独立运行风力发电系统
风力发电系统的拓扑结构
、试论述现有风力发电系统的拓扑结构及各自特点风力发电系统主要有三种运行方式：一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，采用蓄电池进行蓄能；二是风力发电与其他发电方式（如太阳能发电）相结合形成互补发电系统向一个单位或一个村庄或一个海岛供电；三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力。
（一）独立运行的风力发电系统风力发电机组独立运行是一种比较简单的运行方式。
由于风能的不稳定性，需要配置充电装置，最普遍使用的充电装置为蓄电池，当风力发电机在运转时，为用电装置提供电力，同时将多余的电能向蓄电池充电。
根据供电系统的不同可分为直流系统和交流系统。
1、直流系统独立运行的直流风力发电系统为由一个风力机驱动的小型直流发电机经蓄电池蓄能装置想电阻性负载供电。
当风力减小，风力机转速降低，致使直流发电机电压低于蓄电池组电压时，发电机不能对蓄电池充电，而蓄电池却要向发电机反向送电。
为了防止这种情况的发生，在发电机电枢电路与蓄电池组之间装有由逆流继电器控制的动断出点，当直流发电机电压低于蓄电池组电压时，逆流继电器工作断开动断触点，使蓄电池不能向发电机反向供电。
如图1-1所示。
图1-1独立运行的直流风力发电系统2、交流系统如果在蓄电池的正负极两端直接接上直流负载，则构成了一个由交流发电机经整流器组成整流后向蓄电池充电及向直流负载供电的系统。
如图1-2所示。
女口果在蓄电池的正负极接上逆变器，则可向交流负载供电。
如图1-3所示。
图1-2交流发电机向直流负载供电独立运行的风力发电系统特点：结构简单，规模小，但只能向独立的小用户 提供电力。
（二） 互补运行的风力发电系统在互补运行的风力发电系统中，除了有风力发电装置之外，还带有一套备用 的发电系统，经常采用的是柴油机，也有利用太阳能电池。
风力发电机和柴油发 电机构成一个混合系统。
在风力发电机不能提供足够的电力时由柴油机提供备用 的电力，以实现连续、稳定的供电。
风力发电系统的拓扑结构
二、试论述现有风力发电系统的拓扑结构及各自特点。
风力发电系统主要有三种运行方式：一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，采用蓄电池进行蓄能；二是风力发电与其他发电方式（如太阳能发电）相结合形成互补发电系统向一个单位或一个村庄或一个海岛供电；三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力。
（一）独立运行的风力发电系统风力发电机组独立运行是一种比较简单的运行方式。
由于风能的不稳定性，需要配置充电装置，最普遍使用的充电装置为蓄电池，当风力发电机在运转时，为用电装置提供电力，同时将多余的电能向蓄电池充电。
根据供电系统的不同可分为直流系统和交流系统。
1、直流系统独立运行的直流风力发电系统为由一个风力机驱动的小型直流发电机经蓄电池蓄能装置想电阻性负载供电。
当风力减小，风力机转速降低，致使直流发电机电压低于蓄电池组电压时，发电机不能对蓄电池充电，而蓄电池却要向发电机反向送电。
为了防止这种情况的发生，在发电机电枢电路与蓄电池组之间装有由逆流继电器控制的动断出点，当直流发电机电压低于蓄电池组电压时，逆流继电器工作断开动断触点，使蓄电池不能向发电机反向供电。
如图1-1所示。
图1-1 独立运行的直流风力发电系统2、交流系统如果在蓄电池的正负极两端直接接上直流负载，则构成了一个由交流发电机经整流器组成整流后向蓄电池充电及向直流负载供电的系统。
如图1-2所示。
如果在蓄电池的正负极接上逆变器，则可向交流负载供电。
如图1-3所示。
图1-2 交流发电机向直流负载供电图1-3 交流发电机向交流负载供电独立运行的风力发电系统特点：结构简单，规模小，但只能向独立的小用户提供电力。
（二）互补运行的风力发电系统在互补运行的风力发电系统中，除了有风力发电装置之外，还带有一套备用的发电系统，经常采用的是柴油机，也有利用太阳能电池。
风力发电机和柴油发电机构成一个混合系统。
在风力发电机不能提供足够的电力时由柴油机提供备用的电力，以实现连续、稳定的供电。
风力发电的三种运行方式介绍及特点
交流励磁双馈变速恒频风力发电机不仅可以通过控制交流励磁的幅值、相位、频率来实现变速恒频，还可以实现有功、无功功率控制，对电网而言还能起无功补偿的作用。
交流励磁变速恒频双馈发电机系统有如下优点:
·允许原动机在一定范围内变速运行，简化了调整装置，减少了调速时的机械应力。同时使机组控制更加灵活、方便，提高了机组运行效率。
变距调节的缺点是对阵风反应要求灵敏。失速调节型风机由于风的振动引起的功率脉动比较小，而变距调节型风力机则比较大，尤其对于采用变距方式的恒速风力发电机，这种情况更明显，这样不要求风机的变距系统对阵风的响应速度要足够快，才可以减轻此现象。
2 变速恒频风力发电机
