【文章內(nèi)容簡介】 風(fēng)力供電系統(tǒng)實訓(xùn)裝置分析 9 按電路結(jié)構(gòu)可分為 橋式電路 和 零式電路。 按交流輸入相數(shù)分為 單相電路 和 多相電路。 整流器的主要功能是對風(fēng)力發(fā)電機輸出的三相交流電進行整流，整流后的直流電經(jīng)過控制器再對蓄電池進行充電。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的容量不同，整流器分為可控與不可控兩種，可控整流器主要應(yīng)用在功率較大的系統(tǒng)中，可以減小電感過大帶來的體積大、損耗大等缺點；不可控整流器主要應(yīng)用于小功率系統(tǒng)中。 目前在我國小型型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中大量使用的是橋式不可控整流方式，如圖 24所示。因為它由二極管組成，具有功耗低、電路簡單等特點。 圖 三相不可控整流 三相整流器除了把輸入的三相交流電能整流為可對蓄電池充電的直流電能之外，另外一個重要的功能是在外界風(fēng)速過小或者基本沒風(fēng)的時候，風(fēng)力發(fā)電機的 輸出功率也較小，由于三相整流橋的二極管導(dǎo)通方向只能是由風(fēng)力發(fā)電機的輸出端到蓄電池，所以防止了蓄電池對風(fēng)力發(fā)電機的反向供電。 逆變器 逆變器是將低壓直流電源變換成高壓交流電源的裝置，逆變器的種類很多 ,各自的具體工作原理、工作過程不盡相同。本實訓(xùn)裝置使用的逆變器由 DCDC 升壓 PWM 控制芯片單元、驅(qū)動 +升壓功率 MOS 管單元、升壓變壓器、 SPWM 芯片單元、高壓驅(qū)動芯片單元、全橋逆變功率 MOS 管單元、 LC 濾波器組成 。 蓄電池 （ 1） 蓄電池的工作原理 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 風(fēng)力供電系統(tǒng)實訓(xùn)裝置分析 10 在 小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池起著儲存和調(diào)節(jié)電能 的作用。其它器件或技術(shù)也有被利用來進行能量存儲的，比如微型水泵、壓縮空氣或飛輪等，但是在小規(guī)模風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用中，這些儲能方式都不是很經(jīng)濟。近年來，隨著燃料電池和電解槽技術(shù)的發(fā)展，氫氣作為一種能量存儲介質(zhì)進入人們的視野，這是一種比較有前途的技術(shù)方向。但是要大范圍的應(yīng)用，還有很多技術(shù)難題待解決。 在本系統(tǒng)中，當(dāng)風(fēng)力很大致使產(chǎn)生的電能過剩時，蓄電池將多余的電能儲存起來 。反之，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)電量不足或負載用電量大的時候，蓄電池向負載補充電能，并保持供電電壓的穩(wěn)定。鉛酸蓄電池由于具有容量大，成本低，循環(huán)壽命長等優(yōu)點，一直是小 型電力系統(tǒng)的首選儲能設(shè)備。 蓄電池正負極板上的活性物質(zhì)分別是二氧化鉛（ 2pbo ）和海綿狀鉛（ pb ），它們與電解液中的硫酸接觸，負極板上鉛不斷解離為正二價的鉛離子（ ?2pb ）和電子，鉛離子融入電解液中，電子留在負極板上。隨著化學(xué)反應(yīng)不斷的進行，負極板上的負電荷逐漸增加，對電解液中的鉛離子的吸引力也不斷的加大，使得部分的鉛離子獲得電子沉積到負極板的表面。當(dāng)離開和沉積到負極板表面的鉛離子相等，即氧化和還原的速度趨于平衡時，負極板與電解液間形成穩(wěn)定的電位差 (大約 )。正極板上的二氧化鉛（ 2pbo ）在電解液的作用下解離為鉛離子（ ?2pb ），既（ 2pbo ）從極板獲得電子還原為（ ?2pb ）進入電解液，同時電解液中的部分失去電子氧化為 ?4pb ，當(dāng)氧化和還原 的速度平衡時，正極板與電解液之間形成 + 的電位差。正、負極板與電解液之間的都存在著電位差，從整體看正極與負極的電位差有 也就是蓄電池的單體電壓。 蓄電池與負載相接時，是它的放電過程，其化學(xué)反應(yīng)方程式為 : pb + 42SOH + 2pbo 2 4pbso + OH2 放電過程中，負極板上的海綿狀鉛 (pb )，正極板上二氧化鉛（ 2pbo )與電解液中的硫酸 ( 42SOH )反應(yīng)，生成硫酸鉛 ( 4pbso )。電解液中消耗了硫酸 ( 42SOH )分子，增加了水 ( OH2 )分子，電解液中的硫酸濃度降低，蓄電池內(nèi)阻逐漸增大，電動勢逐漸降低。 蓄電池的充電過程是放電過程的逆 過程，是在外電源作用下的電化學(xué)反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)方程式為 : 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 風(fēng)力供電系統(tǒng)實訓(xùn)裝置分析 11 4pbso + 4pbso + OH2 pb + 42SOH + 2pbo 充電過程中，在外電源的作用下，正極板上的硫酸鉛（ 4pbso ）逐漸恢復(fù)成二氧化鉛（ 2pbo )。