【正文】 統(tǒng)中大量使用。 恒流充電法在充電過程中保持充電電流始終不變，充電電壓自動逐漸升高，該方法的缺點(diǎn)是充電后期水分解多，易使活性物質(zhì)脫落，故較少采用。新舊電池也不要混用，否則會降低新電池的壽命。所以，要盡量避免閥控式蓄電池深度放電。 4)電池的周期壽命取決于放電率 、放電深度和充電方式，其中最重要的因素是放電深度。長時(shí)間存放的電池每六個(gè)月必須充電一次。反之，則要升高浮充電壓。當(dāng)溫度以 25℃為原點(diǎn)進(jìn)行變化時(shí)，必須進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 2)單體閥控式鉛酸蓄電池的應(yīng)浮充電壓設(shè)計(jì)為 ， 48v系統(tǒng)的浮充電壓應(yīng)設(shè)置為 。這樣可以提高蓄電池的使用壽命。 4)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(shí)際容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其標(biāo)準(zhǔn)容量，從而導(dǎo)致電池所能提供的后備時(shí)間大大縮短，減少了其使用壽命。蓄電池的充電電壓過高時(shí)，將會出現(xiàn)過充現(xiàn)象，此時(shí)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，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 活性物質(zhì)減少，導(dǎo)致蓄電池的容量和壽命減少。 3)過度充電 蓄電池的充電電壓也是影響其壽命的重要因素。蓄電池被過度放電到輸出電壓為 OV時(shí)，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”。蓄電池為負(fù)載供電期間，若控制器突發(fā)故障或者過放控制點(diǎn)設(shè)置過低時(shí)，均會可能導(dǎo)致過放現(xiàn)象的發(fā)生。生產(chǎn)廠家一般要求蓄電池的運(yùn)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。溫度高時(shí)，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。由于閥控式鉛酸蓄電池具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，所以在小型電力系統(tǒng)中，它漸漸成為主流的儲能器件。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(gè)問題，它既可立放也可橫放，但是不能倒置。首先是安全，電池的閥門密封可阻止空氣中的氧氣流入。它是一種密封的電池，內(nèi)外氣壓的平衡通過閥門來控制。而采用閥控式鉛 酸蓄電池就會避免這些缺點(diǎn)。 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(jìn)行檢測，以確定是否對其添加蒸餾水。 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 : 4pbso + 4pbso + OH2 pb + 42SOH + 2pbo （ 22） 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 )。 蓄電池與負(fù)載相接時(shí)，是它的放電過程，其化學(xué)反應(yīng)方程式為 : pb + 42SOH + 2pbo 2 4pbso + OH2 （ 21） 放電過程中，負(fù)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 )。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(jìn)入電解液，同時(shí)電解液中的部分 ?2pb 失去電子氧化為?4pb ，當(dāng)氧化和還原的速度平衡時(shí)，正極板與電解液之間形成 +。隨著化學(xué)反應(yīng)不斷的進(jìn)行，負(fù)極板上的負(fù)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(fù)極板的表面。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(diǎn)，一直是小型電力系統(tǒng)的首選儲能設(shè) 備。 在本系統(tǒng)中，當(dāng)風(fēng)力很大致使產(chǎn)生的電能過剩時(shí)，蓄電池將多余的電能儲存起來 。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(jìn)入人們的視野，這是一種比較有前途的技術(shù)方向。 蓄電池 蓄電池的工作原理 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。 圖 25 Buck變換電路 DC/DC 變換器的輸入阻抗的大小可以通過控制開關(guān)電源的占空比來改變。濾波電容 C使輸出電壓的紋波進(jìn)一步減小 。以 Buck變換器為例，如圖 25，通過在功率開關(guān)管的控制端施加周期一定，占空比可調(diào)的驅(qū)動信號，使其工作在開關(guān)狀態(tài)。通過對開關(guān)管的導(dǎo)通或關(guān)斷 時(shí)間長短控制，即控制從電源端到負(fù)載端傳送的內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 能量。非隔離型的 DCDC變換器又可分為降壓式、升壓式、極性反轉(zhuǎn)式等幾種；隔離型的 DCDC變換器又可分為單端正激式、單端反激式、雙端半橋、雙端全橋等幾種。 DCDC 變換器 DCDC功率變換器的種類很多。因?yàn)樗啥O管組成，具有功耗低、電路簡單等特點(diǎn)。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(diǎn)；不可控整流器主要應(yīng)用于小功率系統(tǒng)中。