风力发电最大功15
高电压技术 第36卷第5期2010年5月31日
Hig h Voltage Engin eering,Vol.36,No.5,M ay 31,2010
风力发电最大功率点跟踪技术及仿真分析
陈毅东1,2,杨育林1,王立乔2,贾志云2,赵 巍2,万承宽2
(1.燕山大学机械工程学院,秦皇岛066004;
2.燕山大学电气工程学院电力电子节能与传动控制河北省重点实验室,秦皇岛066004)
摘 要:最大功率点跟踪(max imum po wer point tracking ,M P PT )已用于实际变速恒频风电系统中,为更好开展此项技术的研究,对当前的最大功率点跟踪技术进行了总结,并分为以下3类:1)已知给定法;2)黑箱法;3)混合控制法。以带齿轮箱35kW 背靠背变换器的鼠笼异步式风力发电并网系统为基础,在M atlab/Simulink 仿真环境中,针对已知给定法、黑箱法、混合控制法,各选取了每一类方法的典型代表进行了仿真验证。仿真结果表明,针对这3类方法所适用的功率场合不同,在跟踪最大功率的快速性上存在着差异,需要根据风机特性及从实际运用角度出发来选取不同的方法。
关键词:风力发电;最大功率点跟踪;最优转矩给定法;最优功率给定法;定步长法;混合控制法中图分类号:T M 614
文献标志码:A
文章编号:1003 6520(2010)05 1322 05
基金资助项目:国家自然科学基金(50837003)。
Project Su pported by National Natural Science Foundation of C hina(50837003).
Maximum Power Point Tracking Technology and S imulation
Analysis for Wind Power Generation
CH EN Yi dong 1,2,YANG Yu lin 1,WANG Li qiao 2,JIA Zhi y un 2,ZH AO Wei 2,WAN Cheng kuan 2
(1.Co llege of M echanical Eng ineering ,Yanshan Univer sity,Qinhuangdao 066004,China;2.Key Lab of Pow er Electronics for Energy Conservation and M otor Drive o f H ebei Pr ovince,
Colleg e of Electrical Eng ineer ing,Yanshan U niv ersity ,Q inhuangdao 066004,China)
Abstract:M ax imum pow er po int tracking (M PP T )has been used in the actual var iable speed constant frequency wind po wer system.T o further investig ate this technolog y,the curr ent max imum pow er po int tr acking techno lo gy was summar ized and the co nt ro l methods could be div ided into thr ee catego ries:1)the know n metho d ;2)the met ho d o f black box ;3)the met ho d of mixed co ntr ol.Baesd o n the 35kW squirr el cage inductio n w ind pow er g en er ation system w hich includes back t o back conver ter w ith a gear box ,in M atlab/Simulink simulat ion env ir onment,acco rding to the know n method,the method of black bo x,the method o f mix ed contro l,each ty pical r epr esentativ e type of method was selected t o simulate and va lidate.T he simulation r esult s sho w that ,acco rding to the different applicat ion o f the po wer situlat ion,the rapidity of tracking max imum pow er is differ ent,and v arious ty pes o f methods should be selected fr om the practical po int of view and the characterist ic of the wind turbine.
Key words:w ind g enerat ion;max imum pow er po int tr acking ;given method o f o ptimum tor que;given method o f o p timum pow er;fix ed step metho d;hybrid contro l method
0 引言
能源与环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题而传统能源已被过度消耗,因此,可再生能源的开发利用越来越受到重视和关注,其中风能具有分布广、储量大、利用方便、无污染等优点是最具大规模开发利用前景的新能源之一[1,2]。
目前,变速恒频风力发电系统已经广泛用于实际风机中,在低于额定风速的情况下
根据风速变化的情况调节风机转速,使其运行于最优功率点,从而捕获最大风能[3];在高于额定风
速时,通过对桨距角的调节,使风机以额定功率输出[4]
。常用最大功率捕获方法主要有功率反馈法[5]、模糊控制法[6]、混合控制法[7]等。为了充分利用风能,提高风电机组的发电总量,本文在分析风机特性及最大功率点跟踪(m ax imum pow er po int tracking)工作原理的基础上将这些控制策略分为3类: 已知给定法; 黑箱法; 混合控制法。选取每一类方法的典型代表进行仿真分析验证。从实际运用的角度出发确定了各类方法所适用的功率场合。
1 风机特性及最大风能捕获原理
由贝兹理论可知风机从空气中吸收的功率为
P tur b =12 R 2v 3C p ( , )。(1)
式中,P turb 为吸收的功率; 为空气密度;R 为风机半
1322
径;v为风速; 为桨距角; 为叶尖速比;C p为风能利用系数。
为了表示风机桨叶在不同的风速中的状态,用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量,称为叶尖速比 。 为转子角速度时 表达式为
= R/v。(2) 风能利用系数C p反映了风机从自然风能中吸取能量的大小程度,是表征风能利用效率的重要参数。当风速一定时,风机吸收的风能只与风能利用系数C p( , )有关,C p( , )是叶尖速比与桨距角的函数。其中,C p 关系曲线见图1;当桨距角 为固定值时(在额定风速以下一般 为零),C p 关系曲线见图2。
在额定风速以下时,风机吸收的功率P随风速、转速变化的曲线见图3。通过观察可知:在每个风速下,风机吸收的功率是转子转速的单值函数,并且仅有唯一的最优转子转速对应一个最大的功率点。在不同的风速下将各个最大功率点连接在一起就得到了图中虚线所示的最大功率曲线。实现最大风能跟踪的要求是在风速变化时调整风机转速,使其始终保持在最佳转子转速运行,从而保证系统运行在最佳功率曲线上。
2 MPPT的控制策略
针对目前诸多的最大功率捕获控制方法,按照是否依赖风场数据分为: 已知给定法; 黑箱法; 混合控制法。已知给定法主要包括:最优转速给定法[8 10]P max- opt,最佳叶尖速比法[11,12]P max- opt,最优转矩法[13 15]P max-T opt,功率信号反馈法[16 18]等。黑箱法包括:自适应控制[19,20],爬山搜索法[21 23],模糊控制法[24 26],神经网络[27],无源性理论[28],变步长法[29,30],鲁棒控制[31],灰色理论[32],自抗扰控制器原理[33],最大功率小信号扰动法[34],倾斜近视算法[35]等。混合控制法包括:间接控制策略和模糊滑膜控制[36],转矩给定+定步长+模糊[37]等。针对每类控制策略选取其中一个典型的代表进行分析研究。
2.1 查表方法
查表法具有操作简单,容易实现,能够快速跟踪给定的优势。但需要实时测量风速(对风速变化比较敏感),数据是由风机厂家给出易受到环境变化和风机磨损等外部条件的影响造成偏离实际最优值。最优转速给定法P max- opt就是其中的代表。其控制原理为:从图3可以知道,在每个风速下风机吸收的功率都有一个最大值,对应着一个最优的转速。
通过厂家给出的风场数据确定该风速下的最优转
图1 C p 关系曲线图
Fig.1 Relationship g raphs of C p
图2 C p 关系曲线图
Fig.2 Relationship graphs of C p
图3 功率 转速特性曲线
Fig.3 Characteristic curve of power speed
速,通过电机侧变换器控制电机使风机的转速跟踪上最优转速就可以实现最大功率的捕获。
2.2 黑箱法
与查表法相对应的是黑箱法。此类方法不依赖已知参数,不需要测量风速,减少了前期的工作量,不易受外部环境变化的影响,但在大功率的风机场合由于转动惯量较大此类方法很难适用。爬坡法就是其中的代表。其控制原理为:给风机的转速加入一个固定的变化量,根据风机捕获功率变化确定转速的增减,然后将此转速换算后作为电机的参考给定进行控制,使得风机转速趋于给定转速,重复上述过程就可以实现风机最大功率捕获。如图4所示:
1323
电网运行与安全陈毅东,杨育林,王立乔,等.风力发电最大功率点跟踪技术及仿真分析
当风机从工作点A运动到B时, P1>0且 >0这样B就沿着原先的方向,参考转速增加 的方向运动;当风机从工作点B运动到A时, P1<0且 <0这样B就沿着返方向,参考转速朝减少 的方向运动;当风机从工作点C运动到D时, P2 <0且 >0这样D就沿着返方向,参考转速减少 的方向运动;当风机从工作点D运动到C时, P2>0且 <0这样C就沿着原方向,参考转速增加 的方向运动。不断重复上述过程就可基本上捕获最优功率P max,稳定在最优转速 opt周围。
2.3 混合控制法
混合控制法在运用查表法的基础上加入黑箱法,结合了两者的控制优点,能够快速实时准确的捕获最优实际功率。但也需要实时的测量风速,对风速变化比较敏感。变步长与最优功率给定结合法是其中的代表,其控制原理为:测量当前风速,通过查表法知道此风速下风机对应的最优转速,经过换算后的转速作为电机的参考转速,通过变换器对电机进行控制;当风机吸收的功率达到给定最大功率一定比例时切换到变步长控制方法上,运用变步长原理就可以最终捕获该风速条件下实际最大真实功率。同时,对已知给定的数据进行实时更新。
3 仿真及分析
本文以35kW带齿轮箱、背靠背变换器的鼠笼异步式风力发电并网系统为基础。在M atlab/Sim ulink仿真环境中,针对查表方法:P max- opt、黑箱法:爬坡法、混合控制法:最优转速给定与变步长结合法进行仿真分析。已知:风速v=12m/s,最优转速n opt=618r/m in,最大功率P max=31.6kW。