变速恒频风力发电机常采用交流励磁双馈型发电机，它的结构类似绕线型感应电机，只是转子绕组上加有滑环和电刷，这样一来，转子的转速与励磁的频率有关，从而，使得双馈型发电机的内部电磁关系既不同于异步发电机又不同于同步发电机，但它却变频控制的功率仅是电机额定容量的一部分，使变频装置体积减小，成本降低，投资减少。
·调节励磁电流幅值，可调节发出的无功功率；调节励磁电流相位，可调节发出的有功功率。应用矢量控制可实现有、无功功率的独立调节。
在风力发电系统中两个主要部件是风力机和发电机。风力机向着变浆距调节技术、发电机向着变速恒频发电技术，这是风力发电技术发展的趋势，也是当今风力发电的核心技术。下面简单介绍这两方面的情况。
1 风力机的变浆距调节
风力机通过叶轮捕获风能，将风能转换为作用在轮毂上的机械转矩。
变距调节方式是通过改变叶片迎风面与纵向旋转轴的夹角，从而影响叶片的受力和阻力，限制大风时风机输出功率的增加，保持输出功率恒定。采用变距调节方式，风机功率输出曲线平滑。在额定风速以下时，控制器将叶片攻角置于零度附近，不做变化，近似等同于定浆距调节。在额定风速以上时，变浆距控制结构发生作用，调节叶片攻角，将输出功率控制在额定值附近。变浆距风力机的起动速度较定浆距风力机低，停机时传递冲击应力相对缓和。正常工作时，主要是采用功率控制，在实际应用中，功率与风速的立方成正比。较小的风速变化会造成较大的风能变化。
风力发电系统的分类及拓扑
并网型风力发电系统
• 2.B型：有限变速 指可变转子电阻的有限变速风力机，如下图所示。
OptiSlipTM，该技术是Vestas公司在20世纪90年代中期 开始使用。使用绕线感应发电机（WRIG）直接并网；同 样需要电容器组进行无功功率补偿，使用软起动器并网。 由于转子电阻可变使得转差率可变，因此系统的功率输出 稳定，可变转子电阻的大小决定动态速度控制的范围。
接三相转差频率变频器实现交流励磁。部分功率变频器用来进行无功
功率补偿。双馈发电机是指，在控制中发电机的定、转子都参与了励
磁，并且定、转子两侧都有能量的馈送。
• 优点：变频器的容量小，更具经济性，动态速度控制范围快一般为同 步转速的-40%~30%。
• 缺点主要是需要使用滑环和需要有电网故障保护，具有齿轮箱，结构 笨重，易出现机械故障。
特点及其拓扑结构
并网型风力发电系统
• C型：变速含部分功率变频器
•
此类型主要指双馈式感应发电机（DFIG），如下图所示。是含
绕线转子感应发电机（WRIG）和转子电路中部分功率变频器（额定
值约为标称发电机功率的30%）。双馈发电机结构类似于三相绕线式
异步感应电机，具有定、转子两套绕组，定子绕组并网，转子绕组外
The end
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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特点及其拓扑结构
并网型风力发电系统
• 4.D型：变速全功率变频器型 • 此类型主要指发电机通过全功率变频器并网的全变速风
力机。发电机主要有绕线转子同步风力发电机（WRSG） 或永磁同步发电机（PMSG），结构图如下图所示。 • 其中一些全变速风力发电机系统省去了齿轮箱，此时需 要直驱多级发电机，其直径较大。
风力发电系统分类：
独立式小型风力发电机及其控制器的研究
二、研究现状
近年来，针对小型永磁风力发电机性能测试技术的研究已经取得了一定的进 展。然而，现有的测试方法大多基于传统风力发电机性能测试技术，未能充分考 虑永磁风力发电机的特性和需求。此外，这些方法往往操作复杂，精度不高，难 以满足实际应用的需求。因此，开发适用于小型永磁风力发电机的性能测试技术 势在必行。
六、结论
本次演示对小型永磁风力发电机性能测试技术进行了深入研究，提出了一种 基于磁势能和风能测量的测试技术方案。实验验证表明，该技术方案具有高精度、 简便快速、稳定性好等优势，具有广泛的应用前景。未来，随着新能源技术的不 断发展，小型永磁风力发电机性能测试技术将在风能领域发挥越来越重要的作用， 推动可再生能源的可持续发展。
2、反馈系统：反馈系统是控制器的重要组成部分，它通过实时监测发电机 的运行状态，为控制器提供必要的信息，以便做出相应的调整。反馈系统通常包 括风速传感器、发电机速度传感器、电力输出传感器等。
3、电力储存和管理：对于独立式小型风力发电机来说，电力储存和管理也 是控制器的重要职责之一。控制器需要确保在风速低或者无风的情况下，电力能 够得到有效的储存和管理，以确保持续供电。
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2、产业规模：我国的小风电机产业规模也在不断扩大。据统计，我国的小 风电机市场规模在过去几年中增长迅速，成为全球最大的小风电机市场之一。
3、政策支持：我国政府对小风电机的发展给予了大力支持。各级政府出台 了一系列优惠政策，如补贴、税收优惠等，以推动小风电机产业的发展。
三、发展趋势
1、技术创新：未来，我国小风电机产业将继续加大技术创新的力度，以提 高产品的性能和竞争力。例如，通过采用新材料、新工艺等，使得小风电机在重 量、体积和噪音等方面都能得到优化。