特別是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)直接與風(fēng)輪耦合 ,安置于機(jī)組頂端的空中無需經(jīng)常對電刷和滑環(huán)維護(hù) ,提高了機(jī)組運(yùn)行的可靠性。一般小型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁磁鋼安置在轉(zhuǎn)子上。 本文所使用的小型交流永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)是永磁同步發(fā)電機(jī)的一種 ,其運(yùn)行原理與電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)相同。由于風(fēng)向經(jīng)常變化，為了有效地利用風(fēng)能，必須有迎風(fēng)的偏航裝置。按照空氣動力學(xué)原理分類的話，最常見的是托舉型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。在有的小型風(fēng)力機(jī)中設(shè)計(jì)有手動剎車機(jī)構(gòu)，另外在實(shí)踐可采用側(cè)偏停機(jī)方式，即在尾翼上固定一軟繩，當(dāng)需要停機(jī)時(shí)，拉動尾翼，使風(fēng)輪側(cè)向于風(fēng)向，從而達(dá)到停車的目的。由于小型風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)比較簡單，目前一般采用葉輪側(cè)偏式調(diào)速方式，這種調(diào)速機(jī)構(gòu)在風(fēng)速風(fēng)向變化轉(zhuǎn)大時(shí)容易造成風(fēng)輪和尾翼的擺動，從而引起風(fēng)力機(jī)的振動。 ③ 調(diào)向機(jī)構(gòu)、調(diào)速機(jī)構(gòu)和停車機(jī)構(gòu)：為了從風(fēng)中獲取能量，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面應(yīng)垂直于風(fēng)向，在小型風(fēng)機(jī)中，這一功能靠風(fēng)力機(jī)的尾翼作為調(diào)向機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。國外小風(fēng)機(jī)也采用機(jī)械化生產(chǎn)等截面葉片，大大提高了葉片生產(chǎn)的效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前風(fēng)輪葉片的材質(zhì)主要有兩種。主要有感應(yīng)發(fā)電機(jī)發(fā)電模式、硅整流自勵(lì)交流發(fā)電機(jī)發(fā)電模式、無刷爪極自勵(lì)發(fā)電機(jī)發(fā)電模式、永磁發(fā)電機(jī)發(fā)電模式 。 2） 交流發(fā)電機(jī) 交流發(fā)電機(jī)主要有兩種，一種是同步發(fā)電機(jī)，一種是異步發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)主要是勵(lì)磁不可調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)較電勵(lì)磁式直流發(fā)電機(jī)簡單。這種直流發(fā)電系統(tǒng)在風(fēng)速變化時(shí)，一般通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁來保持輸 出電壓的恒定。 1） 直流發(fā)電機(jī)機(jī) ① 電勵(lì)磁式直流發(fā)電機(jī)。功率在 10 千瓦以下的稱為小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，功率在 10千瓦至 100 千瓦的稱為中型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，功率在 100千瓦以上的稱為大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是可以接受來自 任何方向的風(fēng)，因而當(dāng)風(fēng)向改變時(shí)，無需對風(fēng)。風(fēng)輪葉片數(shù)目為 1~4 片（大多為 2 片和 3片），他在高速運(yùn)行時(shí)有較高的風(fēng)能利用率，但啟動時(shí)需要較高的風(fēng)速。 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分類 風(fēng)力發(fā)電機(jī) 的風(fēng)輪軸位置分類 按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪軸的位置分，可分為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)和垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 第四章 本章簡述了小型風(fēng)力供電系統(tǒng)軟件的實(shí)現(xiàn)，及部分編程， 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 第二章小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本組成 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成 本文的獨(dú)立運(yùn)行小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，如圖 21所示，它主要包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、整流器、 DCDC變換器、蓄電池以及控制系統(tǒng)幾個(gè)部分。 