【正文】 ，如圖所示圖23 功率調(diào)節(jié)原理圖二、 仿真軟件（一）軟件介紹PSIM是趨向于電力電子領(lǐng)域以及電機(jī)控制領(lǐng)域的仿真應(yīng)用包軟件，具有仿真高速、用戶(hù)界面友好、波形解析等功能，為電力電子電路的解析、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)研究等有效提供強(qiáng)有力的仿真環(huán)境。通過(guò)調(diào)節(jié)Buck變換器的占空比改變發(fā)電機(jī)的負(fù)載特性和輸出功率，實(shí)現(xiàn)蓄電池充電控制為主要內(nèi)容的功率調(diào)節(jié)。圖22 與λ關(guān)系曲線(xiàn)圖從圖中可以看出，在隨著λ的變化過(guò)程中，存在著一點(diǎn)可以獲得最大的風(fēng)能利用系數(shù)，即最大輸出功率點(diǎn)。由公式可知，在風(fēng)輪葉片大小、風(fēng)速和空氣密度一定時(shí)，影響功率輸出的唯一因素是風(fēng)能利用系數(shù)，輸出功率與成正比，而是葉尖速比λ的函數(shù)，λ可以表示為式中，為風(fēng)力機(jī)角速度，單位rad/s；n為風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速，單位r/min。圖21 風(fēng)力發(fā)電機(jī)模擬圖如圖21所示，與常規(guī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：（1）由于采用不可控整流橋和DC/DC變換器，可控開(kāi)關(guān)器件只有一個(gè)，整個(gè)控制過(guò)程通過(guò)調(diào)節(jié)占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)特性好、效率和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；（2）通過(guò)調(diào)節(jié)占空比可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓和電流，進(jìn)而改變發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性，這樣就可以控制風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)，從而改變小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率。也克服了傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池的兩大缺點(diǎn)：一是在使用壽命期間，需不斷加水；二是由于富液有漏酸危險(xiǎn)，不能任意方向放置。目前市場(chǎng)上蓄電池產(chǎn)品主要有4類(lèi):鉛酸蓄電池（LA）、鎘鎳蓄電池（NiCd）、鎳氫（NiMH）和鋰離子(Liion)電池。它既能存儲(chǔ)風(fēng)力發(fā)電機(jī)在滿(mǎn)足負(fù)載使用后發(fā)出的多余能量，在無(wú)風(fēng)期提供給負(fù)載使用,又能平衡發(fā)電機(jī)輸出與負(fù)載用電量。所以在實(shí)際應(yīng)用中常在電源與變換器之間增加一個(gè)輸入濾波網(wǎng)絡(luò)。DC/DC變換器采用Buck變換器，經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析，它能夠滿(mǎn)足風(fēng)力發(fā)電的需求，相對(duì)于其它類(lèi)型的變換器具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）電路簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，可靠性高；（2）對(duì)功率管及續(xù)流二極管的耐壓要求低；（3）儲(chǔ)能電感在功率管導(dǎo)通時(shí)儲(chǔ)存能量，在功率管關(guān)斷時(shí)儲(chǔ)存的能量向負(fù)載供電，帶負(fù)載能力強(qiáng)，電壓調(diào)整率好；（4）輸出電壓紋波低。反饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)一般用于較大功率系統(tǒng)，感應(yīng)電機(jī)則用于中低功率系統(tǒng)，永磁同步發(fā)電機(jī)則最常被用于小功率系統(tǒng)。它主要包括風(fēng)力機(jī)、三相交流永磁同步發(fā)電機(jī)（PMSG）、三相二極管整流器、DC/DC變換器、蓄電池以及控制系統(tǒng)幾個(gè)組成部分?；谛⌒惋L(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)工況分析，蓄電池充放電控制具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。蓄電池的控制有很長(zhǎng)的研究歷史，目前也應(yīng)用于風(fēng)電系統(tǒng)中，但缺乏結(jié)合風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)，研究出適合風(fēng)力發(fā)電的蓄電池控制策略。蓄電池儲(chǔ)能以電化學(xué)形式儲(chǔ)存能量，以其低廉的價(jià)格和成熟的技術(shù)，在獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)得到廣泛使用?？梢?jiàn)儲(chǔ)能裝置是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定和持續(xù)供電必不可少的工具。因此，即使在風(fēng)能資源豐富的地區(qū)，把風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為獲得電能的主要方式時(shí)，必須配備適當(dāng)?shù)膬?chǔ)能裝置。與傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，永磁懸浮發(fā)電機(jī)真正做到了“輕風(fēng)啟動(dòng)，微風(fēng)發(fā)電”，可用以開(kāi)發(fā)國(guó)內(nèi)廣大地區(qū)的低風(fēng)速資源，大幅增加年發(fā)電時(shí)間。值得一提的是，2006年，在中國(guó)廣東誕生了全球首臺(tái)全永磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)的研制成功使世界風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)取得了關(guān)鍵性的突破，完全由我國(guó)科技工作者自主研發(fā)的。主要類(lèi)型有永磁式直流發(fā)電機(jī)、永磁式交流發(fā)電機(jī)、硅整流自勵(lì)交流發(fā)電機(jī)和電容自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)等。（一）發(fā)電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)是將葉片接收的風(fēng)能最終變成電能的設(shè)備。三、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是涉及空氣動(dòng)力學(xué)、機(jī)械傳動(dòng)、電機(jī)、電力電子、自動(dòng)控制、力學(xué)、材料學(xué)等多學(xué)科的綜合性高技術(shù)系統(tǒng)工程。在小型風(fēng)力發(fā)電系列產(chǎn)品及新型風(fēng)力發(fā)電裝置、逆變控制器、貯能裝置等方面，加強(qiáng)試點(diǎn)示范，促進(jìn)其形成產(chǎn)業(yè)?！笆晃濉毖邪l(fā)重點(diǎn)建議：對(duì)現(xiàn)有10kW以下的戶(hù)用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及配套件（逆變控制器、蓄電池）進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，主要是提高產(chǎn)品性能、質(zhì)量、可靠性、降低成本；更新?lián)Q代，研發(fā)新一代風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；組織規(guī)?；瘜?zhuān)業(yè)生產(chǎn)，加快產(chǎn)業(yè)化步伐。目前，國(guó)內(nèi)小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀，有以下幾個(gè)方面特點(diǎn)：，生產(chǎn)制造技術(shù)成熟；，如電磁限速、電光儲(chǔ)能等；，提高風(fēng)能利用系數(shù)；，開(kāi)發(fā)全永磁懸浮發(fā)電機(jī)。在滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)需要的同時(shí)，還遠(yuǎn)銷(xiāo)到印尼、日本、德國(guó)、瑞典等23個(gè)國(guó)家和地區(qū)，2004年累計(jì)出口各種小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組11189臺(tái)。到2000年底，占總量的73%，為農(nóng)村電氣化做出了貢獻(xiàn)。但是，目前我國(guó)自行研制和開(kāi)發(fā)大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)力量與國(guó)外相比相差很多，繼續(xù)加大對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究的投入，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化是保證我國(guó)風(fēng)電事業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。到2005年，全國(guó)15個(gè)省(自治區(qū))已建風(fēng)電場(chǎng)62座，累計(jì)運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1864臺(tái)。在大型風(fēng)電方面，擁有750kW以下各類(lèi)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的制造能力，2006年1月28日，首臺(tái)兆瓦級(jí)變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)及控制裝置研制成功，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。世界各國(guó)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)正在努力向著：運(yùn)動(dòng)部件少、維護(hù)少、壽命長(zhǎng)、采用新的電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等方向發(fā)展。到2020年，美國(guó)預(yù)計(jì)安裝小型風(fēng)力機(jī)容量為50000MW，可解決10000人就業(yè)。世界上，在小型風(fēng)力發(fā)電方面，中國(guó)和美國(guó)主要生產(chǎn)制造功率為300W到3kW風(fēng)力機(jī)，其中美國(guó)在3kW到10kW小型風(fēng)力機(jī)上占明顯優(yōu)勢(shì)。