参考内容
风力发电原理及运行方式
风力发电原理及运行方式
风力发电原理是利用风力转动风轮轴，通过高速旋转的风轮轴带动发电机旋转，将机械能转化为电能。
风力发电通常采用风力发电机来产生电力。
风力发电机的运行方式可以分为以下两种:
单机运行方式
单机运行方式是将单个风力发电机独立运行，直接向电网供电。
这种方式适用于小规模的风力发电系统，如用于家庭或小型企业的电力供应。
并网运行方式
并网运行方式是将多个风力发电机并联连接到电网上，共同向电网供电。
这种方式适用于大规模的风力发电系统，如用于发电容量较大的风电场。
在并网运行方式下，风力发电机的输出功率需要与电网的需求相匹配，以确保电网的稳定运行。
总之，风力发电是一种清洁、可再生的能源，其应用范围广泛。
风力发电的原理是将风能转换为机械能，再通过发电机将机械能转化为电能。
风力发电的运行方式可以根据实际需求选择单机运行或并网运行。
独立运行风力发电最大功率控制器的设计
风力发电系统有哪些设备组成
风力发电系统有哪些设备组成？风力发电机根据应用场合的不同又分为并网型和离网型风力机，离网型风力发电机亦称独立运行风力机是应用在无电网地区的风力机，一般功率较小。
独立运行风力机一般需要与蓄电池和其他控制装置共同组成独立运行风力机发电系统。
这种独立运行系统可以是几千瓦乃至上几十千瓦解决一个村落的供电系统，也可以是几十到几百瓦的小型风力发电机组以解决一家一户的供电，我们这里主要介绍适合我国边远无电地区的小型风力发电机组。
小型风力发电机组一般由下列几部分组成：风轮、发电机、调速和调向机构、停车机构、塔架及拉索等，控制器、蓄电池、逆变器等。
①风轮：小型风力机的风轮大多用2－3个叶片组成，它是把风能转化为机械能的部件。
目前风轮叶片的材质主要有两种。
一种是玻璃钢材料，一般用玻璃丝布和调配好的环氧树脂在模型内手工糊制，在内腔填加一些填充材料，手工糊制适用于不同形状和变截面的叶片但手工制作费工费时，产品质量不易控制。
国外小风机也采用机械化生产等截面叶片，大大提高了叶片生产的效率和产品质量。
②发电机：小型风力发电机一般采用的是永磁式交流发电机，由风轮驱动发电机产生的交流电经过整流后变成可以储存在蓄电池中的直流电。
③调向机构、调速机构和停车机构：为了从风中获取能量，风轮旋转面应垂直于风向，在小型风机中，这一功能靠风力机的尾翼作为调向机构来实现。
同时随着风速的增加，要对风轮的转速有所限制，这是因为一方面过快的转速会对风轮和风力机的其他部件造成损坏，另一方面也需要把发电机的功率输出限定在一定范围内。
由于小型风力机的结构比较简单，目前一般采用叶轮侧偏式调速方式，这种调速机构在风速风向变化转大时容易造成风轮和尾翼的摆动，从而引起风力机的振动。
因此，在风速较大时，特别是蓄电池已经充满的情况，应人工控制风力机停机。
在有的小型风力机中设计有手动刹车机构，另外在实践可采用侧偏停机方式，即在尾翼上固定一软绳，当需要停机时，拉动尾翼，使风轮侧向于风向，从而达到停车的目的。
风力发电的新趋势高效利用风能的方法
风力发电的新趋势高效利用风能的方法风力发电作为一种清洁能源，受到了越来越多的关注和推广。
然而，在长期的发展过程中，风力发电也面临着一些挑战，如不稳定的发电量、不可控的风速等。
为了解决这些问题，科学家和工程师们不断探索新的方法和技术，以实现对风能的高效利用。
本文将介绍一些风力发电的新趋势和高效利用风能的方法。
1. 网络化风力发电系统传统的风力发电系统大多是独立式的，每个风力发电机组都独立运行。
而新趋势则是通过网络化技术将多个风力发电机组连接在一起，形成一个整体化的系统。
这种网络化风力发电系统可以实现发电机组间的互联和协作，提高整体发电效率。
同时，网络化系统还能够更好地平衡发电和供电之间的关系，减少对传统电网的依赖。
2. 风力发电的储能技术由于风能的不稳定性，传统的风力发电系统常常面临断电的问题。
为了解决这一问题，科学家们研发出了多种储能技术，如风能储氢、风能储热、风能储电等。
这些储能技术能够将风能转化为其他形式的能量储存起来，在需求高峰或风速不稳定时释放能量，提供稳定的电力供应。
3. 风力发电的智能化控制系统智能化控制系统可以对风力发电机组的运行状态进行实时监测和控制，提供更加精确和灵活的风能利用方式。
智能化控制系统可以根据风速的变化自动调整发电机组的叶片角度和转速，以最大程度地捕捉风能。
同时，智能化控制系统还可以通过数据分析和预测算法，准确预测风速的变化趋势，进一步提高发电效率。
4. 风力发电的建筑一体化设计建筑一体化设计是将风力发电机组融入到建筑结构中，以实现对风能的高效利用。
这种设计方式不仅可以有效利用城市中的风资源，还能够充分利用建筑本身的结构特点，提高发电效率。
建筑一体化设计还能够美化城市景观，为城市注入新的特色。
5. 风力发电的多元化利用方式除了传统的大型风力发电机组，科学家们还提出了许多新型的风能利用方式。
比如，小型垂直轴风力发电机可以直接安装在建筑物或者家庭中，实现小规模发电。
此外，风力发电还可以与其他能源设施结合，如太阳能板、地热能等，实现多元化的能源利用和综合利用。