第一章 介紹課題提出的背景、目的和意義，論述國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展概況，概括總結(jié)風(fēng)力發(fā)電相關(guān)技術(shù)的發(fā)展概況，第二章 介紹了 小型風(fēng)力發(fā)電原理及系統(tǒng)的基本內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 組成，并詳細(xì)介紹各個(gè)部分的組成以及原理。 本文的主要研究內(nèi)容 本文以小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)為研究對象，對風(fēng)力發(fā)電原理、系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 以及小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的儲能裝置蓄電池的充放電控制等方面做了較為深入的理論分析和研究，對實(shí)現(xiàn)運(yùn)行及可靠運(yùn)行具有一定的參考價(jià)值。 風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行方式主要有兩種：一類是獨(dú)立運(yùn)行的供電系統(tǒng)，即在電網(wǎng)未通達(dá)的地區(qū)，用小型發(fā)電機(jī)組為蓄電池充電，再通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電向終端電器供電；另一類是作為常規(guī)電網(wǎng)的電源，與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行。 （ 2）風(fēng)速隨時(shí)變化，風(fēng)電機(jī)組承受著十分惡劣的交變載荷。 2020年以前 , 我國計(jì)劃新建 20座風(fēng)力發(fā)電場 , 每座風(fēng)場的發(fā)電能力達(dá)到 100MW以上 , 且達(dá)到 4000MW的風(fēng)力發(fā)電總目標(biāo) , 并要求風(fēng)力發(fā)電設(shè)備本土化。到 1999年底已開發(fā)微小戶用型風(fēng)力發(fā)電機(jī) 16萬臺 , 并網(wǎng)型風(fēng)電場 24座 , 總裝機(jī)容量 26萬千瓦 , 其中絕大多數(shù)機(jī)組是從丹麥、德國、美國、比利時(shí)、瑞典引進(jìn)的 , 最大單機(jī)容量為 600kW。風(fēng)能總儲量為 , 實(shí)際可開發(fā)的風(fēng)能儲量為 , 為可再生能源和新能源利用技術(shù)提供了強(qiáng)大的資源條件。中國、印度也在積極發(fā)展風(fēng)電。這也 是全世界很多國家都熱衷風(fēng)力發(fā)電的主要原因。隨著技術(shù)的進(jìn)步和規(guī)模的擴(kuò)大 , 風(fēng)電發(fā)電成本繼續(xù)下降 , 估計(jì) 10年后它完全可以和清潔的燃煤電廠競爭。在美國的 50個(gè)州中 , 大約有 30個(gè)州已經(jīng)開始利用風(fēng)能資源。風(fēng)能將成為發(fā)展最快的能源 , 到 2020 年風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)到 , 2020 年達(dá)到 , 到 2020年德國新增 500萬千瓦 , 西班牙新增 520萬千瓦 , 年生產(chǎn)能力將達(dá) 到 800萬千瓦 ,可滿足全國電力需求的 10%。本文研究的目的 是在分析現(xiàn)有的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一套獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)力發(fā)電供電系統(tǒng)為野外無電地區(qū)獨(dú)立的小型設(shè)備提供電力。 綜上所述，風(fēng)力發(fā)電對于改善能源結(jié)構(gòu)、推動生態(tài)環(huán)境建設(shè)，特別是對邊遠(yuǎn)地區(qū)的生產(chǎn)、生活用電等諸多領(lǐng)域的發(fā)展將發(fā)揮積極作用，具有廣闊的市場前景。 （ 4）風(fēng)力發(fā)電在新能源發(fā)電中技術(shù)最為成熟。 此外，其他新能源中的水電、核能、地?zé)崮艿龋陂_發(fā)利內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 用的過程中，也都存在著一些不能忽視的環(huán)境問題。發(fā)電后除折舊費(fèi)和維護(hù)費(fèi)外，不消耗燃料，無三廢處理問題，其成本接近火電，低于油電、核電和光伏發(fā)電，從綜合經(jīng)濟(jì)效益看，具有較強(qiáng)的競爭力。從世界風(fēng)能分布圖上可以看出全世界約有三分之二的地區(qū)具有風(fēng)能利用價(jià)值，若合理地利用太陽能、風(fēng)能，建設(shè)獨(dú)立的小功率發(fā)電裝置，具有明顯的優(yōu)越性。風(fēng)能是一種最具活力的可再生能源，它實(shí)質(zhì)上是太陽能的轉(zhuǎn)化形式，因此是取之不盡的 風(fēng)能中的風(fēng)向和風(fēng)速在時(shí)空分布上較為復(fù)雜，如有海陸差異對氣流運(yùn)動的影響而形成的季風(fēng)和海陸風(fēng)，在山區(qū)由于熱力原因引起的谷風(fēng)和山風(fēng)，風(fēng)力的隨機(jī)性和風(fēng)速的變化多端使得它的利用效率較低，在風(fēng)能的實(shí)際利用上仍存在很多技術(shù)困難。太陽輻射造成地球表面大氣層受熱不均，引起大氣壓力分布不均。因此風(fēng)力發(fā)電正越來越引起人們的關(guān)注。 Keywords: generator, DCDC conversion, battery, MCU 目錄 第一章 緒論 ............................................................................................................................. 1 課題的目的和意義 ................................................................