小型风力发电机控制器设计(毕业设计)

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1、 小型风力发电控制器设计 1 1 1 引言引言 1 11 1 本课题的意义本课题的意义 1.1.1 1.1.1 风力发电的意义风力发电的意义 随着现代工业的发展和社会的进步，人们对供电持续性和供电量的要求也越来越高。 而煤炭、石油的日趋减少，开发新能源成为当今社会最热门的话题之一。风能作为一种自 然资源，它有取之不尽、清洁无污染等优点，所以被人们称为“绿色资源”受到青睐 1。 利用可再生能源可以节约能源和保护环境， 而风力发电与其它再生能源相比， 更具竞争潜 力，因而发展迅速。我国幅员辽阔，居民分布东多西少。考虑到生活在边远地区的农、牧 民以及沿海地区岛屿上的渔民、 边、 海防哨所、 通讯塔站

2、及微波中继站等居民的用电特点， 用常规电网覆盖他们十分困难，而且也很不经济。因此在我国的许多边远地区，电力短缺 造成经济，文化与教育的严重落后。但由于这些地区一般风力资源比较丰富，因此在这些 地区大力推广小型风力发电机系统的应用也将是一种比较理想的策略 2。 1.1.2 1.1.2 目前户用小型风力发电存在的问题目前户用小型风力发电存在的问题 风力发电是涉及电机、电力电子、电化学、机械、空气动力学、计算机、自动控制、 气象等多种学科的综合课题， 大型风力发电机组发出的电能直接并到电网上， 向电网馈电； 小型风力发电机一般将风力发电机组发出的电能用除能设备储存起来(一般用蓄电池)， 需 要时再提

3、供给负载(可直流供电， 亦可用逆变器变换为交流供给用户)。 常见的独立运行小 型风力发电系统框图如图 1.1 所示 3。 控制器交流负载 蓄电池 逆变器 直流负载 由于风能的随机性和不稳定性以及负载的随时变化使得现有小型风电系统仍然存在 不少问题。 1、效率较低，现有系统一般采用发电机输出直接对蓄电池进行充电，并没有对风电 转换环节进行控制，使得风能利用系数比较低，一般在 0.3 左右。据贝茨理论风能利用系 数的极限值为 0.593，如果控制风力机总是以最佳叶尖速比运行，年发电量可以提 20% 图 1.1 小型风力发电系统框图 小型风力发电控制器设计 2 30%。 2、蓄电池的工作状态不尽合理

4、，使得其寿命短暂，一般两三年就得更换，增加了整 机维护成本， 不合理使用主要是充电方式与蓄电池可接受特性相距甚远。 电池使用寿命短， 则会使得度电成本居高不下，从而使小型风力发电系统难于推广应用。 3、小型风力发电系统中，蓄电池的充电设备均有欠、过压保护装置，如果电压波动 不稳，变化幅度较大，势必会造成这些装置频频动作，对这些保护装置的寿命造成直接的 影响。 4、没有考虑风能变化、负载变化以及蓄电池状态相互之间的关系； 5、小型风力发电系统由于成本的原因，发电机和蓄电池的保护措施比较简单，这就 导致系统的综合可靠性和效率较差，往往达不到设计使用寿命 4。 1.1.3 1.1.3 本课题的重点本课题的重点 现有的小型风力发电系统存在能量转换效率低、 蓄电池使用寿命短、 控制简单和缺乏 完整的系统功率控制等问题。因此提高对蓄电池的充电速度，减少充电损耗，正确地监控 蓄电池状态， 确保蓄电池的正确使用、 延长蓄电池的使用寿命对小型风力发电有着重要意 义。本文研究的目的是在分析现有的小型