小型分布式风力发电系统设计及控制技术
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。
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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。
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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AbstractAs environmental issues and fossil energy crises intensify, countries are looking for new alternative energy sources to address energy crises and environmental pollution. Wind energy is just as inexhaustible as renewable energy. Wind power has become a major form of wind energy utilization. The home distributed power generation system consisting of small wind power generation has more prospects in the future. Therefore, research on small household wind power generation systems has many practicalities and values.The household wind power system designed in this paper selects the single-chip STC89C52 to design the system circuit for the control core, and realizes the 24V50Hz AC which is practically used by the battery power inverter for small household appliances. The principle of wind power generation and the necessity of inverter are introduced. The working principle of each module of the designed circuit is analyzed. The schematic diagram of the system and the flow chart of software design are given. The designed household power generation system is economically low and practical.Key Words: Wind Power, Single Chip, Battery,Inverter目录1 绪论 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2 课题的目的和意义 (1)1.3 国内外研究现状 (2)1.4 主要研究的内容 (2)2 风力发电系统设计要求及原理分析 (4)2.1 系统设计的目标 (4)2.2 风力发电原理 (4)2.3 风力发电系统结构及组成 (4)2.4 逆变电路设计原理 (5)2.5 本章小结 (6)3 风力发电系统逆变器方案与硬件设计 (7)3.1 风力发电系统的总体方案设计 (7)3.2 逆变器的设计 (7)3.3 逆变控制单片机选择 (8)3.4 电源模块 (10)3.5 SPWM产生电路 (10)3.6 MOSFET驱动电路 (11)3.7 本章小结 (11)4 逆变器仿真与调试分析 (12)4.1 仿真模型建立 (12)4.2 仿真结果分析 (13)4.3 系统实验测试分析 (14)4.5 本章小结 (16)5 总结与展望 (17)致谢 (18)参考文献 (19)1 绪论1.1 课题研究背景能源是发展国民经济和提高人民生活的重要物质基础，是经济发展的“火车头”，能源已成为制约国民经济发展的重要因素。
小型风力发电机控制器设计(毕业设计)
1 引言1．1本课题的意义1.1.1 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 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]。
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%～30%。
2、蓄电池的工作状态不尽合理，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。
小型风力发电控制系统的设计与实现
小型风力发电控制系统的设计与实现作者：徐玲来源：《数字技术与应用》2010年第12期摘要:本文介绍了小型风力发电系统的基本组成,采用C8051F410单片机作为控制核心,对系统的主电路和外围电路进行了设计;通过软件控制,得到了不同风速和负载条件下的最大功率跟踪控制、负载跟踪控制及蓄电池充放电控制的实验结果,实验结果良好,基本验证了系统软硬件设计的合理性及小型风力发电系统集成控制的可行性。
关键词:风力发电 C8051F410 功率控制中图分类号:TM614 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2010)12-0110-021 系统设计本文提出了小型风力发电系统的硬件电路设计方案,并结合软件算法,实现了此小型风力发电控制系统,该系统主要由风力机模拟器、发电机、控制系统和负载构成。
