的學(xué)識(shí)、深厚的學(xué)術(shù)素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和一絲不茍的工作作風(fēng)使我終生受益，在此表示真誠(chéng)地感謝和深深的謝意。 本系統(tǒng)采用繼電控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)在完全的自動(dòng)化，無(wú)需人工控制，方便易行。 當(dāng)風(fēng)力較弱時(shí)， I I2′斷開(kāi)， I2′′ 閉合，蓄電池組供電，負(fù)載電壓波形為： 圖 46 蓄電池組供電負(fù)載電壓波形 小型獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 24 結(jié)論 本論文研究了小型獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成及其運(yùn)行狀況，提出了系統(tǒng)構(gòu)成的具體解決方案。 U、 V、 W 任意兩相接入電器即為線電壓，其中任意一相與 N’ 接入電器即為相電壓。 當(dāng)蓄電池組放電時(shí)，若蓄電池組電壓達(dá)到下限值時(shí)（ 21V），電壓繼電器 V2 停止工作，其控制的動(dòng)合觸點(diǎn)斷開(kāi)，從而切斷了放電回路。 若此時(shí)風(fēng)力過(guò)強(qiáng)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出端電壓過(guò)大（高于 30V），電壓繼電器 V1動(dòng)作，其控制的動(dòng)斷觸點(diǎn) V1 斷開(kāi)，此時(shí)勵(lì)磁回路中即串入電阻 R2，勵(lì)磁電流減小，繼而降低輸出端電壓；當(dāng)風(fēng)力不足時(shí)，發(fā)電機(jī)輸出端電壓較低（低于 24V），此時(shí)既無(wú)法向負(fù)載正常供電，也會(huì)導(dǎo)致蓄電池組向電機(jī)反充電，一旦反充電，電流繼電器 I2 內(nèi)的電流方向改變，停止工作，其控制的兩個(gè)動(dòng)合觸點(diǎn) I2 斷開(kāi)，從而斷開(kāi)了向負(fù)載和蓄電池供電回路，同時(shí)動(dòng)開(kāi)觸點(diǎn) I2閉合，切換為蓄電池組供電回路。 小型獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 17 第四章 系統(tǒng) 整體 運(yùn)行分析 及仿真 系統(tǒng)分析 下面對(duì)整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，其總電路圖如下所示： ` 圖 41風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)總電路圖 風(fēng)吹動(dòng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)軸通過(guò)齒輪箱升高轉(zhuǎn)速，齒輪箱的輸出端連接三相交流發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流由蓄電池組提供。 （ 3） 圖中電容 C 用來(lái)吸收由電源連接阻抗引起的供電電壓變化 ,并不是電源的供電濾波電容 ,一般取值為 47 F。 目前，在 IGBT 的柵極驅(qū)動(dòng)電路中廣泛采用的是 EX840/EX841 集成電路。 （ 2） 提供足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時(shí)電流 ,使 IGBT 能迅速建立柵控電場(chǎng)而導(dǎo)通。采用性能良好的驅(qū)動(dòng)電路，可使電力電子器件工作在較理想的狀小型獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 15 態(tài)，縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，減少 開(kāi)關(guān)損耗，對(duì)裝置的運(yùn)行效率。即先給應(yīng)關(guān)斷的器件關(guān)斷信號(hào)，待其關(guān)斷后留一定的時(shí)間裕量，然后再給應(yīng)開(kāi)通的器件發(fā)出開(kāi)通信號(hào)，即在兩者之間留一個(gè)短暫的死區(qū)時(shí)間。 圖 f 給出了利用式 55 和式 57 繪出的 UNu 的波形， UNu 、 WNu 的波形形狀和 UNu 相同，僅相位依次相差 120176。39。39。39。39。39。39。UNu 、39。VNu 的波形和 39。 /2UNu Ud?? 。因?yàn)槊看螕Q流都是在同一相上下兩個(gè)橋臂之間進(jìn)行的，因此也被稱為縱向換流。 ，同一相（即同一半橋）上下兩個(gè)臂交替導(dǎo)電，各相開(kāi)始導(dǎo)電的角度依次相差 120176。該逆變器采用 IGBT 作為開(kāi)關(guān)器件。 逆變電路 在獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，用戶負(fù)荷主要是使用交流電。 放電時(shí)，當(dāng)蓄電池電壓高于 21V時(shí)，繼電器 V3工作，其控制的動(dòng)合觸點(diǎn) V3 閉合，保持放電狀態(tài)；當(dāng)該電壓低于 21V 時(shí)，繼電器 V3 停止工作，其控制的動(dòng)合觸點(diǎn) V3 斷開(kāi)，從而斷開(kāi)了放電電路。 充 放電 保護(hù)電路 該控制器由電壓繼電器 V V3 和它們所控制的動(dòng)開(kāi)觸點(diǎn) V動(dòng)合觸點(diǎn) V3 構(gòu)成。圖3— 3— 7 分別是蓄電池典型的充放電曲線。 蓄電池的容量以 Ah 表示，其端電壓隨著放電而逐漸降低，且蓄電池組存在最佳充放電電流，其具體參數(shù)將在實(shí)際應(yīng)用中再做具體分析。 本論文采用 12節(jié)鉛蓄電池串聯(lián)，組成 24V的蓄電池組。電阻 R和電容 C的值可參照式 4— 3所示方法估算， [10]即 105 ( )zzR U I? ? ? （ 3— 4） 270 / ( )C U uF? （ 3— 5） 式中： 1zU 為輸出的整流電壓， V； 0zI 為輸出的整流電流， A； P 為風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率， VA； 2U 為整流器入口交流線電壓， V。 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(guò)的最大工作電流來(lái)選擇。 ，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。 電路工作波形如圖 3— 5所示。此外，習(xí)慣上希望二極管按照從 1~6 的順序?qū)ǎ瑸榇藢⒍O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)?VD VD VD VD VD VD6。 