【導(dǎo)讀】本論文詳細闡明了小型獨立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計方案，對風(fēng)力發(fā)電機組。的結(jié)構(gòu)和電能的變換及繼電控制電路做了深入的研究。變換為用戶需要的標(biāo)準(zhǔn)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，亦可為負載供電。進行了全面而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治?，最后電氣控制部分進行了系統(tǒng)仿真。

　　

【正文】 。 （ 2） 提供足夠大的瞬態(tài)功率或瞬時電流 ,使 IGBT 能迅速建立柵控電場而導(dǎo)通。 （ 3） 盡可能小的輸入輸出延遲時間 ,以提高工作效率。 （ 4） 足夠高的輸入輸出電氣隔 離性能 ,使信號電路與柵極驅(qū)動電路絕緣。 （ 5） 具有靈敏的過流保護能力。 目前，在 IGBT 的柵極驅(qū)動電路中廣泛采用的是 EX840/EX841 集成電路。 其典型接線方法如圖 3— 13： 圖 312 EX840/EX841 集成電路接線方法 使用時注意如下幾點： （ 1） IGBT 柵 射極驅(qū)動回路往返接線不能太長 (一般應(yīng)該小于 1m),并且應(yīng)該采用雙絞線接法 ,防止干擾。 （ 2） 由于 IGBT 集電極產(chǎn)生較大的電壓尖脈沖 ,增加 IGBT 柵極串聯(lián)電阻 RG有利于其安全工作。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(guān)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(chǎn)生誤導(dǎo)通。 （ 3） 圖中電容 C 用來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。 （ 4） 6腳過電流保護取樣信號連接端 ,通過快恢復(fù)二極管接 IGBT 集電極 .。 （ 5） 1 15 接驅(qū)動信號 ,一般 14 腳接脈沖形成部分的地 ,15腳接輸入信號的小型獨立運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 16 正端 ,15 端的輸入電流一般應(yīng)該小于 20mA,故在 15腳前加限流電阻。 （ 6） 為了保證可靠的關(guān)斷與導(dǎo)通 ,在柵射極加穩(wěn)壓二極管。 小型獨立運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 17 第四章 系統(tǒng) 整體 運行分析 及仿真 系統(tǒng)分析 下面對整個風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進行系統(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)吹動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸通過齒輪箱升高轉(zhuǎn)速，齒輪箱的輸出端連接三相交流發(fā)電機的勵磁繞組，勵磁繞組的勵磁電流由蓄電池組提供。定子為電樞繞組，三相呈 Y型鏈接，輸出端與整流器相接，整流器的輸出直流電與逆變器相接，并向蓄電池組供電。 三相交流發(fā)電機額定功率為 500W，輸出電壓 28V。蓄電池組 為 12 塊鉛酸蓄電池并聯(lián)，電壓為 24V。 若此時風(fēng)力過強，導(dǎo)致發(fā)電機輸出端電壓過大（高于 30V），電壓繼電器 V1動作，其控制的動斷觸點 V1 斷開，此時勵磁回路中即串入電阻 R2，勵磁電流減小，繼而降低輸出端電壓；當(dāng)風(fēng)力不足時，發(fā)電機輸出端電壓較低（低于 24V），此時既無法向負載正常供電，也會導(dǎo)致蓄電池組向電機反充電，一旦反充電，電流繼電器 I2 內(nèi)的電流方向改變，停止工作，其控制的兩個動合觸點 I2 斷開，從而斷開了向負載和蓄電池供電回路，同時動開觸點 I2閉合，切換為蓄電池組供電回路。 小型獨立運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 18 若負載過多，導(dǎo)致負載電流過大時（高 于 20A），電流繼電器 I1 即開始動作，其控制的動開觸點 I1 斷開，此時勵磁回路串入電阻 R2，勵磁電流減小，從而降低了發(fā)電機輸出端電壓，并減小了負載電流。 向蓄電池組充電時，若蓄電池組電壓達到上限值時（ 29V），電壓繼電器 V2 開始工作，其控制的動開觸點 V2 斷開，從而切斷了充電回路。當(dāng)?shù)陀谏舷拗禃r， V2 重新閉合，恢復(fù)充電狀態(tài)。 當(dāng)蓄電池組放電時，若蓄電池組電壓達到下限值時（ 21V），電壓繼電器 V2 停止工作，其控制的動合觸點斷開，從而切斷了放電回路。當(dāng)高于下限值時， V3 重新閉合，恢復(fù)放電狀態(tài)。 從整流器或蓄電池組流 出的直流電流向逆變器， CPU 發(fā)出有規(guī)律的驅(qū)動信號，通過驅(qū)動電路的功率放大，轉(zhuǎn)換成 IGBT 的開通或關(guān)斷的信號， IGBT 有規(guī)律的開通或關(guān)斷將直流電轉(zhuǎn)換為恒頻交流電（ 50HZ 的戶用型交流電）。逆變器的引出線 U、 V、 W即為交流電的三相，途中 N’ 點引出線即為零線。 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。此時即完成了將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為戶用交流電的全部過程。 邏輯說明 為了更好的說明系統(tǒng)運行方案，作者采用了邏輯編程的形式來闡述之： （ 1）風(fēng)力正常 小型獨立運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 19 （ 2）風(fēng)力過強 （ 3）負載電流過大 小型獨立運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 20 （ 4）電池組過充 （ 5） 風(fēng)力不足且電池組未過放 小型獨立運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 21 （ 6） 風(fēng)力不足且電池組已過放 系統(tǒng)仿真 作者采用了 MATLAB 仿真軟件，對所設(shè)計的系統(tǒng)電氣部分進行了仿真。