【正文】 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。 圖312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(kāi)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(guò)變壓的環(huán)節(jié)和驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)。 圖312 SPWM逆變器的主電路設(shè)計(jì)圖(1)變壓環(huán)節(jié)圖312給出了逆變電路的基本構(gòu)成，該電路由蓄電池供電，逆變電路輸出電壓再通過(guò)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(guò)高頻功率開(kāi)關(guān)后，輸出線電壓基本為正弦波。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，~，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）則變壓器二次側(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(kāi)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；二是提供合適的柵極驅(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。 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313所示圖313 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TND SVC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(jiàn)表34。表34 穩(wěn)壓器主要技術(shù)參數(shù)表輸入電壓160V250V（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?jiǎn)蜗?220V（5kVA30kVA）三相 線電壓380V 相電壓220V環(huán)境溫度10℃+40℃溫升60℃穩(wěn)壓精度相電壓220V177。3% 波形失真無(wú)附加波形失真頻率50Hz/60Hz負(fù)載功率因素過(guò)壓保護(hù)246V177。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)整到額定值并達(dá)到穩(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(guò)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。 市電切換電路本系統(tǒng)有一個(gè)不足之處，就是必須要有風(fēng)才能產(chǎn)生電能，雖然在無(wú)風(fēng)的情況下可以由蓄電池供電，但如果多天無(wú)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314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)V常開(kāi)觸點(diǎn)V3構(gòu)成。其電路如圖所示。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(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)V3閉合，此時(shí)由市電向負(fù)載供電。若出現(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314 市電切換電路 并網(wǎng)電路設(shè)計(jì)由式29可知，而負(fù)載每天消耗的電能為3KWh,，所以我們必須為多出來(lái)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315所示。其中，I2是逆流繼電器及其所控制的開(kāi)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 315 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以上小型電源接入10kV（6kV）及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)。經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，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，該電路中加入一個(gè)380V變400V的變壓器。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的最大功率為1500W。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SG380/400V，容量為2KVA的三相雙繞組變壓器。其相關(guān)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表35所示。表35 并網(wǎng)變壓器相關(guān)技術(shù)參數(shù)輸入電壓額定電壓177。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 177。 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)干式自然風(fēng)冷抗干擾方式雙屏蔽接地波形失真無(wú)附加波形失真電氣強(qiáng)度工頻正弦電壓3000V歷時(shí)一分鐘無(wú)擊穿及閃絡(luò)現(xiàn)象絕緣電阻（輸入、輸出對(duì)地）測(cè)試電壓至少1000VDC，絕緣電阻大于2MΩ功 能具有輸入電壓、輸出電壓、電流等指示（此項(xiàng)功能需要配置機(jī)柜實(shí)現(xiàn)）保 護(hù)具有過(guò)流保護(hù)（此項(xiàng)功能需要配置機(jī)柜實(shí)現(xiàn)）過(guò)載能力二倍的額定電流，維持一分鐘該電路中需接入一個(gè)熔斷器，用于防止電網(wǎng)失壓，或發(fā)生短路時(shí)及時(shí)斷開(kāi)電路。這里就涉及到熔斷器的選型。該短路點(diǎn)選在380V電網(wǎng)側(cè)。即假設(shè)電網(wǎng)失壓，電路流過(guò)的最大電流，該電流可用如下公式近似推出 （337）式中，為短路點(diǎn)計(jì)算電壓，因線路首端短路時(shí)其短路最嚴(yán)重，，分別為短路電路總電阻和總電抗值。若不計(jì)總電阻，則式（337）可變?yōu)? （338）式中，大小為變壓器電抗及其電路電抗，忽略電路電抗可得變壓器電抗，該變壓器電抗可近似計(jì)算為 （339）將（339）帶入（338）中可得短路電流為 （340）根據(jù)以上要求，可選用品牌為MYCN，型號(hào)為RS3300A，額定電壓為500V的熔斷器。由于本系統(tǒng)功率較低，又是風(fēng)力發(fā)電，電能質(zhì)量可靠性不高，雖然在理論上是可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行的但在實(shí)際生活中并網(wǎng)運(yùn)行前期投入較大，一年下來(lái)收入也不高，總體而言家用小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)并不經(jīng)濟(jì)，其次，我國(guó)電網(wǎng)公司并不鼓勵(lì)小型風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行。