发电机的四种运行方式
发电机的四种运行方式
发电机可以通过不同的运行方式来产生电力。
以下是四种常见的发电机运行方式：
1.独立运行：在独立运行方式下，发电机通过燃油或其他能源独立工作，产生电力供应给独立的电力系统或设备。
这种方式适用于无法接入主电网或需要独立供电的场景，如偏远地区、野外工地或紧急备用电源。
2.并网运行：在并网运行方式下，发电机与主电网连接，将所产生的电力注入主电网中。
这种方式常见于大型发电厂和风力、太阳能等可再生能源发电设施，可以向主电网提供稳定的电力，并实现能源互补和分享。
3.反送电运行：在反送电运行方式下，发电机不仅向主电网注入电力，还可以从主电网中获取电力。
这种方式常见于分布式发电系统，例如太阳能光伏系统和风力发电系统。
当发电机产生的电力超过用电需求时，多余的电力可以反送至主电网，以便其他用户使用。
4.备用电源运行：在备用电源运行方式下，发电机作为备用电源，当主电源发生故障或停电时自动启动，提供紧急电力供应。
这种方式常见于医院、数据中心、电信基站和关键设施等对电力供应要求高的场所，确保持续供电和业务不中断。
这些发电机运行方式根据不同的应用需求和场景来选择，以满足电力供应的要求。
需要注意的是，在使用发电机时应遵守相关的安全规定和操作指南，确保安全可靠地运行发电机。
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基于MCU的独立运行风力发电系统研究
千 ｃ 蔼
图 １ 独 立 风 力 发 电 系统 结 构 图
作者简介： 高 平ｆ９０ ）男 ， 江永嘉人 ，０ ６ １８一 浙 ２ ０ 年毕业 于湖南大学 电气与信息工程学 院， 士研究生 ， 方向为电力电子与 电气 传动 硕 研究
ｈ ｔ ：ｗｗｗ ｎ ｐ ｏ ｔ ／ ｐ／ ｓ ｅ ｃｃ ｍ
立 了基 于 ＭＣ 的独 立 运 行 风 力 发 电系 统 控 制 系 统 的硬 件 结构 和 软 件 流 程 。 Ｕ
关 键 词 ： Ｕ； 力 发 电 系统 ： 酸 蓄 电 池 ； 阶 段 充 电 ＭＣ 风 铅 三
中 图 分 类 号 ：Ｋ ３ Ｔ ８
文献标识 （０ ６ ０ — ０ ７ ０ １７ — ５ ８２ ０ ）２ ０ １ — ３
求 。采 用 Ｉ Ｂ Ｇ Ｔ是 因为 可 以采用 Ｐ ＷＭ 的调 制策 略 ，实 现 输 出高质 量 的输 出功 率 。图 １ 所构 建 的独 立 风 力 系统 中 如 果用 户 负载 需要 三 相 输 出 ，则 采 用 三相 桥 式 逆变 器 就 可 以满 足要求 。
统 控制 系统 的硬 件结构 和软件 流程 。
基 于 ＭＣ （ ｉｒ ｏ ｐ ｔｒｕ ｉ）的独立 运 行风 力 发 电系 Ｕ ｍ ｃｏｃ ｍ ｕｅ ｎｔ
将蓄电池的电能变换成用户需要 的恒频 （０Ｈ ） ５ ｚ 及稳压
的交流 电。本 文研 究 的独 立 运行 风 力 发 电 系统 的逆 变 器
通过 由 ＩＢ Ｇ Ｔ构成的功率桥进行调制 ，可实现恒频恒压 的交流 电输出 ，然后 再通过变压器实现 用户 的负载要
由图 １ 见 ，风 力 发 电机 组输 出的 功率 经 过采 用 晶 可
０ 引言
独 立运 行风 力发 电系统 适 用 于远 离公 共 电力 网且风
双馈风力发电机的运行方式
双馈风力发电机的运行方式双馈风力发电机运行方式主要有两种：一种是独立运行的供电系统，也称离网运行；另一种是作为常规电网的电源，与电网并联运行。
由于风能的随机性，独立运行供电系统中一般要配备储能装置，同时配备为储能装置充电的控制器。
而对于并联运行的风力发电系统，只要配上适合的并网控制器，能把风力发电机发出的电送到电网即可。
一、独立运行的风力发电机组1.分类独立运行发电机组按其运行方式所选用的发电机、储能方式和系统总线方式可以划分为很多类型。
目前最常见的是直流总线型和交流总线型两种。
（1）直流总线型独立运行风力发电机组。
直流总线型独立运行风力发电机组由风力发电机、充电控制器、塔架、蓄电池组和直流—交流逆变器（如果系统内有交流负载）等主要部件组成。
风力发电机发出的交流电经充电控制器一方面向直流负载供电或通过逆变器向交流负载供电，同时将多余的电能储存在蓄电池内，以备无风时使用。
所有的发电设备和电控设备都在直流端汇合，成为直流总线。
直流总线是一个很大的汇流排，目前大部分离网独立发电站都采用直流总线。
（2）交流总线型独立运行风力发电机组。
交流总线型独立运行风力发电机组中所有的部件都通过交流总线汇合。
交流总线型独立运行风力发电机组与直流总线型独立运行风力发电机组最大的区别是电控器（充电控制器和逆变器），交流总线型独立运行风力发电机组中最主要的是引入了AC/DC双向逆变器。
当发电设备发电时，可以通过逆变器向蓄电池充电（AC/DC转换），而蓄电池向设备充电时，蓄电池中的直流电通过该逆变器向设备提供交流电（DC/AC转换）。
2.性能指标风力发电机组的主要技术性能指标对风力发电机组的选择十分重要。
常见的离网型风力发电机组在选择性能指标参数时必须重点考虑以下方面：（1）切入风速与切出风速。