3.1 查表方法
通过图5可以知道,系统只要0 68s就可以达到稳定。通过图5(a)可以知道,风机在稳定后捕获最大功率的P max=31.4kW和实际最大值基本一致。通过图5(b)可以知道,风机在稳定后转子转速n opt=615r/m in基本上跟踪上了参考最优转速。系统能够很快的跟踪上参考给定。
3.2 黑箱法
通过图6可以知道,系统需要3 5s达到稳定,且在最优点附近波动,容易造成系统的扰动。通过图6(a)可以知道,风机在稳定后捕获的功率在最大功率点P max=31 6kW上下波动。通过图6(b)可以知道,风机在稳定后转子转速在最优转速点n opt =618r/min
上下波动。系统需要多步的变化才能
图4 爬坡法原理示意图
Fig.4 Schematic diagram of climbing
method
图5 查表法仿真结果
Fig.5 Simulation results of look up table m
ethod
图6 爬坡法仿真结果
Fig.6 Simulation results of climbing method
跟踪上参考给定。3.3 混合控制法
通过图7可知,系统需要1 2s达到稳定,在图中虚线椭圆表示控制方式从最优转速法到变步长法切换。通过图7(a)可以知道,风机在稳定后捕获的功率为P max=31.9kW。通过图7(b)可以知道,风机在稳定后转子转速为n opt=619r/m in。
1324高电压技术2010,36(5)
图7 最优转速给定与变步长结合法仿真结果Fig.7 Simulation results of the cambination methods
of optimal given speed method with
variable step method
4 结论
本文首次提出将MPPT控制策略分为3类: 已知给定法; 黑箱法; 混合控制法。在M atlab/ Sim ulink环境中,选取了每类方法的典型代表在相同风速条件下对风机吸收的功率及转速进行了仿真分析,比较结果为:
a)已知给定法适用于兆瓦级大功率的风机上;
b)黑箱法适用于小功率的风机上;
c)混合控制法适用于中等功率的风机上。因此需要根据风机特性及从实际运用角度出发来选取不同控制的方法。
参考文献
[1]Esmaili R,Xu L,Nich ols D K.A new control method of perma
n ent magnet generator for maximu m pow er tracking in win d tur
b ine application[C] Pow er Engin eering S ociety General M eet
ing.S an Fran cisco,CA,USA:[s.n.],2005:2090 2095. [2]Datta R,Ranganathan V T.A method of tracki ng the peak pow er
points for a variable speed wind energy conversion system[J].IEEE Trans on Energy Conversion,2003,18(1):163 168.
[3]杜志伟,赵 峰,田铭兴,等.变速恒频风力发电的最大功率捕获
控制研究[J].电气传动,2007,37(3):7 10.
DU Zhi w ei,ZH AO Feng,TIAN M in g xing,et al.Inves tiga tion on tracking m axim um pow er poin t in VSCF w ind pow er generation system[J].E lectric Drive,2007,37(3):7 10. [4]吴国祥,黄建明,陈国呈,等.变速恒频双馈风力发电运行综合控
制策略[J].电机与控制学报,2008,12(4):435 441.
W U Guo xiang,H UANG Jian m ing,CH EN Guo chen g,et al.
A syn th etic control s trategy for DFIG w ind pow er generation
[J].Electric M achin es and Control,2008,12(4):435 441. [5]胡家兵,贺益康,刘其辉.基于最佳功率给定的最大风能追踪控
制策略[J].电力系统自动化,2005,29(24):32 38.
H U Jia b ing,H E Yi kan g,LIU Qi hui.Optimiz ed active pow er
referen ce b as ed maximum w ind en ergy trackin g control stategy
[J].Au tom ation of Electrical Pow er System s,2005,29(24):
32 38.
[6]夏晓敏,王坤琳,吴必军.模糊控制在小型风电系统M PPT中的
应用[J].可再生能源,2009,27(3):27 31.
XIA Xiao min,WANG Kun lin,WU Bi jun.M aximum pow er point tracking by using fuzzy control for small si z e w ind energy con version system[J].Renewable Energy,2009,27(3):27 31. [7]万荣娅,郭 鹏,马 军.基于混合控制策略的最大风能追踪方
法研究[J].华东电力,2009,31(8):1387 1392.
WAN Rong ya,GU O Peng,M A J un.Res earch on th e m axi m um w ind pow er tracking method based on mixed control s trate gy[J].Eas t Chin a Electric Pow er,2009,31(8):1387 1392. [8]王 琦,陈小虎,纪延超,等.基于双同步坐标的无刷双馈风力发
电系统的最大风能追踪控制[J].电网技术,2007,31(3):82 87.
WANG Qi,CH EN Xiao h u,J I Yan chao,et al.M aximal w ind energy tracing con tr ol for b rushless doubly fed w ind tu rbine bas ed on dual synch ron ou s coordin ates[J].Pow er S ystem Tech n ology,2007,31(3):82 87.
[9]张琦玮,蔡 旭.最大风能捕获风力发电系统及其仿真[J].电机
与控制应用,2007,34(5):45 46.
ZH ANG Qi w ei,CAI Xu.M aximum w ind energy tracking win d tu rbine system and s imulation electric mach ines&control appli cation[J].Electric M achin es&Control Application,2007,34
(5):45 46.
[10]Liu Qihui,Lin Ruis han.T he optimal pow er control of dou bly
fed variab le speed constant frequency(DFVSCF)w ind pow er generator[C] Pr oceedings of the11th Intern ational Confer ence on Electrical M achin es and S ystem s.Wuh an,Chin a:[s.
n.],2008:2432 2437.
[11]王志华,李亚西,赵栋利,等.变速恒频风力发电机最大功率跟
踪控制策略的研究[J].可再生能源,2005,2(3):16 19.
WANG Zh i h ua,LI Ya xi,ZH AO Dong li,et al.Res earch on VSCF w ind turbin e maximum pow er point trackin g con tr ol strategy[J].Renew able En ergy,2005,2(3):16 19.
[12]李 辉,韩 力,何 蓓.双馈发电机最大风能捕获和转换策略
的仿真[J].系统仿真学报,2007,19(15):3591 3594.
LI H ui,HAN Li,H E Bei.Simulation for strategy of maximal win d en ergy capture and conversion of doubly fed induction generators[J].J ournal of S ystem Simulation,2007,19(15): 3591 3594.
[13]M orimoto Sh igeo,Nakam ura T omohik o,T akeda Yoji.Pow er
m axim ization control of variable s peed w ind generation system u sing perm anent magnet syn chronous generator[J].Electrical
E ngineering in Japan,2005,150(2):11 19.
[14]赵仁德,王永军,张加胜.直驱式永磁同步风力发电系统最大功
率追踪控制[J].中国电机工程学报,2009,27(1):106 111.
ZHAO Ren de,WANG Yong jun,ZHANG Jia sheng.M aximum pow er poi nt tracking control of the wind energy generation system with direct driven permanent magnet synchronous generators[J].
Proceedi ngs of the CSEE,2009,27(1):106 111.
[15]M orimoto Sh igeo,Kato H ajime,Sanada M as ayuk i,et al.Ou t
pu t maximization control for w ind gen eration sys tem with inte rior perman ent magnet syn chronous gen erator[C] IAS An nu al M eeting.Tampa,FL,US A:[s.n.],2006:503 510. [16]姚 骏,廖 勇,瞿兴鸿,等.直驱永磁同步风力发电机的最佳
风能跟踪控制[J].电网技术,2008,10(2):11 15.
YAO Jun,LIAO Yon g,QU Xing hong,et al.Optim al win d energy track ing control of direct driven perman ent m agnet syn chronous generators for w ind turbines[J].Pow er System Techn ology,2008,10(2):11 15.