在仿真環(huán)境下模擬了實際電路，其電路圖如下所示： 圖 42 MATLAB仿真搭接電路圖 小型獨立運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 22 整流側(cè)輸出波形如下所示 : 圖 43整流側(cè)輸出波形 當(dāng)風(fēng)力正常時候，觸點 I I2′、 V I1 均為閉合狀態(tài)， I2′′ 斷開，負載 （逆變器）端的電壓波形如下所示 ： 圖 44 負載端的電壓波形 勵磁繞組的電流波形如下所示： 圖 45 勵磁繞組的電流波形 當(dāng)風(fēng)力較大或者負載電流較大時，觸點 V1或 I1 斷開，此時勵磁繞組串入電阻，勵小型獨立運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 23 磁的電流波形為： 圖 45勵磁繞組串入電阻電流波形 可見其電流有所降低。 當(dāng)風(fēng)力較弱時， I I2′斷開， I2′′ 閉合，蓄電池組供電，負載電壓波形為： 圖 46 蓄電池組供電負載電壓波形 小型獨立運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 24 結(jié)論 本論文研究了小型獨立運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成及其運行狀況，提出了系統(tǒng)構(gòu)成的具體解決方案。論文的重點在于電氣設(shè)計部分，因此作者 對電氣設(shè)計各部分進行了具體的論證分析，用 OMRON 編程軟件對系統(tǒng)進行了邏輯電路的設(shè)計及仿真，證明電路的邏輯性正確無誤，做到了按照作者的設(shè)計要求切換電路。然后用 MATLAB 對整個實際電路進行了詳細的仿真，結(jié)果表明，在接入仿真三相交流電的情況下，各個輸出端的輸出達到了預(yù)期的要求，證明了方案的切實可行和正確無誤。將該電氣設(shè)計接入風(fēng)機組和逆變電路之間，即可實現(xiàn)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)戶用型 50HZ 交流電。 本系統(tǒng)采用繼電控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)在完全的自動化，無需人工控制，方便易行?？捎糜陔娋W(wǎng)未通達的偏遠地區(qū)的戶用電力供應(yīng)。 小型獨立運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 25 參 考文獻 [1] 吳治堅 .新能源和可再生能源的利用 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2021： 256289. [2] 王浩民 .中國風(fēng)電技術(shù)發(fā)展研究報告 [M].北京 :水里水電出版社， 2021:2451. [3] Lesamp。Jane? made wind generator [J]. [4] (法）勒古里雷斯著，施鵬飛譯 .風(fēng)力機的理論與設(shè)計 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 1987： 356384. [5] 姚興佳，宋 俊 .風(fēng)力發(fā)電機組原理與應(yīng)用 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2021:5667. [6] 秦建國，劉偉 .小型風(fēng)力發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制研究 [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，張源 .中國電力百科全書 [M]. 北京 :中國電力出版社 .2021:221235. [8] 彭鴻才 .電機原理及拖動 [M].北京 :機械工業(yè)出版社， 1996:6185. [9] 王兆安，黃俊 .電力電子技術(shù) [M]. 北京 :機械工業(yè)出版社 .2021:75116. [10] 魏偉 .電氣技術(shù) [J].華中科技大學(xué)電氣與電 子工程學(xué)院 .. [11] 王大鵬，吳璟嵐 .電力系統(tǒng)繼電保護測試技術(shù) [M].北京：中國電力出版社， 2021： 1551. [12] 曲學(xué)基 ,曲敬凱 ,于明揚 .逆變技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 [M].北京 :電子工業(yè)出版社， 2021:195221. [13] , . New method for detection of wind power generation systems [J].Power . [14] Walker J, Jenkins N. Wind Energy Technology [M]. Manchester: John Wiley Sons, [15] Advanced Wind Energy Systems. Workshop Proceedings, Stockholm, August, 2021. Vole II 小型獨立運行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)研究 26 致謝 在論文完成之際，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師張鵬老師的熱情關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。在我撰寫論文的過程中，張老師傾注了大量的心血和汗水，無論是在論文的選題、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致的教誨和無私的幫助，特別是他廣博的學(xué)識、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，在此表示真誠地感謝和深深的謝意。 在論文的設(shè)計過程中還得到了身邊同學(xué)們的不少幫助，在這里一并表示感謝。 最后，向在百忙中抽出時間對本文進行評審并提出寶貴意見的各位老師表示衷心地，真誠的感謝！