【正文】 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。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) 鞏固所學(xué)容，并自己獨立掌握安裝水平軸永磁同步發(fā)電機的技術(shù)，最后對實訓(xùn)內(nèi)容作出必要的總結(jié) 。風(fēng)能將成為發(fā)展最快的能源 , 到 2020 年風(fēng)電總裝機 容量達到 , 2020 年達到 , 到 2020年德國新增 500萬千瓦 , 西班牙新增 520萬千瓦 , 年生產(chǎn)能力將達到800 萬千瓦 ,可滿足全國電力需求的 10%。在美國的 50 個州中 , 大約有 30 個州已經(jīng)開始利用風(fēng)能資源。隨著技術(shù)的進步和規(guī)模的擴大 , 風(fēng)電發(fā)電成本繼續(xù)下降 , 估計 10 年后它完全可以和清潔的燃煤電廠競爭。這也是全世界很多國家都熱衷風(fēng)力發(fā)電的主要原因。中國、印度也在積極發(fā)展風(fēng)電。風(fēng)能總儲量為 , 實際可開發(fā)的風(fēng)能儲量為 , 為可再生能源和新能源利用技術(shù)提供了強大的資源條件。到 1999年底已開發(fā)微小戶用型風(fēng)力發(fā)電機 16萬臺 , 并網(wǎng)型風(fēng)電場 24座 , 總裝機容量 26萬千瓦 , 其中絕大多數(shù)機組是從丹麥、德國、美國、比利時、瑞典引進的 , 最大單機容量為 600kW。 2020年以前 , 我國計劃新建 20座風(fēng) 力發(fā)電場 , 每座風(fēng)場的發(fā)電能力達到100MW以上 , 且達到 4000MW的風(fēng)力發(fā)電總目標 , 并要求風(fēng)力發(fā)電設(shè)備本土化。風(fēng)電場雖然占據(jù)了大片土地，但是風(fēng)電機組基礎(chǔ)使用面積很小，不影響農(nóng)田和牧場的正常生產(chǎn)。 （ 1）可再生，且清潔無污染。 （ 3）風(fēng)電的不穩(wěn)定性會給電網(wǎng)或負載帶來一定的沖擊影響。本論文討論的是前者，即對獨立運行的供電系統(tǒng)進行有效的分析。 本文的主要研究內(nèi)容和章節(jié)安排如下。 第二章 紹了 小型風(fēng)力發(fā)電原理及系統(tǒng)的基本組成，并詳細 介紹各個部分的組成以及原理。 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 7 2 風(fēng)力供電裝置 分析 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的組成 本文的水平軸風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)，如圖 21所示，它主要包括風(fēng)力發(fā)電機、整流器、逆變器、蓄電池以及控制系統(tǒng)幾個部分。 圖 水平軸風(fēng)力發(fā)電機 （ 1） 水平軸風(fēng)力發(fā)電機 ：水平軸風(fēng)力發(fā)電機的風(fēng)輪圍繞一個水平軸旋轉(zhuǎn)，風(fēng)輪軸與風(fēng)向平行，風(fēng)輪上的葉片式徑向安裝的，與旋轉(zhuǎn)軸垂直，并與風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)平面成一角度（稱為安裝角）。 （ 2） 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機 ：垂直軸風(fēng)力發(fā) 電機的風(fēng)輪圍繞一個垂直軸旋轉(zhuǎn) 圖 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機 風(fēng)輪軸與風(fēng)向垂直。 按風(fēng)力發(fā)電機的功率可分為大、中、小型風(fēng)力發(fā)電機。 。主要有他勵、自勵和復(fù)勵幾種形式，小型直流發(fā)電系統(tǒng)大都用于 1KW以下的微、小型風(fēng)力發(fā)電裝置，與蓄電池儲能配合使用。 ②永磁式直流發(fā)電機。系統(tǒng)采用輸出電壓隨風(fēng)速變化的系統(tǒng)，在發(fā)電機和負載間設(shè)置儲能設(shè)備 (如蓄電池 )和整流、逆變設(shè)備來變 換，以滿足用戶對輸出電壓的要求。前者運行于電機極數(shù)和頻率所決定的同步轉(zhuǎn)速，后者則以稍高于同步速成的轉(zhuǎn)速運行。 整流器 整流電路按組成的器件可分為 不可控、半控、全控 三種。 按交流輸入相數(shù)分為 單相電路 和 多相電路。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。因為它由二極管組成，具有功耗低、電路簡單等特點。 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。 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。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。 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 。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。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。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。 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 )。 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 )。 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。而采用閥控式鉛酸蓄電池就會避免這些缺點。它是一種密封的電池，內(nèi)外氣壓的平衡通過閥門來控制。首先是安全，電池的閥門密封可阻止空氣中的氧氣流入。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。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。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。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。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。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”。 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。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。 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準容量，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 。 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 13 圖 風(fēng)力供電裝置 葉片、輪轂、發(fā)電機、機艙、尾舵和側(cè)風(fēng)偏航機械傳動機構(gòu)組裝成水平軸永磁同步風(fēng)力發(fā)電機，安裝在塔架上。軸流風(fēng)機和軸流風(fēng)機框罩安裝在風(fēng)場運動機構(gòu)箱體上部，傳動齒輪鏈機構(gòu)、單相交流電 動機、滾輪和萬向輪組成風(fēng)場運動機構(gòu)。在可變風(fēng)場中，風(fēng)力發(fā)電機利用尾舵實現(xiàn)被動偏航迎風(fēng)，使風(fēng)力發(fā)電機輸出最大電能。風(fēng)力發(fā)電機葉片轉(zhuǎn)速變慢。風(fēng)力發(fā)電機處于制動狀態(tài)。葉片多為玻璃纖維增強復(fù)合材料。輪轂有剛性輪轂和鉸鏈式輪轂。三葉片風(fēng)輪一般采用剛性輪轂，南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（ 論文 ）