系统工作原理:直流电动机驱动永磁同步发电机,进而发出的三相交流电经不可控整流桥变为直流电输入给DC/DC变换器;控制器通过检测相关模拟量,产生PWM信号控制DC/DC变换器的占空比,以实现对系统的控制;逆变器将蓄电池和斩波器输出的直流电变成交流电供给交流负载使用。
2 系统硬件电路设计风力发电系统的硬件构成决定了电力变换的效率和系统的成本,因此如何构造硬件结构就显得十分重要。
在进行硬件回路设计的时候,满足性能要求的前提下,应使主回路的结构简单化,从而在提高能量变换效率的同时降低系统成本。
主回路是指从永磁同步发电机发出的电能到达负载和蓄电池所经过的所有电路,主要包括三相不可控整流器和Buck变换器。
系统主电路如图1所示[1]。
系统采用C8051F410为主控制器,它具有上电复位、VDD监视器、看门狗定时器和时钟振荡器,能构成独立工作的片上系统。
FLASH存储器具备在线编程能力,即可以现场更新8051固件。
用户可以通过软件对控制器外设灵活控制,可以关断任何一个或所有外设,以节省系统功耗。
系统设计中,C8051F410单片机共有5路检测信号输入:蓄电池电流和电压、负载输入电流、发电机输出电流和输出电压、一路控制信号输出、Buck变换器的PWM控制信号。
小型并网风力发电系统控制策略
摘要：提出了一种对小风电场适应性强的紧凑型并网风力发电系统。在拓扑上，采用基于开关电容的三相反激式倍压整流电路，并引入储能电路，有效地改善了系统在低风速下的发电效果。在控制策略中，根据大小和电池的速度选择合适的控制方法来实现多个控制目标，包括弱风能收集、风能利用率，提高系统的可扩展的风速范围和延长电池寿命等。同时，阐述了直流母线电压在不同操作条件下的控制方法，并采用了一种简单可靠的基于双向DC-DC变换器的死区控制方法。最后，为了验证系统控制方法的可靠性和实用性，分别在实验室环境和实际小型风电场上对样机进行了测试。
2.2单相逆变器
系统在电网侧采用单相双Buck逆变器，该逆变器无桥臂直通问题，具有较高可靠性。同时，为避免因开关管持续工作所产生的开关损耗和导通损耗降低系统的整体效率，本文系统不允许逆变器向电网取电以维持母线电压恒定，仅当前级变换器能够提供充足能量，并使得母线电压Vbus达到逆变器并网最低要求电压Vgrid-tie时，逆变器起动并开始并网发电；当前级能量不足，使得Vbus＜Vgrid-tie时，逆变器停止工作，系统转为离网运行。
3.3逆变器并网控制策略
目前，用于小型风力发电系统的并网逆变器往往存在一些问题。首先，可以利用的风速范围较小。由于目前的变频器导致风力发电需要削减风速最低工作条件有限，导致输出电网系统受到影响，这将使整个系统的成本影响，小净风机推广受阻的。并网电流控制型逆变器最大功率跟踪控制是小型风力发电系统的关键技术，研究和探讨电流型逆变器的控制策略具有重要意义。（1）电流源逆变器的控制特性。在小规模并网风力发电系统中，对电流源逆变器的控制研究是最重要和最困难的问题之一，并网逆变器的输出电流通常由变频器控制。因此，为了使系统单相并网电流源逆变器实现并网，必须与输出功率相结合，以确定逆变器输出电流幅值的幅值。电网电压直接检测同步信号，跟踪信号作为电网的电流输出，不仅可以使系统的输出电流并网，电网电压信号的跟踪，也可以达到同样的经营阶段，从而使单位功率因数输出可以实现，原理与非常简单的控制策略，可以很方便的实现。（2）电流源换流器并网控制的目标和要求。从小风力发电的角度来看，对并网逆变器的输出电流进行控制，使其能成为一个非常高质量和稳定的正弦波，与电网电压具有相同的频率，从而达到电网单元功率因数。从这个角度来看，小型并网风力发电系统，并网电流型变频器控制实现两方面，首先，要求控制原理，作为干扰，输出功率并网逆变器终端直接连接；第二，和净输出电流逆变器和电网电压应与同频同相。
毕业设计论文：小型风力发电机毕业设计
小型风力发电机毕业设计摘要基于开发风能资源在改善能源结构中的重要意义，本论文对风力发电机的特性作了简要的介绍，且对风力发电机的各种参数和风力机类型作了必要的说明。
在此基础上，对风力发电机的原理和结构作了细致的分析。
首先，对风力发电机的总体机械结构进行了设计，并且设计了限速控制系统。
本课题设计的是一种新型的立式垂直轴小型风力发电机，由风机叶轮、立柱、横梁、变速机构、离合装置和发电机组成。
这种发电机有体积小、噪音小、使用寿命长、价格低的特点，适合在有风能资源地区的楼房顶部，供应家庭用电，例如照明：灯泡,节能灯；家用电器:电视机、收音机、电风扇、洗衣机、电冰箱。
关键词：风力发电限速控制系统小型风力发电机AbstractExploiting wind energy resources is of great significance in improving energy structure. In the discourse，the characters of wind generator are introduced briefly，while parameters and types of wind generators are also narrated. Base on these，the theory and constitution of the wind generator are meticulously analyzed. Firstly，Has carried on the design to wind-driven generator's overall mechanism, And has designed the regulating control system. What I design is one kind of new vertical axis small wind-driven generator, by the air blower impeller, the column, the crossbeam, the gearshift mechanism, the engaging and disengaging gear and the generator is composed. This kind of generator has the volume to be small, the noise is small, the service life is long, the price low characteristic, suits