1325
电网运行与安全陈毅东,杨育林,王立乔,等.风力发电最大功率点跟踪技术及仿真分析
[17]刘其辉,贺益康,张建华.交流励磁变速恒频风力发电机的最
优功率控制[J].太阳能学报,2006,27(10):1014 1020.
LIU Qi hui,HE Yi kang,ZH ANG Jian hua.T he optimal pow er control of AC EXCITE D variable s peed constant fr e quen cy(VSCF)w ind pow er geneartor[J].Acta E nergiae Solaris Sin ica,2006,27(10):1014 1020.
[18]Lavanya V,Ammasai Gou nden N,Rao Polimera M allesw ara.
A simple controller u sing line commutated inverter w ith maxi
mum pow er tracking for w ind driven grid connected perman ent magnet synchronous gen erator s[C] PEDES 2006.New Delhi,India:[s.n.],2006.
[19]Sh ao Ch angh ong,Chen Xian gjun,Liang Zhongh ua.Applica
tion r esear ch of maximum w ind energy tracing controller bas ed adaptive control strategy in W ECS[C] CES/IEEE5th In ter nation al Pow er Electronics and M otion Control Conference.
Sh angh ai,China:IEE E,2007:607 611.
[20]H ui J oanne,Bakhsh ai Alirez a.A new adaptive control algo
rithm for maximum pow er point tracking for w ind energy con vers ion s ystem s[C] 39th IEE E An nual Pow er Electronics Specialists Conference.[S.l.]:IEE E,2008:4003 4007. [21]王丰收,沈传文,孟永庆.基于M PPT算法的风力永磁发电系
统的仿真研究[J].电气传动,2007,37(1):6 10.
W ANG Feng s hou,S HE N Chuan w en,M ENG Yong qing.
Sim ulatin g study of w ind pow er system u sing the PM SG bas ed on the M PPT meth od[J].Electric Drive,2007,37(1):6 10.
[22]夏安俊,沈锦飞,初中原,等.H CS策略在大惯性变速风力发电
系统中的应用[J].电机与控制应用,2008,35(2):52 56.
XIA An ju n,SH EN Jin fei,CHU Zh on g yuan,et al.H CS strategy in large inertia w ind turbine application[J].Electric M achin es&Control Application,2008,35(2):52 56. [23]Raza Kaz mi,Syed M uham mad,Goto H iroki,et al.A n ovel
algorithm for fas t and efficient maximum power point tracking of w ind energy convers ion s ystem s[C] International Confer en ce on Electrical M achines.Vilamou ra,Algarve,Portugal: [s.n.],2008.
[24]梁中华,张 武,杜继光.基于M RAC风电系统的M PPT控
制策略[J].沈阳工业大学学报,2008,30(3):280 283.
LIANG Zhong hua,ZH ANG Wu,DU Ji guang.M PPT con trol s trategy of w ind generation system based on M RAC[J].
Journ al of Sh enyang University of T echnology,2008,30(3): 280 283.
[25]M irecki A Rob oam,Rich ardeau https://www.wendangku.net/doc/0711945310.html,parative study of maxi
mum pow er strategy in w ind tu rbines[C] International S ym posim on Indus trial Electronics.Toulou se,France,2004:993 998.
[26]Zeng Qingrong,Chang Liuchen,S hao Riming.Fuzzy logic
based maximum pow er point trackin g strategy for PM SG vari able speed win d tu rbine generation s ystems[C] Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering.Niagara Falls,ON,Canada:[s.n.],2008:405 409.
[27]Li Hu i,Sh i K L,M claren P G.Neural n etw ork bas ed sen sor
less m axim um w ind en ergy capture w ith compen sated pow er coefficient[J].IEEE T ran saction s on Indu stry Applications, 2005,41(6):1548 1556.
[28]杨金明,吴 捷,董 萍,等.基于无源性理论的风力机最大风
能捕获控制[J].太阳能学报,2003,24(5):724 728.
YANG Jin ming,W U Jie,DONG Pin g,et al.Bas ed on pas sivity th eory of the maximum w ind en ergy captu re control of
win d turbin e[J].Acta Energiae Solaris S inica,2003,24(5): 724 728.
[29]贾要勤,曹秉刚,杨仲庆.风力发电的M PPT快速响应控制方
法[J].太阳能学报,2004,25(2):171 176.
JIA Yao qin,CAO Bing gang,YANG Zhong qing.A fast re s ponse M PPT control meth od for wind g eneration[J].Acta Energiae S olaris Sinica,2004,25(2):171 176.
[30]王得利,李 杰,陈国呈.一种新型永磁同步风力发电系统的研
究[J].电气传动自动化,2008,30(2):10 15.
WANG De li,LI Jie,CH EN Gu o cheng.Research on a novel PM S G w ind generation s ystem[J].Electric Drive Automation, 2008,30(2):10 15.
[31]贾要勤,曹秉刚,杨仲庆.风力发电系统的H 鲁棒控制[J].太
阳能学报,2004,25(1):85 91.
JIA Yao qin,CAO Bing gang,YANG Zh on g qing.Robu st control of wiind gen eration sy stem[J].Acta Energiae S olaris Sinica,2004,25(1):85 91.
[32]鲁 闯,朱东柏,沈中元,等.直驱风力发电系统M PPT控制
方法的研究[J].电测与仪表,2008,45(8):61 64.
LU Chu ang,ZH U Dong bai,SH EN Zhong yuan,et al.Re s earch on control m ethod of dir ect drive win d pow er gen eration system[J].Electrical M eas urem ent&In strumentation,2008, 45(8):61 64.
[33]杨金明,吴 捷,杨俊华.基于自抗扰控制器的风力发电系统
的最大风能捕获控制[J].太阳能学报,2004,25(4):525 529.
YANG Jin ming,W U Jie,YA NG Jun hu a.M aximum win d energy capture control w ith auto disturb ince rejection controller [J].Acta Energiae S olaris S inica,2004,25(4):525 529. [34]W ang Shengtie,Qi Zh iyuan,Undelan d T or e.State s pace aver
aging m odeling and analysis of dis tu rban ce in jection m ethod of M PPT for small w ind tu rbine generating system s[C] Asia Pacific Pow er and En ergy E ngineering Conference.Wu han, Ch ina:[s.n.],2009.
[35]Yin g Yi Hong,Sh iue Der L u,Ching Sheng Chiou.M PPT for
PM w ind generat or using gradient approximation[J].Energy Con version and M anagement,2009,50(1):82 89.
[36]王东风,贾增周,孙 剑,等.M W级变速恒频风力发电机组
的一种复合控制方法[J].华北电力大学学报,2008,35(2):
83 87.
WANG Dong feng,J IA Zeng zhou,S UN Jian,et al.A com p os ite control strategy for megaw att level variable s peed con s tant frequen cy w in d turbin e[J].Journ al of North China Elec tric Pow er University,2008,35(2):83 87.
[37]Neammanee Bunlung,Kraj angpan Koraw i t,Sirisumrannuk Sam.
M aximum peak pow er tracking based control algorithms with stall regulation for optimal wind energy capture[J].IEEJ Transactions on Industry Applications,2008,128(4):411
417.