如果將小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)改為光能和風(fēng)能互補(bǔ)發(fā)電再并網(wǎng)運(yùn)行就相對(duì)比單獨(dú)用小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)可靠性要高一些。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。論文的重點(diǎn)在于電氣設(shè)計(jì)部分，因此對(duì)電氣設(shè)計(jì)各部分進(jìn)行了具體的論證分析。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。可用于電網(wǎng)未通達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)的戶用電力供應(yīng)也可用于市區(qū)家庭供電。在小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，由于風(fēng)能和負(fù)載是隨機(jī)變化的，給小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制帶來(lái)一定的困難。因此，研究簡(jiǎn)單、高效、可靠、低價(jià)和使用方便的風(fēng)電系統(tǒng)對(duì)于其進(jìn)一步推廣應(yīng)用具有重要意義?，F(xiàn)代電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能控制理論也為深入研究小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制提供了強(qiáng)有力的理論和技術(shù)支持。本文的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用Buck變換器作為功率控制主電路，使其在單片機(jī)的作用下完成系統(tǒng)控制功能；在分析系統(tǒng)組成及工作機(jī)理基礎(chǔ)上，通過(guò)研究系統(tǒng)能量流動(dòng)、運(yùn)行工況及轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)出可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化及可靠運(yùn)行的集成控制策略；搭建系統(tǒng)的硬件電路，實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步驗(yàn)證了系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)的合理性及小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)集成控制的可行性。本文所做的主要工作如下：（1）介紹了本課題的研究背景，綜述了國(guó)內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。（2）給出了小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，論述了各個(gè)部分的作用及工作原理，重點(diǎn)分析了風(fēng)力機(jī)運(yùn)行特性及功率調(diào)節(jié)原理，采用Buck變換器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)。（3）對(duì)主電路進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了控制器及外圍電路，利用繼電器控制蓄電池的充放電保護(hù)和市電的自動(dòng)投切，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠的的自動(dòng)控制。 盡管本文做了不少理論性工作，但由于時(shí)間有限，要真正構(gòu)建一套完善的獨(dú)立運(yùn)行小型風(fēng)力發(fā)電自動(dòng)控制系統(tǒng)還有大量工作要做，如：進(jìn)一步完善單片機(jī)控制策略和實(shí)現(xiàn)全工況可靠切換的控制等。參考文獻(xiàn)[1] [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.[2] [M].北京:水里水電出版社，2009:2451.[3] 劉萬(wàn)琨，:.[4] (法）勒古里雷斯著，[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987：356384.[5] 姚興佳，[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009:5667.[6] 秦建國(guó)，[J].內(nèi)蒙古:內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院，[7] 王承煦，[M]. 北京::221235.[8] [M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1996:6185.[9] 王兆安，[M]. 北京::75116.[10] [J]..[11] 王大鵬，[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006：1551.[12] 趙軍等，2005，4：3637.致 謝在這四年的大學(xué)生活和學(xué)習(xí)中我收獲很多，無(wú)論是在學(xué)習(xí)還在其他方面，都取得了很大進(jìn)步，在這里我對(duì)給我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W(xué)表示衷心的感謝，衷心祝福他們?cè)谝院蟮膶W(xué)習(xí)和工作中一切順利！首先要感謝我的班主任同時(shí)也是我的導(dǎo)師華靜老師，四年以來(lái)，導(dǎo)師在生活和學(xué)習(xí)上給了我莫大的幫助，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)我無(wú)私的指導(dǎo)和幫助，使我受益匪淺。導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度和認(rèn)真的工作作風(fēng)深深的影響了我，不僅從導(dǎo)師身上學(xué)到了學(xué)習(xí)方法，而且也懂得了做人做事的方法，使我深受啟迪，感受頗深。在此向華老師表示我最誠(chéng)摯的謝意! 還要感謝工學(xué)院的各位老師，特別是雷敬業(yè)老師、羅瑞老師、艾莉老師和段志梅老師，四年的學(xué)習(xí)過(guò)程中他們教會(huì)了我很多知識(shí)，在畢業(yè)論文制作過(guò)程中他們的指點(diǎn)讓我加快了制作的進(jìn)度，也讓我學(xué)到了很多課本上沒(méi)涉及到的知識(shí)！ 感謝我的同學(xué)們，謝謝他們平時(shí)對(duì)我的關(guān)心和幫助，與他們的友誼我將終生銘記！最后，再次向所有給予我關(guān)心和幫助的老師、同學(xué)、家人和朋友表示感謝！