在低风速下，风力发电机虽然可以旋转，但由于发电机转子的转速很低，并不能有效地输出电能，当风速上升到切入风速时，风力发电机才能正常工作。
【课件】风力发电系统的分类及拓扑ppt
兰国军 电力系统及其自动化 20111100351
风力发电系统分类：
1.独立型风力发电系统
通常独立型风力发电规模较小，单机容量一般为10kW及以下， 通过蓄电池等储能装置或与其它能源发电技术相结合，用以解决偏远 地区的供电问题。
2.并网型风力发电系统。
指接入电力系统运行且规模较大的风力发电场。单机容量一般在 数百kW及MW。并网运行的风力发电场可以得到大电网的补偿和支撑 ，大功率风电机组并网发电是高效大规模利用风能最经济的方式，是 当今世界利用风能的主要方式。
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（2） 桨距控制型。 优点是可控功率，可控启动和紧急停车。
缺点：高风速时很小的风速变化也会导致很大的输出功率波动。 桨叶调节能补偿份额的缓慢变化，但阵风情况不能补偿。
（3） 主动失速控制型。低风速时桨叶调节类似于桨距控制型风机，高 风速时、使桨叶进入深度失速状态。
优点：能够获得更平稳的有限功率，不会出现桨距控制型风力机 的高功率波动。
• 直驱式永磁同步发电机根据全功率变流器的不同又可分为： （1）不可控整流+DC/DC升压+PWM电压源型逆变器型
DC/DC环节将整流器输出的直流电压提高并保持稳定在合适的 范围内，使得逆变器的输入电压稳定，提高运行效率、减小谐 波。
• （2）背靠背双PWM变流器型
优点：后者中的PWM整流器可同时实现整流和升压，效率较高，通 过电流隔离，机侧和网侧可以实现各自的控制策略。 缺点：全控型器件数量多，控制电路复杂，增加了变流系统成本
特点及其拓扑结构
并网型风力发电系统
• C型：变速含部分功率变频器
•
此类型主要指双馈式感应发电机（DFIG），如下图所示。是含
风力发电原理
风⼒发电原理风能发电的主要形式有三种：⼀是独⽴运⾏；⼆是风⼒发电与其他发电⽅式(如柴油机发电)相结合；三是风⼒并⽹发电。
由于并⽹发电的单机容量⼤、发展潜⼒⼤，故本⽂所指的风电，未经特别说明，均指并⽹发电。
1、⼩型独⽴风⼒发电系统⼩型独⽴风⼒发电系统⼀般不并⽹发电，只能独⽴使⽤，单台装机容量约为100⽡-5千⽡，通常不超过10千⽡。
它的构成为：风⼒发电机＋充电器＋数字逆变器。
风⼒发电机由机头、转体、尾翼、叶⽚组成。
叶⽚⽤来接受风⼒并通过机头转为电能；尾翼使叶⽚始终对着来风的⽅向从⽽获得最⼤的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整⽅向的功能；机头的转⼦是永磁体，定⼦绕组切割磁⼒线产⽣电能。
因风量不稳定，故⼩型风⼒发电机输出的是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。
2、并⽹风⼒发电系统德国、丹麦、西班⽛等国家的企业开发建⽴了评估风⼒资源的测量及计算机模拟系统，发展变桨距控制及失速控制的风⼒机设计理论，采⽤新型风⼒机叶⽚材料及叶⽚翼型，研制出变极、变滑差、变速恒频及低速永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台及多台风⼒发电机组成的机群的⾃动控制技术，从⽽⼤⼤提⾼了风⼒发电的效率及可靠性。
在此基础上，风⼒发电机单机装机容量可以达到600千⽡以上。
不少国家建⽴了众多的中型及⼤型风⼒发电场，并实现了与⼤电⽹的对接。
现代风⼒发电机多为⽔平轴式。
⼀部典型的现代⽔平轴式风⼒发电机包括叶⽚、轮毂(与叶⽚合称叶轮)、机舱罩、齿轮箱、发电机、塔架、基座、控制系统、制动系统、偏航系统、液压装置等。
其⼯作原理是：当风流过叶⽚时，由于空⽓动⼒的效应带动叶轮转动，叶轮透过主轴连结齿轮箱，经过齿轮箱(或增速机)加速后带动发电机发电。
⽬前也有⼚商推出⽆齿轮箱式机组，可降低震动、噪⾳，提⾼发电效率，但成本相对较⾼。
04第四讲小型风力发电机组成-风电-2012
蓄电池的容量用安时（Ah）表示。蓄电池 的电压随着放电逐渐下降，并且在放电后 期电压大幅度下降，所以铅酸蓄电池的电 压在1.4-1.8伏的范围内必须停止使用。
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蓄电池能够多次反复使用，但经过若干次 放电周期后，蓄电池的容量老化到标准值 的80%以下时，便不能继续使用。铅酸蓄电 池的使用寿命为1-20年左右。
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发电机多为低转速永磁同步电机，永 磁材料选用稀土材料，使发电机的效 率达到0.75以上。
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对风装置
图12是一些典型对风装置。采用方法 主要有（a）用尾翼控制对风；（b） 在风力机两侧装有控制方向的小型舵 轮；（c）用专门设计的风向传感器和 伺服电机相结合，多用于大型风力机。