CH EN Yi dong
Ph.D.candidate
陈毅东
1983 ,男,博士生
研究方向为风力发电系统运行品质优化控
制
收稿日期 2010 02 05 修回日期 2010 04 08 编辑 陈 蔓
1326高电压技术2010,36(5)
家用小型风力发电系统的初步设计
2015年度本科生毕业论文（设计） 家用小型风力发电系统的初步设计 院－系：工学院 专业：电气工程与其自动化 年级：2011级 学生姓名： 学号： 导师与职称： 2015年6月
2015 Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate The preliminary design of small household wind power generation system Department:Electrical Engineering and Automation Major:Institute of Technology Grade:2011 Student’s Name:Xu Yun Dong Student No.:2 Tutor:The lecturer Hua Jing Finished by June, 2015
摘要 风能作为一种清洁的可再生能源正逐渐受到了人们的重视，风力发电也成为了时下的朝阳产业。本论文详细阐明了小型独立风力发电系统的设计方案，对风力发电机组的结构和电能的变换与继电控制电路做了初步的研究。 本论文首先介绍了课题的目的和意义，综述了国内外风力发电的发展概况，简要概括了风力发电相关技术的发展状况，论述了常见小型风力发电系统的基本组成和各部分的作用，同时对本论文的系统方案做了简要的概括，着重分析了整流电路与Buck降压电路的配合，蓄电池充放电继电保护以与电能输出的有效性等。还引入了市电切换电路，作为在发电机故障或蓄电池电量不足的情况下为负载供电。为了使能量的利用达到最大化，本系统还引入了并网电路。所以本论文设计的小型风力发电机组不但适合偏远的地区，也适合市区家庭使用。 本文提出的解决方案为：风力传动装置带动三相永磁交流发电机，然后通过AC—DC—DC—AC变换为交流电，并且考虑到风力的不稳定性，在系统中并入蓄电池组和稳压器，通过继电控制电路的监控以实现系统的自动控制，同时并入市电投切，保证系统在风能充足时可蓄能，在风能不充足时亦可为负载供电。系统的运行状况采用继电控制电路监控和切换。 本论文的重点在于继电控制电路的设计，并对各种不同风力情况下系统的运行状况进行了全面而严谨的分析。 关键词：小型风力发电机组；整流：逆变；继电控制：蓄电池
小型风力发电机的构造原理
小型风力发电机介绍 一，小型风力发电机的使用条件 小型风力发电机一般应在风力资源较丰富的地区使用。即年平均风速在3m／s以上，全年3-20m／s有效风速累计时数3000h以上；全年3-20m／s平均有效风能密度lOOW／m2以上。在选择使用风力发电机时，要做到心中有数，避免盲目性，这样才能充分地利用当地的风力资源，最大限度地发挥风力发电机的效率，取得较高的经济效益。 应该指出的是，在风力资源丰富地区，最好选择风机额定设计风速与当地最佳设计风速相吻合的风力发电机。如能做到这一点无论是从风力机的选择上，还是利用风力资源的经济意义上都有重要的意义。风洞试验证明，风轮的转换功率与风速的立方成正比，也就是说，风速对功率影响最大。例如，在当地最佳设计风速为6m／s的地区，安装一台额定设计风速为8m／s的风力发电机，结果其年额定输出功率只达到原设计输出功率的42％，也就是说，风力发电机额定输出功率较设计值降低了58%。若选用的风力发电机额定设计风速越高，那么其额定功率输出的效果就越加不理想。但也必须指出，风力发电机额定设计风速偏低，其风轮直径、电机相对要增大，整机造价相应也就加大．从制造和产品的经济意义上考虑都是不合算的。 二，小型风力发电执使用的一般要求 目前，小型风力发电机都采用蓄电池贮能，家用电器的用电都由蓄电池提供。所以，用电时总的原则是，蓄电池放电后能及时由风力发电机给以补充。也就是说，蓄电池充入的电量和用电器所需消耗的电量要大致相等(一般以日计算)。下面举一例说明这一问题：某地区使用了一台风力发电机，额定风速输出功率为IOOW,假设，该地区某日相当于额定风速的风力吹刮时数连续为4h，则该风机日输出并贮存到蓄电池里的能量为400Wh。考虑到铅蓄电池的转换效率为70%，则用户用电器实际可利用的能量280Wh。如果该用户使用的电器有： (1)15W灯泡两只，使用4h，耗能为120Wh； (Z)35W电视机一台，使用3h，耗能为105Wh； (3)15W收录机一台，使用4h，耗能为60Wh。 以上总耗能为285Wh。 这样，用电器日总耗能比风力发电机所能提供的能量超出了5Wh，也就是出现了所谓的“入不付出”用电；这种入不付出的用电，将会使蓄电池处在亏电的状态下工作。如果经常长时间地这么用电，将会使蓄电池严重亏电而损坏，缩短其使用寿命。 上例，是假定风力发电机在额定风速状击下的用电情况，而实际上，由于风的多变性，间歇性，风既有大小的不同(风速)又有吹刮时间长短的不同(风频)。所以，在使用用电器时要做到风况好时可适当多用电，风况差时少用电。这就需要用户在使用时认真总结经验。 另外，有条件的地区和用户可备一台千瓦级的柴油发电机组，当风况差的时候给蓄电池补充充电，做到蓄电池不间断地供电。 三，小型风力发电机的合理配套
国电宿松风电项目简介
国电宿松风电项目简介 一、项目概况 安徽省安庆市宿松县地处大别山南麓、皖江之首，是皖鄂赣三省八县结合部，为皖西南门户，辖9镇13乡207个自治村(社区)，总人口80万，国土面积2394 km2，境内山区、丘陵、湖泊、平原依次分布。 该县交通十分便捷，贯穿南北的105国道、横贯东西的沪蓉高速公路、合九铁路、及长江黄金水道穿境而过。县城距离省会城市合肥220 km、武汉190 km、南昌170 km，至皖鄂赣三省6个机场车程都约两小时。 根据已掌握的测风资料，在宿松县黄湖、大官湖沿湖南岸初步规划9个装机容量分别为49.5MW，总规模可达445.5MW的风力发电场；在龙感湖南岸，也可进行风电开发。由于风场范围较大，风况复杂，最终装机规模应在各区域风资源评估基础上确定。 本期工程位于该风场内，地处国营华阳河农场及复兴镇洲头乡，南临长江，北倚黄湖、大官湖，建设规模为49.5MW，拟布置33台1.5MW 风力发电机组。 二、项目前期工作中有关机构 (1) 项目法人：国电安徽新能源投资有限公司 国电安徽新能源投资有限公司(原称国电力源电力发展有限公司)是中国国电集团公司全资子公司，主要经营范围为电力、热源及新能
源等的投资、经营和销售，拥有国电宿州热电有限公司、岳西毛尖山水电站、岳西天力水电公司等6家控股子公司和参股多家发电公司。 (2) 风资源评估：安徽省气候中心 由安徽省气候中心负责对本工程华港测风塔进行风资源评估，并出具专题报告。 (3) 可研报告编制单位：华东电力设计院 华东电力设计院1953年创建于上海，是中国勘察设计单位综合实力百强，具有工程勘察设计、造价咨询、环境影响评价、工程总承包、工程咨询、工程监理、测绘及海洋工程等甲级证书和对外经营权的独立法人。 华东电力设计院主要任务是在风能资源的分析和评价报告的基础上，对风电场的场址选择、风力发电机组的选型和布置、电气工程设计、消防设计、土建工程设计、施工组织及工程管理设计、环境保护和水土保持设计、劳动及工业卫生设计、工程节能方案设计、工程概算、财务评价、建设项目招标等章节进行论证和说明。
250 小型风力发电机总体结构的设计