負極板上的硫酸鉛（ 4pbso )逐漸恢復(fù)成海綿狀鉛（ pb ），電解液中的硫酸濃度增大，蓄電池內(nèi)阻逐漸減小，電動勢逐漸增大。 傳統(tǒng)的開口式鉛酸蓄電池，由于水的蒸發(fā)以及電解液的分解，需要經(jīng)常對電解液的濃度進行檢測，以確定是否對其添加蒸餾水。另外，在電池充電過程中，由于化學(xué)反應(yīng)劇烈，會產(chǎn)生大量有害氣體形成酸霧，污染室內(nèi)空氣，對工作人員會產(chǎn)生職業(yè)危害。而采用閥控式鉛酸蓄電池就會避免這些缺點。閥控式 鉛酸蓄電池是相對于傳統(tǒng)的開口式的鉛酸蓄電池來講的。它是一種密封的電池，內(nèi)外氣壓的平衡通過閥門來控制。它具有一系列優(yōu)點。首先是安全，電池的閥門密封可阻止空氣中的氧氣流入。當(dāng)電池過充時，內(nèi)部壓力過大，這時候閥門會自動打開，排出氣體，防止電池內(nèi)部氣壓過大而產(chǎn)生膨脹或爆炸。其次是使用方便，傳統(tǒng)的開口電池不能傾斜安裝使用，而閥控式鉛酸蓄電池就不存在這個問題，它既可立放也可橫放，但是不能倒置。第三是少維護，由于閥控式鉛酸蓄電池密封性能好，水分不易蒸發(fā)，這樣在進行電化學(xué)反應(yīng)的時候?qū)⒎烹姇r產(chǎn)生的水蒸汽完全吸收，所以不需要進 行補水作業(yè)，但是閥控式鉛酸蓄電池并不是完全不需要維護，尤其是對電池的充放電維護是必不可少的。由于閥控式鉛酸蓄電池具有顯著的優(yōu)點，所以在小型電力系統(tǒng)中，它漸漸成為主流的儲能器件。 （ 2）影響鉛酸蓄電池壽命的因素 a 環(huán)境溫度 鉛酸蓄電池的的電能是通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的，不同溫度下的化學(xué)反應(yīng)速率是不一樣的。溫度高時，蓄電池內(nèi)部電解液與極板的化學(xué)反應(yīng)加速，電解液濃度下降，減小了電池內(nèi)阻，增加了電池的容量，充放電過程中容易出現(xiàn)過充和過放現(xiàn)象。溫度低時，電解液和極板間的反應(yīng)速度變慢，電解液的濃度升高，加大了電池的內(nèi)阻，減少 了電池的容量，縮短了蓄電池的壽命。生產(chǎn)廠家一般要求蓄電池的運行環(huán)境溫度為 15 一 25℃，當(dāng)環(huán)境溫度超過 25℃后，每升高 8℃，電池壽命就要縮短一半。 b 過度放電 蓄電池被過度放電是影響蓄電池使用壽命的另一重要因素。蓄電池為負載供電期間，若控制器突發(fā)故障或者過放控制點設(shè)置過低時，均會可能導(dǎo)致過放現(xiàn)象的發(fā)生。過南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ） 風(fēng)力供電系統(tǒng)實訓(xùn)裝置分析 12 放現(xiàn)象會減少蓄電池的容量，并且難以恢復(fù)，嚴(yán)重時將會導(dǎo)致電池失效。蓄電池被過度放電到輸出電壓為 OV 時，會導(dǎo)致電池內(nèi)部有大量的硫酸鉛被吸附到電池的陰極表面，形成電池陰極的“硫酸鹽化”。由于硫酸鉛本身是一種絕緣 體，將會阻礙蓄電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的，陰極板上的硫酸鉛越多，電池的內(nèi)阻越大，電池的充放電性能就越差，電池的壽命就越短。 c 過度充電 蓄電池的充電電壓也是影響其壽命的重要因素。在開路狀態(tài)下，鉛合金和二氧化鉛在硫酸溶液中，各自與電解液建立不同的平衡電極電位。蓄電池的充電電壓過高時，將會出現(xiàn)過充現(xiàn)象，此時正極柵板由于析氧反應(yīng)，水不斷的被消耗， ?H 增加，從而導(dǎo)致正極附近的酸度增高，柵板與電解液反應(yīng)加速，析出的氣體由于一部分排出，不可能全部還原為水，蓄電池內(nèi)部的電解液濃度增加，這 樣也會促使柵板的腐蝕加速，活性物質(zhì)減少，導(dǎo)致蓄電池的容量和壽命減少。當(dāng)失水 %時，容量降低 75%，失水達到 25%時，容量基本消失。 d 長期浮充電 蓄電池長期工作在浮沖狀態(tài)下，只充電不放電，這種工作狀態(tài)會造成蓄電池陽極的鈍化，使電池的內(nèi)阻急劇增大，實際容量遠遠低于其標(biāo)準(zhǔn)容量，從而導(dǎo)致電池所能提供的后備時間大大縮短，減少了其使用壽命 。 風(fēng)力供電裝置的組成 風(fēng)力供電裝置基本組成介紹 本文所分析的風(fēng)力供電裝置主要由葉片、輪轂、發(fā)電機、機艙、尾舵、側(cè)風(fēng)偏航機械傳動機構(gòu)、直流電動機、塔架和基礎(chǔ)、測速 儀、測速儀支架、軸流風(fēng)機、軸流風(fēng)機支架、軸流風(fēng)機框罩、單相交流電動機、電容器、風(fēng)場運動機構(gòu)箱、護欄、連桿、滾輪、萬向輪、微動