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切向式结构是把磁钢镶嵌在转子磁极中间， 磁钢与磁极固定在隔磁衬套上。磁极由导 磁性能良好的铁磁材料(如软铁等)制成，衬 套由非磁性材料制成(如铝、工程塑料等)， 用以隔断磁极、磁钢与转子的磁通路，减 小漏磁。
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切向式结构是一对磁极的两块磁钢并联，由两块 磁钢向一个气隙提供磁通，这样发电机的气隙磁 密度高，制造出的发电机体积小。切向磁场型式 的转子整体结构比较复杂，除机械加工量比较大 外，它的拼装必须用专用设备，尤其将磁钢镶嵌 到磁极中间要有专用工具。转子拼装好后，在转 子端部将磁钢固定好，以免造成转子(对定子)的 扫膛现象，甚至卡死，发电机烧坏现象。
9
20世纪90年代末，风电机组单机容量不断增 加，叶片长度不断增加，为保证机组的寿 命及安全，要求叶片具有质量轻、强度高 的特点。开始采用碳纤维复合材料(Carbon Fiber)，用该材料制成的叶片具有强度高的 特点，是普通玻璃钢复合材料叶片强度的 两至三倍，所以碳纤维复合材料逐渐应用 到超大型风机叶片中。但是碳纤维复合材 料价格昂贵，用于叶片生产成本太高，所 以影响了它在风力发电领域的应用。
《电力工程基础》习题与解答
《电⼒⼯程基础》习题与解答第⼀章发电⼚概述习题与解答⼀、简答题1、简述⽔⼒发电、⽕⼒发电和风⼒发电的能量转换过程。
答：⽔⼒发电是将⽔流的动能转换为机械能，再将机械能转换为电能的过程。
⽕⼒发电是将燃料的化学能转换为热能，再将热能转换为机械能，然后再将机械能转换为电能的过程。
风⼒发电是将空⽓的动能转换为机械能，再将机械能转换为电能的过程。
2、⽕电⼚按照原动机不同可分哪⼏类⽕电⼚的三⼤主机是什么答：⽕电⼚按照原动机不同可分为汽轮机电⼚、燃⽓轮机电⼚、蒸汽—燃⽓轮机联合循环电⼚。
锅炉、汽轮机、发电机是常规⽕⼒发电⼚的三⼤主机。
3、简述蒸汽动⼒发电⼚的⽣产过程。
答：燃料送⼊锅炉燃烧放出⼤量的热能，锅炉中的⽔吸收热量成为⾼压、⾼温的蒸汽，经管道有控制地送⼊汽轮机，蒸汽在汽轮机内降压降温，其热能转换成汽轮机转轴旋转机械功，⾼速旋转的汽轮机转轴拖动发电机发出电能，电能由升压变压器升压后送⼊电⼒系统，⽽做功后的乏汽（汽轮机的排汽）进⼊凝汽器被冷却⽔冷却，凝结成⽔由给⽔泵重新打回锅炉，如此周⽽复始，不断⽣产出电能。
4、常规燃煤⽕电⼚对环境的污染主要体现在哪些⽅⾯答：主要是烟⽓污染物排放、灰渣排放、废⽔排放，其中烟⽓排放中的粉尘、硫氧化物和氮氧化物经过烟囱排⼊⼤⽓，会给环境造成污染。
5、⽬前⽐较成熟的太阳能发电有哪些形式答：太阳能热发电和太阳能光发电。
6、简述闪蒸地热发电的基本原理。
答：来⾃地热井的热⽔⾸先进⼊减压扩容器，扩容器内维持着⽐热⽔压⼒低的压⼒，因⽽部分热⽔得以闪蒸并将产⽣的蒸汽送往汽轮机膨胀做功。
如地热井⼝流体是湿蒸汽，则先进⼊汽⽔分离器，分离出的蒸汽送往汽轮机做功，分离剩余的⽔再进⼊扩容器（如剩余热⽔直接排放就是汽⽔分离法，热能利⽤不充分），扩容后得到的闪蒸蒸汽也送往汽轮机做功。
7、简述双循环地热发电的基本原理。
答：地下热⽔⽤深井泵加压打到地⾯进⼊蒸发器，加热某种低沸点⼯质，使之变为低沸点⼯质过热蒸汽，然后送⼊汽轮发电机组发电，汽轮机排出的乏汽经凝汽器冷凝成液体，⽤⼯质泵再打回蒸发器重新加热，重复循环使⽤。
风力发电的三种运行方式介绍及特点
风力发电的三种运行方式介绍及特点风力发电有三种运行方式：一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电；二是风力发电与其他发电方式（如柴油机发电）相结合，向一个单位或一个村庄或一个海岛供电；三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力，常常是一处风电场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向。
在风力发电系统中两个主要部件是风力机和发电机。
风力机向着变浆距调节技术、发电机向着变速恒频发电技术，这是风力发电技术发展的趋势，也是当今风力发电的核心技术。
下面简单介绍这两方面的情况。
1 风力机的变浆距调节风力机通过叶轮捕获风能，将风能转换为作用在轮毂上的机械转矩。
变距调节方式是通过改变叶片迎风面与纵向旋转轴的夹角，从而影响叶片的受力和阻力，限制大风时风机输出功率的增加，保持输出功率恒定。
采用变距调节方式，风机功率输出曲线平滑。
在额定风速以下时，控制器将叶片攻角置于零度附近，不做变化，近似等同于定浆距调节。
在额定风速以上时，变浆距控制结构发生作用，调节叶片攻角，将输出功率控制在额定值附近。
变浆距风力机的起动速度较定浆距风力机低，停机时传递冲击应力相对缓和。
正常工作时，主要是采用功率控制，在实际应用中，功率与风速的立方成正比。
较小的风速变化会造成较大的风能变化。