第一章 概述 1.1 风力发电机概况 风能的利用有着悠久的历史。 近年来, 资源的短缺和环境的日趋恶化使世界各国开始重 视开发和利用可再生、 且无污染的风能资源。自80年代以来, 风能利用的主要趋势是风力发 电。风力发电最初出现在边远地区, 应用的方式主要有: 1) 单独使用小型风力发电机供家 庭住宅使用; 2) 风力发电机与其它电源联用可为海上导航设备和远距离通信设备供电; 3) 并入地方孤立小电网为乡村供电。 随着现代技术的发展, 风力发电迅猛发展。以机组大型化(50kW～ 2MW )、集中安装和 控制为特点的风电场(也称风力田、风田) 成为主要的发展方向。20 年来, 世界上已有近30 个国家开发建设了风电场(是前期总数的3 倍) , 风电场总装机容量约1400 万kW (是前期总 数的100 倍)。目前, 德国、美国、丹麦以及亚洲的印度位居风力发电总装机容量前列, 且 未来计划投资有增无减。美国能源部预测2010 年风电至少达到国内电力消耗的10%。欧盟5 国要在2000～ 2002 年达到本国总发电量的10%左右, 丹麦甚至计划2030 年要达到40%。 中国是一个风力资源丰富的国家, 风力发电潜力巨大。据1998 年统计, 风力风电累计 装机22.36万kW , 仅占全国电网发电总装机的0.081% , 相对于可开发风能资源的开发率仅 为0.088%。 中国第一座风力发电场于1986 年在山东荣成落成, 总装机较小, 为3×55kW。到1993 年我国风电场总装机容量达17.1MW , 1999 年底, 我国共建了24 个风力发电场, 总装机 268MW。我国风力发电场主要分布在风能资源比较丰富的东南沿海、西北、东北和华北地区, 其中风电装机容量最多的是新疆已达72.35kW。在未来2～ 3 年内, 我国计划新增风电场装 机容量将在800MW 以上, 并且将会出现300～ 400MW 的特大型风力发电场。 1.2 风力发电机的研究现状 1.2.1 国外风力发电机的研制情况 美国从1974年起对风能进行系统的研究，能源部对风能项目的投资累计已达到25亿美 元。许多著名大学和研究机构都参加了风能的研究开发，目前己安装了8个巨型风力发电机 组。到19%年末，风力发电总装机容量己达到170x 4 10 kw，所提供的电力占全美电力需求量 的10%，居世界之首位，主要集中在加利福尼亚州。美国国会己通过了能源政策法，在能源 部的规划下， 将会改变风力发电集中于加利福尼亚的局面，在年平均风速达5.6m/s的中西部 12个州将建风力电站。据能源部预测，在未来15年内，风电将增加6倍。在今后2年内，在怀 俄明、伊阿华、明尼苏达、得克萨斯、佛蒙特、缅因州等修建大型风电场，这些风电场将使 美国风力发电能力再增加40x 4 10 kw， 预计到2010年， 风力发电总装机容量将达到630x 4 10 kw， 可满足全美电力需求量的25%。 德国是欧洲风力发电增长最快的国家，近年风力发电量急增，尤其沿海各州，风力发电 发展迅速，己超过丹麦，成为世界第二。到1995年己建成1035座风力发电装置，装机容量 49.4x 4 10 kw，1996年新装机约950座，装机容量为48x 4 10 kw，到19%年底德国己拥有4500座 风力发电装置，总装机容量达到约160x 4 10 kw，1997年估计可增加5x 4 10 kw，可为20多万个 家庭提供日常用电。这些风力发电装置中的1600个是政府投资建设的。装机容量超过1OO0kW 的风电场有250个，300OkW的最大风电场已投入使用，发电能力63x 4 10 kw，西部5x 4 10 kw风
2020年中国风力发电行业现状及未来发展趋势分析
2017年中国风力发电行业现状及未来发展趋势分析 风能是一种淸洁而稳定的新能源，在环境污染和温室气体排放日益严重的今天，作为 全球公认可以有效减缓气候变化、提高能源安全、促进低碳经济增长的方案，得到各国政府、 机构和企业等的高度关注。此外，由于风电技术相对成熟，且具有更高的成本效益和资源有 效性，因此，风电也成为近年来世界上增长最快的能源之一。 1、全球发展概况 2016年的风电市场由中国、美国、徳国和印度引领，法国、上耳其和荷兰等国的表现 超过预 期，尽管在年新增装机上，2016年未能超过创纪录的2015年，但仍然达到了一 个相当令人满意的水平。根据全球风能理事会发布的《全球风电发展年报》显示，2016年 全球风电新增装机容量 54.600MW,同比下降14.2%,英中，中国风电新增装机容量达 23328MW （临时数据）,占2016年全球 风电新增装机容量的42.7%o 到2016年年底， 全球风电累计装机容量达到486J49MW,累计同比增长 12.5%。其中，截至2016年底, 中国总量达到16&690MW （临时数据），占全球风电累计装机总量的34.7%。 2001-2016年全球风电装机置计容量 450.000 400.000 350.000 300.000 土 250.000 W 200.000 150,000 1W.OOO 50.000 数据来源：公开资料整理 ■ ■ ■ ■ ■ 11 nUr l ■蛊计装机容蚤
按照2016年底的风电累计装机容量计算，全球前五大风电市场依次为中国、美国、徳国、印度和西班牙，在2001年至2016年间，上述5个国家风电累计装机容量年均复合增长率如下表所示： 数据来源：公开资料整理 2、我国风电行业概况 目前，我国已经成为全球风力发电规模最大、增长最快的市场。根据全球风能理事会（Global Wind Energy Council）统讣数据，全球风电累计装机容量从截至2001年12月31 日的23.9OOMW增至截至2016年12月31日的486.749MW,年复合增长率为22.25%, 而同期我国风电累计装机容量的年复合增长率为49.53%,增长率位居全球第一：2016年，我国新增风电装机容量23328MW （临时数据），占当年全球新增装机容量的42.7%,位居全球第一。 （1）我国风能资源概况 我国幅员辽阔、海岸线长,陆地而积约为960万平方千米,海岸线（包括岛屿）达32,000 千米，拥有丰富的风能资源，并具有巨大的风能发展潜力。根据中国气象局2014年公布的最新评估结果，我国陆地70米高度风功率密度达到150瓦/平方米以上的风能资源技术可开发量为72亿千瓦，风功率密度达到200瓦/平方米以上的风能资源技术可开发量为50 亿千瓦；80米高度风功率密度达到150瓦/平方米以上的风能资源技术可开发量为102亿千瓦，达到200瓦/平方米以上的风能资源技术可开发量为75亿千瓦。 ①风能资源的地域分布 我国的风能资源分布广泛，苴中较为丰富的地区主要集中在东南沿海及附近岛屿以及北部（东北、华北、西北）地区，内陆也有个别风能丰富点。此外，近海风能资源也非常丰富。 A. 沿海及其岛屿地区风能丰富带：沿海及其岛屿地区包括山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西和海南等省（市）沿海近10千米宽的地带，年风功率密度在200瓦/ 平方米以上，风功率密度线平行
风电项目建设过程简介
风电项目建设过程简介 一个风电场项目的投资和建设必须与项目所在地的风电规划和电网建设规划相一致，与当地的经济发展、电力消费水平和电网接纳或输送能力相一致。在此基础上，从有了建设风电场的意向，确定了风场场址，到最后建成风电场投入生产，一般要经历项目立项(项目建议书的申报和批准)、可行性研究、工程建设和运行管理几个阶段。各阶段的工作目标、工作内容和工作性质有很大的不同，本文将分别介绍其具体要求。 1 风电场项目的立项 风电场项目的立项是在风电规划的基础上，由有意开发风电的企业发起(或由政府部门提出设想后由企业操作)，提出开发风电的项目，而后由政府有关部门批准。风电场立项之前首先要确定厂址，应选择风况较佳，交通运输、安装运行和上网条件都较好的地点做场址。风电场的厂址选择也应通过大范围初选、初步测风、测风数据处理、风能资源评估等几个步骤，最后综合分析确定风电场场址。具体方法需按照我国电力行业标准《风力发电厂选址导则》进行。 场址选定，有了一定的测风资料并经评估可开发之后，就可以组织进行风电项目预可行性研究[预可行性研究的内容和深度可以参见国家电力公司下发的《风力发电项目预可行性研究内容深度规定》(试行)]。预可行性研究报告经有关权威部门审查通过后，可组织编制风电场项目建议书，并按国家规定的程序上报审批。
风电场项目建议书包括的主要内容有项目建设的必要性、工程建设规模、工程建设条件(包括风力资源资料及其评价)、环境影响评价及节能效益分析、投资估算及筹资方案、经济分析和财务评价等。此外，还需取得以下附件： (1) 预可行性研究及其审查意见。 (2) 项目发起人意向书。 (3) 土地征用意向书。 (4) 当地环保部门的意向函。 (5) 同意电量上网的意向函。 (6) 银行贷款意向函。 将风电场项目建议书连同所需附件一起上报有关主管部门，申请风电场项目的立项。我国目前负责审批风电项目的主管部门主要是国务院职能部门国家发改委及他们的下属机构。项目可以根据自己的情况选择上报相关部门审批。项目申报立项过程中可能要准备回答国家主管部门提出的一些问题，补充有关的材料等等。直到国家正式行文批复项目建议书，同意所申报的项目予以立项后，项目的立项工作才算完成。 2 风电场项目的可研报告 风电场项目经批准立项以后，可以进行风电场项目的可行性研究。风电场项目可行性研究的有关内容和深度要求，按我国已颁发的电力行业标准《风力发电厂项目可行性研究报告编制规程》进行。风电场项目可行性研究的内容是在预可行性研究的基础上的进一
2020-2025年风力发电行业市场竞争格局和产业链报告
2020-2025年风力发电行业市场竞争格局和产业链报告
目录 第一章风力发电行业概述 (3) 第一节风力发电行业定义 (3) 第二节风力发电行业特点分析 (3) 一、风力发电行业周期性特征分析 (3) 二、风力发电行业区域性特征分析 (3) 三、风力发电行业季节性特征分析 (4) 第二章风力发电行业市场竞争格局分析 (5) 第一节我国风力发电行业竞争状况分析 (5) 第二节我国风力发电行业竞争对手分析 (6) 第三章风力发电行业产业链上下游市场运行分析 (9) 第一节风力发电行业产业链介绍 (9) 第二节风力发电上下游行业发展状况对行业发展的影响 (9)