整流部分 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 50HZ）的穩(wěn)定交流電，因此必須進(jìn)行AC— DC— AC 變換，即先經(jīng)過(guò)整流變成直流電，之后在經(jīng)過(guò)你變電路將之變成標(biāo)準(zhǔn)的交流電。 圖 33發(fā)電機(jī)負(fù)載電流與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系 小型獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 8 為了防止無(wú)風(fēng)或風(fēng)速太低時(shí)，蓄電池組向發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組送電，及蓄電池組由充電運(yùn)行變?yōu)榉错懛烹姞顟B(tài)，這不僅會(huì)消耗蓄電池組所儲(chǔ)電能，還可能燒毀勵(lì)磁繞組，因此在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器裝置內(nèi)，還裝有逆流繼電器 I2。 圖 32發(fā)電機(jī)端電壓與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān) 系 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，當(dāng)用戶投入的負(fù)載過(guò)多時(shí)，可能出現(xiàn)負(fù)載電流過(guò)大超過(guò)額定值的狀況，如果不加以控制 ，使發(fā)電機(jī)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)的使用壽命有較大的影響，甚至損壞發(fā)電機(jī)的定子繞組。 為了消除發(fā)電機(jī)輸出端電壓的波動(dòng)，該硅整流交流發(fā)電機(jī)配有勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，如圖所示，勵(lì)磁調(diào)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(dòng)斷觸電 V I1 和動(dòng)合觸電 I2 以及電阻 R2等組成。 [7] 圖 31串聯(lián)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)力機(jī)葉片多數(shù)是固定槳距的，當(dāng)風(fēng)力變化時(shí)風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速隨之變化，與風(fēng)力機(jī)相連的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之變化，因而發(fā)電機(jī)的出口電壓也會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，這將導(dǎo)致硅整流器輸出的直流電壓及發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化，并造成勵(lì)磁磁場(chǎng)的變化，這樣又造成發(fā)電機(jī)出口電壓的波動(dòng)。（整流部分將在下一節(jié)作詳細(xì)介紹） 發(fā)電機(jī) 結(jié)構(gòu)、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(lì)磁功供電，并在蓄電池組合勵(lì)磁繞組之間串聯(lián)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。如果風(fēng)速增加一倍，風(fēng)的功率便會(huì)增加 8倍。在裝機(jī)是應(yīng)使其與輪轂相連。由尾翼帶東水平軸旋轉(zhuǎn)，是風(fēng)輪總朝向風(fēng)吹來(lái)的方向。這時(shí)塔架需要承受兩個(gè)主要的載荷：一個(gè)是風(fēng)力機(jī)的重力，向下壓在塔架上；另一個(gè)是阻力，使 圖 22風(fēng)力主要 部件結(jié)構(gòu)圖 小型獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 5 塔架向風(fēng)的下游方向彎曲。 [4] 風(fēng)力機(jī)的主要部件 水平軸風(fēng)力機(jī)主要由風(fēng)輪、塔架、對(duì)風(fēng)裝置、齒輪箱組成，整體 結(jié)構(gòu)如圖 2— 2所示： [5] （ 1） 風(fēng)輪：由 1~3個(gè)葉片組成，這是吸收風(fēng)能的主要部件。氣動(dòng)升力是由飛行器的機(jī)翼產(chǎn)生的一種力，如圖 21。此時(shí)即可實(shí)現(xiàn)為負(fù)載供電。（此時(shí)發(fā)出的是頻 率和幅值都不穩(wěn)定的交流電） 。 小型獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 3 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。 [3] 風(fēng)力發(fā)電 有如下 特點(diǎn) （ 1） 可再生，且清潔無(wú)污染。風(fēng)力發(fā)電這一朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)必將蓬勃 發(fā)展，成為將來(lái)能源供給的支柱產(chǎn)業(yè)！ 風(fēng)力發(fā)電的原理和特點(diǎn) 風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)能來(lái)發(fā)電，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的機(jī)械。共建 5個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，安裝風(fēng)機(jī) 131 臺(tái)，裝機(jī)容量 萬(wàn) KW，最大單機(jī) 500KW。我國(guó)的風(fēng)電開(kāi)發(fā)起步較晚，大體分為三個(gè)階段。以美國(guó)為例，風(fēng)電機(jī)組的造價(jià)和發(fā)電成本正逐年降低，達(dá)到可與常規(guī)發(fā)電設(shè)備不相上下的水平。目前，主要風(fēng)電設(shè)備制造企業(yè)集中在歐美國(guó)家，全世界風(fēng)電機(jī)組供應(yīng)商的前 10 位供應(yīng)了世界新增裝機(jī)容量的 90% 以上的份額，集中度小型獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 2 比較高。新的風(fēng)電機(jī)組葉片設(shè)計(jì)和制造廣泛采用了新技術(shù) 和新材料，有效地改善并提高了風(fēng)力發(fā)電總體設(shè)計(jì)能力和水平。其推算的結(jié)果 2021 年風(fēng)電裝 機(jī) 億 KW，風(fēng)電電量 104 億 kWh， 2020 年風(fēng)電裝機(jī) 億 KW，風(fēng)電電量 104 億 kWh，占當(dāng)時(shí)世界總電消費(fèi)量 104 億 kWh的 %。近 20 年來(lái)風(fēng)電技術(shù)有了巨大