由于变浆距调节风力机受到的冲击较之其它风力机要小得多，可减少材料使用率，降低整体重量。
且变距调节型风力机在低风速时，可使桨叶保持良好的攻角，比失速调节型风力机有更好的能量输出，因此比较适合于平均风速较低的地区安装。
变距调节的另外一个优点是，当风速达到一定值时，失速型风力机必须停机，而变距型风力机可以逐步变化到一个桨叶无负载的全翼展开模式位置，避免停机，增加风力机发电量。
变距调节的缺点是对阵风反应要求灵敏。
失速调节型风机由于风的振动引起的功率脉动比较小，而变距调节型风力机则比较大，尤其对于采用变距方式的恒速风力发电机，这种情况更明显，这样不要求风机的变距系统对阵风的响应速度要足够快，才可以减轻此现象。
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• 小型风力发电系统效率很高； • 有一定科技含量的小系统： 风力发电机＋充电器＋数字 逆变器；
• 风力发电机由机头、转体、 尾翼、叶片组成。每一部分 都很重要；
• 各部分功能为：叶片用来接 受风力并通过机头转为电能； 尾翼使叶片始终对着来风的 方向从而获得最大的风能； 转体能使机头灵活地转动以 实现尾翼调整方向的功能； 机头的转子是永磁体，定子 绕组切割磁力线产生电能。
• 连续最长无效风速小时计算法
• 例如：100W风力发电机组，运行风速3~15m/s，当地风 速小于3m/s共3361h，共计54次，平均62h，其中最长无 效风速102h，根据用户日负荷耗电为0.493kWh，蓄电池 容量为：
• C=ED/(Uηb)=493*(102/24) ÷24÷0.8=109(Ah) • E—日负荷； • D—最长连续无效风速天数； • U—蓄电池电压；
450
450 440
2
2.1 2.5 3
2
3 3 3
6
7 7 7
3
3 3 3
7
8 8 8
40
25 25 25
150
200 300 500
28
28 42 42
铁氧 体永 磁交 流发 电机
80
100
150 175
FD4-1K
4
3
9
3
8
25
1000
56
钕铁 珊永 磁交 流发 电机
185
285
FD5.4-2k
独立运行风力发电系统
独立运行的风力发电机组，又称为离网型风力发电机组。
典型的离网型风力发电系统示意图如下所示。
离网风力发电机组类型
按照用户类型分类，可以分为以下几种： 1、用于离网大用户供电的离网风力发电机组 例如：电解铝产业。 2、用于村落、农牧场供电微小型风力发电机组 目前，我国微小型风力发电机组按额定功率分主要有10 种：100W、150W、200W、300W、500W、1KW、2KW、3KW、 5KW、10KW。型式为2~3叶片，水平轴，上风向，多为永磁低 速发电机，多数为定桨距机组，叶片材料多样，设计寿命15 年。风轮功率系数大约在0.4左右，发电机组的效率在0.8左 右。
• 解：首先，把24个2V/500Ah的蓄电池串联，组成一个 48V/500Ah的电池串。然后再把相同的两组电池串并联。 • 电压：2*24V=48V • 容量：2*500Ah=1000Ah • 总存储能量：48V*1000Ah=48kWh • 共需要2V/500Ah的蓄电池48个。
蓄电池组容量选择与计算
几种型号机组的技术参数
产品型号 发电 机额 定转 速 r/mi n 400 风轮 直径 m 叶片 数 风轮 中心 高m 启动 风速 m/s 额定 风速 m/s 停机 风速 m/s 额定 功率 W 额定 电压 V 配套 发电 机 重量 kg
FD2-100
2
2
5
3
6
18
100
28
FD24-150
FD2.1-200 FD2.5-300 FD3-500
蓄电池的常用术语
1、蓄电池容量
完全充电后放电到规定的终止电压时所能给出的电量。
符号：C 2、放电率 ——以某电流放电到规定的终止电压时所经历的时间 标识：20h、10h、5h、3h、1h、0.5h C20=100A· h 20h放电率 放电电流为5A 例：C=120A· h
启动型，以20h率标定，表示C20 固定型，以10h率标定，表示C10
5.4
32000
110
1500
FD6.6-3K
6.6
3
10
4
8
20
3000
110
电刷 爪级 电容 励磁 异步 发电 机
1500
FD7-5k
7
2
12
4
9
40
5000
220
2500
FD7-10K
1450
7
2
12
4
11.5
60
1000 0
220
3000
微、小型风力发电机
小型风力发电机示意图 1- 风轮 2- 发电机 3- 回转体 4- 调速机构 5- 调 向机构 6-手刹车机构7-塔架8-逆变器9-蓄电池
3、风电盈亏平衡计算法
风电与负荷之间常会处于风电过剩或者短缺的不平衡状 态，即风电盈亏。 例：某村落安装的独立运行风力发电系统，统计出系统 总得短缺容量为 77508kWh，无效风速小时数 3639h，小时最 大短缺容量 76.6kWh ，小时平均缺电电量 21.3kWh ，通常以 小时平均缺电来计算蓄电池容量。计算公式如下：
蓄电池的串并联