第一章风力发电行业概述 第一节风力发电行业定义 风力发电行业属于电力工业链的发电环节，其工作原理和流程是将空气动能首先通过叶轮转化为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能，发电机组输出的电能通过升压变电站升压后输送到电网中，电网再将电能送至各用电单位。 风能是一种清洁而稳定的可再生能源，在环境污染和温室气体排放日益严重的今天，风力发电作为全球公认可以有效减缓气候变化、提高能源安全、促进低碳经济增长的方案，得到各国政府、投融资机构、技术研发机构、项目运营企业等的高度关注。相应地，风电也成为近年来世界上增长最快的能源。 第二节风力发电行业特点分析 一、风力发电行业周期性特征分析 就行业周期性而言，影响风电行业发展的主要因素是风资源、国家政策和电网条件，现阶段本行业正处于持续稳定发展期，无明显的行业周期性。 二、风力发电行业区域性特征分析 就行业的区域性而言，我国风电场项目具有区域性的特点，主要集中于风资源比较丰富的内蒙古、新疆、甘肃、河北、山东等省份。未来，随着低风速风机的成熟和应用，本行业的区域性特征将进一步减弱。
风电场远动与数据网设备介绍及检查项目
风电场远动与数据网设备介绍及检查项目 针对2015年1月化德风电场远动和内蒙调度数据网设备故障，为提高风电场远动与数据网设备正常运行和维护水平，现将风电场远动及数据网日常巡视项目及要求进行如下说明，请二连、化德风电场运行人员进行学习。 第一部分风电场远动（IEC-101） 一、远动基础知识 (1)远动装置的定义 所谓远动装置就是为了完成调度与变电站之间各种信息的采集并实时进行自动传输和交换的自动装置。它是电力系统调度综合自动化的基础。它将各个厂、所、站的运行工况（包括开关状态、设备的运行参数等）转换成便于传输的信号形式，加上保护措施以防止传输过程中的外界干扰，经过调制后，由专门的信息通道传送到调度所。在调度所的中心站经过反调制，还原为原来对应于厂、所、站工况的一些信号再显示出来，供给调度人员监控之用。调度人员的一些控制命令也可以通过类似过程传送到远方厂、所、站，驱动被控对象。这一过程实际上涉及遥测、遥信、遥调、遥控，所以，远动技术是四遥的结合。 （2）远动装置的规约 风电场远动主要采用问答式规约，其主要特点是以主站端为主，主站端向远方站询问召唤某一类别信息，远方站即将此种类别信息作回答。主站端正确接受此类别信息后，才开始下一轮新的询问，否则还继续向远方站询问召唤此类信息。问答式规约（Polling）主站与多个 RTU 通信时，主站掌握通信主动权。主站轮流询问各个子站，并接收子站送来的消息。为了提高效率，子站在有变化时才报告发送。特点：RTU 有问必答，无问不答。点对点方式连接时候，允许 RTU 主动发送重要的事件（如变位），提高实时性。部颁规约：DL/T634-1997，国际标准：IEC60870-101 （3）远动信号的分类 远动信号主要包括：
小型风力发电机基本常识
小型风力发电机基本常识 1.小型风力发电机一般都由那几部分组成的？ 小型风力发电机部件很多，但一般都是由5部分组成的： 一是风轮，由二个或多个叶片组成，安装在机头上，是把风能转化为机械能的主要部件。 二是机头，主要是发电机和安装尾翼的支座等，它能绕塔架中的竖直轴自由转动。 三是尾翼，它一般装于机头之后，是用来保证在风向变化时，使风轮正对风向，现在也有不带尾翼的垂直轴发电机。 四是塔架，是支撑机头的构架，它把风力发电机架设在不受周围障碍物影响的空中。 五是控制系统，是用来控制发电机的输入输出和发电机工作状态的。 2.如何选购一台真正适合自已使用的风力发电机？ 如何选购一台真正适合自已使用的风力发电机，其中是大有学问。首先，要看生产风力发电机的厂家。目前国内许多所谓的风力发电机生产厂家只是采购一些部件进行简单的组装，各部件之间根本不配套，故发电效率相对较小，故障也比较多，缺乏必要的科研能力，产品很难更新换代，还有一些厂家为了追求高利润.不惜偷工减料.其生产的发电机很难达到其标定的功率.更有一些产品经销商偷梁换柱.所以消费者在先购风力发电机时,一定要找正规的生产厂家.一般有能力有规模的生产厂家其产品大都配套齐全.其有较强的研发能力，其产品质量也都符合国家标准。
特别要查对电机的参数：（最好是拿几个厂家的对比就会很明显） 主要技术参数包括：起动风速，额定风速，额定电压，最大功率，额定功率，额定转速等。 其次用户要根据自已的使用要求和风力条件。选择相对应的风力发电机.比如在内地,由于风较小,更应选择一些功率小的发电机,因为他更容易被小风量带动而发电,特续不断的风,会比一时狂风更能供给较大的能量,而大功率的发电机.在小风的环境下动很难高效率的发电，甚至根本就无法发.这样,如果用户用电量大.可以选购几台小功率的发电机并联使用.其效果较购一台大功率的发电机效果好得多或者使用太阳板构成风光互补供电系统效果更稳定。同时,用户在选购风力发电机时还要注意以下几点：查看装箱单，数数配件是否齐全；用手转动一下各个转动部分,看是否转动灵活。 3.发电机的具体安装地点？ 小型风力发电机安装场址的选择非常重要。性能很高的风力发电机，假如没有风，它也不会工作，而性能稍差一些的风力发电机，如果安装场址选择得好，也会使它充分发挥作用。关于小型风力发电机的选址条件包含着非常复杂的因素，原则上，在一年之中极强风及紊流少的地点应算最好，但有时很难选出这样的地点。 一般本着这样的原则： 第一风能丰富，年平均风速越大越好，其大体上数字是：年平均风速3m／s以上，3-20m／s有效风速累计时效3000h以上，全年3一20m ／s平均有效风能密度100W／m2以上。只要能满足这个条件，小型
小型家用风力发电系统的设计
毕业设计（论文） 题目小型家用风力发电系统 的设计 姓名 学号 所在学院 专业班级 指导教师 日期年月日
原创性明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授书 本学位论文作者完全了解学院有关保管、使用学位论文的规定，同意学院保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、保密□，在年解密后适用本授权书。 2、不保密□ （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日
摘要 随着环境问题和化石能源危机日益加剧，各国都在寻找新的可代替能源来解决能源危机和环境污染。风能和太阳能一样也是取之不尽的一种可再生能源，风力发电成为现在人们利用风能的一种主要形式，小型风力发电构成的家用分布式发电系统在未来更具有利用前景。因此对小型家用风力发电系统的研究有很多实用性和价值。 本文设计的家用风力发电系统选用单片机STC89C52为控制核心设计了系统电路，实现由蓄电池电能逆变为小型家用电器实用的24V50Hz的交流电。对风力发电原理及逆变的必要性做了重点介绍，分析了设计的电路各个模块工作原理，给出了系统的原理图和软件设计流程图。设计的家用发电系统经济成低、实用性强。 关键词：风力发电，单片机，蓄电池，逆变
风力发电项目方案概要
风力发电项目方案概要 目录
一、项目背景 1、中国风能源概况 中国属于地球北半球中纬度地区，在大气环流的影响下，分别受副极地低压带、副热带高压带和赤道低压带的控制，北方地区主要受中高纬度的西风带影响，南方地区主要受低纬度的东北信风带影响。陆地最南端纬度约为北纬18度,最北端纬度约为北纬53度，南北陆地跨35个纬度，东西跨60个经度以上。独特的宏观地理位置和微观地形地貌决定了中国风能资源分布的特点。在宏观地理位置上属于世界上最大的大陆板块——欧亚大陆的东部，东临世界上最大的海洋——太平洋，海陆之间热力差异非常大，北方地区和南方地区分别受大陆性和海洋性气候相互影响，季风现象明显。北方具体表现为温带季风气候，冬季受来自大陆的干冷气流的影响，寒冷干燥，夏季温暖湿润;南方表现为亚热带季风气候，夏季受来自海洋的暖湿气流的影响，降水较多。 中国对风能资源的观测研究工作始于20世纪70年代，中国气象局先后于20世纪70年代末和80年代末进行了两次全国风能资源的调查，利用全国900多个气象台站的实测资料给出了全国离地面10m高度层上的风能资源量。据资料介绍，当时我国的风能资源总储量为32.26亿kW，陆地实际可开发量为2.53亿kW，近海可开发和利用的风能储量有7.5亿kW。 根据中国气象局于2004～2006年组织完成的最新的第三次全国风能资源调查，利用全国2000多个气象台站近30年的观测资料，对原有的计算