2004年全世界新增裝機(jī)容量為8000MW，2004年底全世界風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘繛?7000MW，并作了2020年風(fēng)電達(dá)到世界電力總量的12%的規(guī)劃藍(lán)圖（即風(fēng)力12）。風(fēng)電機(jī)組技術(shù)繼續(xù)向著增大單機(jī)容量的方向發(fā)展，正在研制風(fēng)輪直徑超過(guò)100m的5MW機(jī)組，預(yù)計(jì)2013年，單機(jī)容量達(dá)到15MW。（一）世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀及展望自20世紀(jì)的最后兩年以來(lái)，全世界風(fēng)力發(fā)電的裝機(jī)容量快速增長(zhǎng)，特別是在歐洲，為了實(shí)現(xiàn)減排溫室氣體的目標(biāo)，對(duì)風(fēng)電執(zhí)行較高收購(gòu)電價(jià)的激勵(lì)政策促進(jìn)了風(fēng)電技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，風(fēng)電成本繼續(xù)下降。二、風(fēng)力發(fā)電發(fā)展概況經(jīng)過(guò)20多年的不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)形式逐步形成了目前最常見(jiàn)的水平軸、三葉片、上風(fēng)向、管式塔的統(tǒng)一形式。因此，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)簡(jiǎn)單、高效、高可靠性的風(fēng)電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電系統(tǒng)可靠及優(yōu)化運(yùn)行，包括：，提高能量轉(zhuǎn)換效率，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行，充分利用風(fēng)能；，改進(jìn)對(duì)蓄電池管理和控制，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命；，保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。（三）課題的目的和意義風(fēng)能利用的能量密度低且具有隨機(jī)性、不穩(wěn)定性和分布的不均勻性，這些給風(fēng)能的利用帶來(lái)了許多問(wèn)題。風(fēng)力發(fā)電與其他發(fā)電方式（如柴油機(jī)發(fā)電或太陽(yáng)能發(fā)電）相結(jié)合，向一個(gè)單位或一個(gè)村莊或一個(gè)海島供電。具體方法為：強(qiáng)風(fēng)時(shí)，將發(fā)出的電輸入蓄電池中；風(fēng)力不足時(shí)，由蓄電池進(jìn)行放電輸出電能。葉片帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，電能就儲(chǔ)存在蓄電池中。目前，我國(guó)安裝使用的微小型風(fēng)力機(jī)有50W，100W，150W，200W，300W和500W以及1kW，2 kW，3 kW，6 kW，10 kW和20 kW等11種型號(hào)若干種機(jī)型。我國(guó)通常按照容量的大小將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分為大型（100kW以上）、中型（10kW~100kW）、小型（1~10kW）和微型（50~1000W）。發(fā)電機(jī)的功能是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。從能量轉(zhuǎn)換角度看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包含風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)兩個(gè)部分。我國(guó)發(fā)展風(fēng)電的必要性近期體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）滿(mǎn)足能源供應(yīng)；（2）促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)特別是西部地區(qū)的發(fā)展；（3）改善中國(guó)以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)；（4）促進(jìn)風(fēng)機(jī)設(shè)備制造業(yè)的自主開(kāi)發(fā)能力和參與國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力；（5）減少溫室氣體排放；（6）在解決老少邊地區(qū)用電、脫貧致富方面發(fā)揮重大作用。風(fēng)能是一種優(yōu)質(zhì)的、潔凈的、可再生的、儲(chǔ)量豐富的能源。要滿(mǎn)足如此巨大的需求量，石油一半以上靠進(jìn)口，煤炭也接近開(kāi)采極限，因此保障能源供應(yīng)必須調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，大規(guī)模開(kāi)發(fā)可再生能源資源。，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離當(dāng)前世界能源消耗以油氣等優(yōu)質(zhì)能源為主的基本趨勢(shì)和特征。不僅造成土壤酸化、糧食減產(chǎn)和植被破壞，而且引發(fā)大量呼吸道疾病，直接威脅人民身體健康。，目前能源消耗構(gòu)成中煤炭占67%。目前，中國(guó)能源效率為32%，約低于世界平均水平10個(gè)百分點(diǎn)，、世界平均水平的3倍。因此，中國(guó)能源供應(yīng)將面臨長(zhǎng)期后備資源不足