1、蓄电池串联 将相同型号的n个蓄电池串联，串联后电压等于他们 各个蓄电池电压之和。 蓄电池容量保持不变。 2、蓄电池并联 将相同型号的n个蓄电池并联，并联后电流等于他们 各个蓄电池电流之和。 蓄电池容量变为单个蓄电池容量的n倍。 例如：某系统需要直流电压48V，蓄电池能够存储电量 48kWh，用一组2V/500Ah的蓄电池如何实现。
离网风力发电系统可以分为直流、交流系统
一、直流系统
独立运行的直流风力发电系统
二、交流系统，分如下两种：
交流发电机向直流负载供电
交流发电机向交流负载供电
叶片与风轮
风轮一般由2～3 个叶片和叶柄、轮毂及风轮轴等组成。
图 风轮的基本结构 1-叶片 2- 叶柄 3-轮毂 4-风轮轴
调速装置
可变桨距调速装置： 下图是美国MOD-0 型大型风力发电机变桨距调速装置
• ηb—蓄电池效率。取0.8。
• 平均连续无效风速小时计算法
• 在统计的无效风速小时数中，将1h的无效风速小时数 删去（如13次），然后以求出的年平均无效小时数作为计 算天数D，依次有： • D=（3361-13） ÷（54-13） ÷24=3.4（天）（一次平均 多少天） • C=493*3.4 ÷24 ÷0.8=87(Ah） • 考虑适当的裕度，蓄电池容量选用90Ah。
2、无效风时能量平衡法 无效风时是指当地风速小于风力发电机组发电运行的风速 的时间。在无效风速时间，机组不发电，负荷只能依靠蓄能装 置提供电能。一旦风力发电机组运行风速确定，当地的无风小 时数便可统计出来。采用无效风速小时数来 选择和 计算蓄电 池容量有两种方法。 •连续最长无效风速小时计算法 •平均连续无效风速小时计算法
侧翼装置
偏心装置
调向装置
尾舵
舵轮对风装置
四、发电机 直流发电机、永磁发电机、同步交流发电机、异步交流发电机 五、塔架 塔架用于支撑发电机和调向机构等。因风速随离地面的高度增 加而增加，塔架越高，风轮单位面积捕捉的风能越多，但造价、安 装费等也随之加大。一般由塔管和3～4根拉索组成, 高度6 m～9 m 六、控制器和逆变器 控制器的功能是控制和显示风力机对蓄电池的充电, 使其不至 于过充放, 以保证正常使用和整个系统的可靠工作。逆变器是把直 流电(12V、24V、36V、48V)变成220V 交流电的装置。 七、蓄电池 多采用汽车用铅酸电瓶, 近年来国内有些厂家也开发出了适用 于风能太阳能应用的专用铅酸蓄电池，在以后章节详细介绍。
1、年能量平衡法 所谓年能量平衡是通过分析风力发电机组一年中的发 电量与负荷耗电量之间的电能平衡关系来确定蓄电池容量。 例如：某户安装 100W 风力发电机组，年发电量 260kWh ， 扣除损耗功率，全年剩余电能约为15kWh。其中1~5月份和 10~12 月份共富余电能 21.4kWh ，而 6~9 月份共亏电能 7kWh 。 蓄电池的功能便是尽量将风电富余的电能存储起来补足亏 电的6~9月份。 已知风力发电机组输出电压24V ，若完全保证 6~9 月份 不中断供电，则配备的蓄电池容量为： C=ΔE/U=7000/24=292（Ah） 选300Ah蓄电池
用于户用供电的离网风力发电机组
离网型户用风力发电机组是指 10kW 以下独立运行的、用蓄 电池储能的小型风力发电机组。
截至 2004 年底 , 我国离网型户用风力发电机组累计产量达 293153 台, 总装机容量为89524.2kW, 预计年发电量约9246万千 瓦时。其中 ,2004 年小型风力发电机组总产量 24756 台 , 装机容 量为 11300kW 。所生产的小型风力发电机组 , 除满足国内用户需 要外, 还出口到欧洲、美洲、东南亚等23个国家和地区。其保有 量、年产量和生产能力均列世界之首。
ΔE—20%裕度用户用电量；U—蓄电池平均放电端电压；
Kc—蓄电池放电率。 考虑适当的裕度，蓄电池容量选用400Ah。
• 分析： • 1、采用年能量平衡法计算简单，但往往结果偏大。尤其 在低风月份，蓄电池会经常处于充电不足的状态，影响寿 命。 • 2、连续无效风时计算法需要提供风速的月变化曲线，对 于户用型独立风力发电系统用户来说是非常困难的。只能 通过一些年平均风速相似的典型分布曲线获取。此方法基 本满足用户需求，有时也会存在蓄电池严重放点后充电不 足。 • 3、风电盈亏平衡法主要用于村落型独立运行风力发电系 统。 • 4、基本负荷连续供电保障小时计算法是一种最简单的计 算法，适用于户用型，也适用于村落型。
C=ΔE/KcU=21.3 ÷0.1 ÷0.44=484(Ah)
ΔE—小时平均缺电量；U—蓄电池平均放电端电压； Kc—蓄电池放电率。 考虑适当的裕度，蓄电池容量选用500Ah。
4、基本负荷连续供电保障小时计算法
由于蓄电池投资大，运行费用高，独立运行发电系统有 时采用基本负荷连续供电保障小时计算法。 例：某用户生活负荷 15.4kWh ，供电端处电压 440V 。考 虑用户用电量的增长，留 20%裕度，即按 18.5kWh 计算。若 保证像基本负荷连续供电8h，计算如下： C=ΔE/KcU=18.5 ÷0.125 ÷0.44=336(Ah)