结果进行修正和重新计算，调查结果表明：我国可开发风能总储量约有43.5亿kW，其中可开发和利用的陆地上风能储量有6～10亿kW，近海风能储量有1～2亿kW，共计约7～12亿kW。 下图为：中国有效风能密度分布图，深颜色显示了风能丰富地区的分布。 (1)“三北”(东北、华北、西北)风能丰富带 该地区包括东北3省、河北、内蒙古、甘肃、青海、西藏、新疆等省区近200千米宽的地带，是风能丰富带。该地区可设风电场的区域地形平坦，交通方便，没有破坏性风速，是我国连成一片的最大风能资源区，适于大规模开发利用。 (2)东南沿海地区风能丰富带 冬春季的冷空气、夏秋的台风，都能影响到该地区沿海及其岛屿，是我国风能最佳丰富带之一，年有效风功率密度在200W/m2以上，如台山、平潭、东山、南鹿、大陈、嵊泗、南澳、马祖、马公、东沙等地区，年可利用小时数约在7000至8000小时。东南沿海由海岸向内陆丘陵连绵，风能丰富地区距海岸仅在50千米之内。 (3)内陆局部风能丰富地区 在两个风能丰富带之外，局部地区年有效风功率密度一般在100W/m2以下，可利用小时数3000小时以下。但是在一些地区由于湖泊和特殊地形的影响，也可能成为风能丰富地区。 (4)海拔较高的风能可开发区
小型风力发电机
怎样利用风力来发电呢? 我们把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。（大型风力发电站基本上没有尾舵，一般只有小型（包括家用型）才会拥有尾舵） 风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。（现在还有一些垂直风轮，s型旋转叶片等，其作用也与常规螺旋桨型叶片相同）由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定；所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。 风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V 市电，才能保证稳定使用。 通常人们认为，风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定，总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的。目前的风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。在内地，小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台200W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用，获得500W甚至1000W乃至更大的功率出。 小型风力发电机介绍 一，小型风力发电机的使用条件 小型风力发电机一般应在风力资源较丰富的地区使用。即年平均风速在3m／s以上，全年3-20m／s有效风速累计时数3000h以上；全年3-20m／s平均有效风能密度lOOW／m2以上。在选择使用风力发电机时，要做到心中有数，避免盲目性，这样才能充分地利用当地的风力资源，最大限度地发挥风力发电机的效率，取得较高的经济效益。 应该指出的是，在风力资源丰富地区，最好选择风机额定设计风速与当地最佳设计风速相吻合的风力发电机。如能做到这一点无论是从风力机的选择上，还是利用风力资源的经济意义上都有重要的意义。风洞试验证明，风轮的转换功率与风速的立方成正比，也就是说，风速对功率影响最大。例如，在当地最佳设计风速为6m／s的地区，安装一台额定设计风速为8m／s的风力发电机，结果其年额定输出功率只达到原设计输出功率的42％，也就是说，风力发电机额定输出功率较设计值降低了58%。若选用的风力发电机额定设计风速越高，那么其额定功率输出的效果就越加不理想。但也必须指出，风力发电机额定设计风速偏低，其风轮直径、电机相对要增大，整机造价相应也就加大．从制造和产品的经济意义上考虑都是不合算的。 二，小型风力发电执使用的一般要求 目前，小型风力发电机都采用蓄电池贮能，家用电器的用电都由蓄电池提供。所以，用电时总的原则是，蓄电池放电后能及时由风力发电机给以补充。也就是说，蓄电池充入的电量和用电器所需消耗的电量要大致相等(一般以日计算)。下面举一例说明这一问题：某地区使用了一台风力发电机，额定风速输出功率为IOOW,假设，该地区某日相当于额定风速的风力吹刮时数连续为4h，则该风机日输出并贮存到蓄电池里的能量为400Wh。考虑到铅蓄电池的转换效率为70%，则用户用电器实际可利用的能量280Wh。如果该用户使用的电器有： (1)15W灯泡两只，使用4h，耗能为120Wh； (Z)35W电视机一台，使用3h，耗能为105Wh； (3)15W收录机一台，使用4h，耗能为60Wh。
海上风力发电概况
摘要 绿色能源的未来在于大型风力发电场，而大型风电场的未来在海上。本文简要叙述了全球海上风力发电的近况和一些主要国家的发展计划，并介绍了海上风电场的基础结构和吊装方法。 关键词：海上风电；风力发电机组；基础结构；吊装方法。 要旨 このページグリーンエネルギーの未来は大型風力発電場、大型風力発電の未来は海上。本文は簡単に述べた世界の海上風力発電の近況といくつかの主要国の発展計画を紹介した海上風力発電の基礎構造と架設方法。 キーワード海上風力発電、風力発電ユニット；基礎構造；架設方法。
1 引言 1.1 风力发电是近年来世界各国普遍关注的可再生能源开发项目之一，发展速度非常快。1997~2004年，全球风电装机容量平均增长率达26.1%。目前全球风电装机容量已经达到5000万千瓦左右，相当于47座标准核电站。随着风电技术逐渐由陆上延伸到海上，海上风力发电已经成为世界可再生能源发展领域的焦点。 1.2 海上风能的优点 风能资源储量大、环境污染小、不占用耕地;低风切变，低湍流强度——较低的疲劳载荷；高产出：海上风电场对噪音要求较低，可通过增加转动速度及电压来提高电能产出；海上风电场允许单机容量更大的风机，高者可达5MW—10MW 2 海上风能的利用特点 海上风况优于陆地，风流过粗糙的地表或障碍物时，风速的大小和方向都会变化，而海面粗糙度小，离岸10km的海上风速通常比沿岸陆上高约25%；海上风湍流强度小，具有稳定的主导风向，机组承受的疲劳负荷较低，使得风机寿命更长；风切变小，因而塔架可以较短；在海上开发利用风能，受噪声、景观影响、鸟类影响、电磁波干扰等问题的限制较少；海上风电场不占陆上土地，不涉及土地征用等问题，对于人口比较集中，陆地面积相对较小、濒临海洋的国家或地区较适合发展海上风电海上风能的开发利用不会造成大气污染和产生任何有害物质，可减少温室效应气体的排放。 3 海上风电机组的发展 3.1 第一个发展阶段——500~600kW级样机研制 早在上世纪70年代初，一些欧洲国家就提出了利用海上风能发电的想法，到1991~1997年，丹麦、荷兰和瑞典才完成了样机的试制，通过对样机进行的试验，首次获得了海上风力发电机组的工作经验。但从经济观点来看，500~600kW级的风力发电机组和项目规模都显得太小了。因此，丹麦、荷兰等欧洲国家随之开展了新的研究和发展计划。有关部门也开始重新以严肃的态度对待海上风电场的建设工作。 3.2第二个发展阶段——第一代MW级海上商业用风力发电机组的开发 2002年，5 个新的海上风电场的建设，功率为1.5~2MW的风力发电机组向公共
风力发电系统的基本原理(DOC)
风力发电系统的基本原理 一、风力发电的基本原理 风能具有一定的动能，通过风轮机将风能转化为机械能，拖动发电机发电。风力发电的原理是利用风带动风车叶片旋转，再通过增速器将旋转的速度提高来促使发电机发电的。依据目前的风车技术，大约3m/s的微风速度便可以开始 发电。风力发电的原理说起来非 常简单，最简单的风力发电机可 由叶片和发电机两部分构成如 图1-1所示。空气流动的动能作 用在叶轮上，将动能转换成机械 能，从而推动片叶旋转，如果将 叶轮的转轴与发电机的转轴相 连就会带动发电机发出电来。 二、风力发电的特点 （1）可再生的洁净能源 风力发电是一种可再生的洁净能源，不消耗化石资源也不污染环境，这是火力发电所无法比拟的优点。 （2）建设周期短 一个十兆瓦级的风电场建设期不到一年。 （3）装机规模灵活
可根据资金情况决定一次装机规模，有一台资金就可以安装一台投产一台。 （4）可靠性高 把现代高科技应用于风力发电机组使其发电可靠性大大提高，中、大型风力发电机组可靠性从80年代的50%提高到了98%，高于火力发电且机组寿命可达20年。 （5）造价低 从国外建成的风电场看，单位千瓦造价和单位千瓦时电价都低于火力发电，和常规能源发电相比具有竞争力。我国由于中大型风力发电机组全部从国外引进，造价和电价相对比火力发电高，但随着大中型风力发电机组实现国产化、产业化，在不久的将来风力发电的造价和电价都将低于火力发电。 （6）运行维护简单 现代中大型风力发电机的自动化水平很高，完全可以在无人职守的情况下正常工作，只需定期进行必要的维护，不存在火力发电的大修问题。 （7）实际占地面积小 发电机组与监控、变电等建筑仅占火电厂1%的土地，其余场地仍可供农、牧、渔使用。 （8）发电方式多样化 风力发电既可并网运行，也可以和其他能源如柴油发电、太阳能发电、水利发电机组形成互补系统，还可以独立运行，因此对于解决
小型风力发电装置的设计
济源职业技术学院 毕业设计 题目小型风力发电装置的设计 系别机电工程系 专业机电一体化 班级 0803班 袁泉 学号 08010315 指导教师高清冉 日期 2010年11月
设计任务书 设计题目： 小型风力发电装置设计 设计要求： 1、了解小型风力发电装置的基本设计原理和用途。 2、熟悉基本绘图软件的使用方法和技巧。 3、使用Solidworks绘画装配图、零件图。 设计进度要求： 第一周：选择课题，勾勒基本的设计思路 第二周：查找与其有关的资料； 第三周：进行螺旋传动的设计和计算； 第四周：进行发电机的设计； 第五周：绘制草图 第六周：完善初稿及草图使其语言更加简练、布局更加合理； 第七周：整理电子稿； 第八周：再次修改论文，进行答辩 指导教师（签名）：
摘要 风能是一种无污染、可再生的清洁能源。早在公元前200年，人类就开始利用风能了。提水、碾米、磨面及船的助航都有利用风能的记载。自第一次世界大战之后，丹麦仿造飞机的螺旋桨制造二叶和三叶高速风力发电机发电并网使用直至现在，风力发电机经历了近百年的发展里程。20世纪80年代之后，世界工业发达国家率先研究、快速发展了风力发电机，建设了风电场。现在风力发电机制造成本不断下降，已接近水力发电机的水平，制造及使用技术也日趋成熟。20世纪末，世界每年风电装机容量以近20%的增长速度发展，风电现在已成为世界能源中发展最快的能源。如果在总面积0.6%的地方安装上风力发电机，就能提供全部电力消耗的20%，可以关闭供电能力20%的以燃烧煤、重油等碳氢化合物为燃料而排放SO2、CO2和烟尘对大气和地球环境造成污染和破坏的火电场。 在今后10年，风力发电将成为世界各国重点发展的能源之一，风力发电机的制造业也必将成为新兴的机械制造业。也将带动诸如大型钢管、钢板等冶金行业，发电机制造，电器控制，液压机械，复合材料等行业的发展；势必推动蓄电池向大容量、小体积、高效方向发展势必拓宽微机在风力发电机自动控制方面的应用和发展。风力发电机的发展及其拉动的行业发展将成为数以万计的人创造就业机会。可见，发展风力发电机及风力发电对于发展经济，保护环境，有着重要意义。 我国地域辽阔，风能资源丰富，风能储量达25.3亿MW。1991年国家计委实施了“乘风计划”和“光明工程”，为中国全面发展大、中、小型风力发电机及风力发电创造了条件。至2010年，我国在风能资源丰富地区先后建了249个风电场，总装机容量1546MW，已形成一定的风力发电基础及积累了较丰富的风力发电的经
风力发电机结构介绍
风力发电机结构介绍 风力发电机组是由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。该机组通过风力推动叶轮旋转，再通过传动系统增速来达到发电机的转速后来驱动发电机发电，有效的将风能转化成电能。风力发电机组结构示意图如下。 1、叶片 2、变浆轴承 3、主轴 4、机舱吊 5、齿轮箱 6、高速轴制动器 7、发电机 8、轴流风机9、机座10、滑环11、偏航轴承12、偏航驱动13、轮毂系统 各主要组成部分功能简述如下 （1）叶片叶片是吸收风能的单元，用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。叶轮的转动是风作用在叶片上产生的升力导致。由叶片、轮毂、变桨系统组成。每个叶片有一套独立的变桨机构，主动对叶片进行调节。叶片配备雷电保护系统。风机维护时，叶轮可通过锁定销进行锁定。 （2）变浆系统变浆系统通过改变叶片的桨距角，使叶片在不同风速时处于最佳的吸收风能的状态，当风速超过切出风速时，使叶片顺桨刹车。 （3）齿轮箱齿轮箱是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。 （4）发电机发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。明阳1.5s/se机组采用是带滑环三相双馈异步发电机。转子与变频器连接，可向转子回路提供可调频率的电压，输出转速可以在同步转速±30%范围内调节。 （5）偏航系统偏航系统采用主动对风齿轮驱动形式，与控制系统相配合，使叶轮始终处于迎风状态，充分利用风能，提高发电效率。同时提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。 （6）轮毂系统轮毂的作用是将叶片固定在一起，并且承受叶片上传递的各种载荷，然后传递到发电机转动轴上。轮毂结构是3个放射形喇叭口拟合在一起的。 （7）底座总成底座总成主要有底座、下平台总成、内平台总成、机舱梯子等组成。通过偏航轴承与塔架相连，并通过偏航系统带动机舱总成、发电机总成、变浆系统总成。 MY1.5s/se型风电机组主要技术参数如下： （1）机组： 机组额定功率：1500kw
小型风力发电机性能测试
小型风力发电机性能测试 1.2 小型风力机开发背景 近三十年来随着世界资源的过度消耗，人类可用资源日益减少，石油价格不断上涨，世界各地频发石油短缺信号，并且由于化学能源的应用，人类居住环境日益恶化，人类迫切需要一种清洁的持续能源。由于风能取之不尽，用之不竭，不消耗资源，清洁卫生，分布范围广等特点，风能发电成为世界许多国家可持续发展战略的组成部分，由于在过去十年间，风能发电的年增长率达到28%，全球安装总量达到7，400万KW，意味着每年在该领域的投资额达到180亿欧元。2006年，全球风度资金9%投向了中国，总额打16.2亿欧元（约162.7亿元人民币）[1]，中国有望成为全球最大的风力市场。 我国可开发的风力资源十分丰富，东南沿海及其附属岛屿属于风能资源丰富区，这些地区的年有效风能在200W/㎡以上，并且每年有7000——8000h的风速超过3.5m/s。东北、华北和西北北部，黑龙江、吉林东部，辽宁山东半岛的沿海地区，青藏高原北部，东南沿海20-100KM 的内陆地区，海南西部，台湾南北两端及新疆阿拉山等地区风能资源比较丰富，年有效风能在150W/㎡以上，全年有4000h的风速大于3.5m/s。长江、黄河中下游，西北和华北除上述资源丰富地区以外的地区，这类地区分布较广，属于风能资源可利用区[2][3]。 据统计，截止2005年底全国大概还有300万无电户（约1300万无电人口）[4]，其中大部分人口居住在低风区，且居住相对分散，如果采用常规电网来供电，从经济效益上是不可行的，只有采用小型风力发电系统才能解决偏远地区的农、牧、渔民的供电问题。近几年来，各大城市在电力供应紧张时，经常采用拉闸限电的方式来解决电力供应不足的问题，由此给广大居民带来诸多不便，采用小型风力发电机组给居民供电，一方面可用大大缓解供电不足的困难，另一方面，小型风力发电设备属于一次性投资产品，后期维护费用低，可用大大节省家庭用户在电费上的开支。另外，若采用小型风能发电系统给城市路灯供电，给城市供电减少不小负担，由此带来的经济效益十分可观。由此看来小型风力机有着巨大的市场前景。 1.2 风力发电技术介绍 早在几千年前，中国人在明代就开始使用风车带动磨面，灌溉，提盐，直到公元12世纪欧洲才使用风车来磨面和车水[5]。中世纪后荷兰才发明了水平轴风车，并成为著名的风车王国，十九世纪末丹麦人首先研制了世界第一台风力发电机组，建成了世界第一台风力发电站[6]，但是由于当时设计制造的局限性，风力发电发展缓慢，真正意义上的现代风力发电技术发展始于上世纪70年代。 风力发电机是将风能转化为电能的装置，按风能轴的安装位置不同可用将其分为两类：能量驱动链（风轮、主轴、增速箱、发电机）呈水平轴方向称之为水平轴风力机，能量驱动链呈垂直方向称之为垂直轴风力发电机[7]。 1.2.1水平轴风力发电机 水平轴风力发电机是目前国内研究最多、最常见、技术最成熟的一种风力机，水平轴风力发电机的叶片数一般为1-4片，水平轴风力机一般在风速较高时有较高的风能利用率（风能利用率表示风力机从自然风中吸取能量的多少），在大容量风力发电行业应用十分广泛。近些年来水平轴风力机的研究趋势主要集中在变浆距调节和变速恒发电机两方面。 按来流风向分，水平轴风力机分为上风向风力机和下风向风力机，上风向风力机需要加装一个调向装置，使风机和风向始终保持一致，下风向风力机能够自动跟随风向，无需安装调向装置，但是风流过塔架后载流向风轮，塔架会对流向风轮的风产生干扰，从而使分离机的效率下降[8]。水平风力发电机的技术已经非常成熟，在大型风力发电市场应用十分广泛，目前最大的水平轴风力发电机单机容量已经达到5MW。水平风力机叶片尖速比（尖速比表示风力机运行速度的快慢，