in has the wind energy resources area building crown, the supply family uses electricity, For example illumination: The light bulb, conserves energy the lamp; Domestic electric appliances: Television, radio, electric fan, washer, electric refrigerator.Key words：Wind power generation, Regulating control system, Small wind-driven generator目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................ I I 目录 (III)前言 (1)1 概述 (2)1.1 开发利用风能的动因 (2)1.1.1 经济驱动力 (2)1.1.2 环境驱动力 (3)1.1.3 社会驱动力 (3)1.1.4 技术驱动力 (4)1.2 风力发电的现状 (4)1.2.1 世界风力发电现状 (4)1.2.2 中国风力发电现状 (4)1.3 风力发电展望 (5)2 风力机理论 (7)2.1 基本公式 (7)2.1.1 风能利用系数 (7)2.1.2 风压强 (7)2.1.3 阻力式风力机的最大效率 (7)2.2 工作风速与输出功率 (8)2.2.1 风力发电机的输出效率 (8)2.2.2 工作风速与输出功率 (9)2.2.3 启动风速和额定风速的选定 (9)2.3 风能利用与气象 (12)2.3.1 风的观测对风能利用的意义 (13)2.3.2 风能利用中需要的气象调查 (13)2.4 风的观测 (13)3 风力发电机方案和结构设计 (14)3.1 小型垂直式风力发电机方案设计 (14)3.2 风叶 (15)3.3 行星齿轮加速器设计计算 (16)3.3.1 设计要求 (16)3.3.2 选加速器类型 (16)3.3.3 确定行星轮数和齿数 (17)3.3.4 压力角(α)的选择 (17)3.3.5 齿宽系数的选择 (18)3.3.6 模数选择 (18)3.3.7 预设啮合角 (18)3.3.8 太阳轮与行星轮之间的传动计算 (18)3.3.9 行星轮与内齿轮之间的传动计算 (19)3.3.10 行星排各零件转速及扭矩的计算 (20)3.3.11 行星排上各零件受力分析及计算 (20)3.3.12 行星齿轮传动的强度校核计算 (21)3.4 电磁离合器设计计算 (25)3.4.1 选型 (25)3.4.2 牙嵌式电磁离合器的动作特性 (26)3.4.3 离合器的计算转矩 (26)3.4.4 离合器的外径 (26)3.4.5 离合器牙间的压紧力 (26)3.4.6 线圈槽高度 (27)3.4.7 磁轭底部厚度 (27)总结 (28)致谢 (29)参考文献 (30)前言随着世界工业化进程的不断加快，使得能源消耗逐渐增加，全球工业有害物质的排放量与日俱增，从而造成气候异常、灾害增多、恶性疾病的多发。
小型风力发电控制系统的设计与实现
文章 编 号 ： Ｏ ７ ９ １ （ ０ ０ １ －０ １ — ２ ｌ Ｏ — ４ ２ １ ） ｌ ０ ０ ６ ２
路 的 结构 简 单 化 ， 而在 提 高 能量 变换 效率 从 的同 时降 低 系统 成 本 。 回路 是 指 从永 磁 同 主 步 发 电机 发 出 的 电能 到 达 负 载 和 蓄 电池所 经 过 的昕 有 电路 ， 主要 包 括三 相 不 可控 整流 器和 Ｂ ｃ 变换器 。 ｕｋ 系统 主 电路如 图ｌ 所示 …。 系统 采 用 Ｃ８ ５ｌ ｌ 为 主控 制 器 ， 具 ０ Ｆ４ Ｏ 它 有上 电复 位 、 ＶＤＤ监 视 器 、 门狗 定 时器 和 看 时钟 振 荡器 ， 能构成 独立 工 作 的片上 系统 。 Ｆ Ｌ Ｓ Ａ Ｈ存储 器 具 备 在 线 编程 能力 ， 即可 以现
１ 系统设计
本 文 提 出 了小 型 风力 发 电 系 统 的硬 件 电路 设 计 方 案 ， 结 合软 件 算法 ， 现 了 此 并 实 小 型 风力 发 电控 制 系统 ， 系统 主 要 由风 力 该 机模 拟器 、 电机 、 制系统 和 负 载丰 成 。 发 控 句 系统 ］ 作 原理 ： 流 电动 机驱 动 永 磁 同 － 直 步 发 电机 ， 进而 发 出 的三相 交流 电经 不可 控 整 流桥 变为 直流 电输 入 给 Ｄｃ／ ＤＣ变 换 器 ； 控 制器 通 过检 测相 关模 拟 量 ， 生ＰＷ Ｍ信 产
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学 术论 坛 ・
小型风 力发 电控制 系统的设计 与实现
徐 玲ｌ ＇ （ ． 军航 空工程 学 院 山 东烟 台 ２ ４ ０ １海 ６ ０ ０；２． 台工 程职 业 技 术 学 院机 电工 程 系 山 东 烟 台 烟 ２４０） ６ ０ ６
小型风力发电机组研制技术方案
小型风力发电机系统的控制—提高风能利用率的解决方案摘要：介绍了一种由风力机、永磁同步发电机以及交-直-交变换器组成的小功率的直驱式风力发电系统。
提出了两种改进型的直驱式风力发电系统。
设计了Boost变换器、逆变器的控制电路，并利用Matlab／Simulink软件平台进行了系统仿真。
通过对该系统控制方法的研究，使系统能够实现达到最大限度地利用风能。
关键词：1 引言风能是一种干净的、储量极为丰富的可再生能源，它不会随着其本身的转化和利用而减少，可以说是一种取之不尽用之不竭的能源，而且在风能转换为电能的过程中，没有给大气造成任何污染，所以大规模发展风力发电是解决我国能源和电力短缺最现实的战略选择之一。
据中国气象局的统计和计算，我国风能丰富区占全国面积的8%，风能较丰富区占全国面积的18%，风能可利用区占全国面积的50%，其中风能可利用区风速大于6m/s的年累计小时数为1500-3500，而风速大于3m/s的年累计小时数为4000-20000。
而目前小功率风能发电设备采用直接驱动方式，实际使用中只有在风速大于6m/s时才能正常发电，因此无法有效利用我国广大的低风速资源。
为此，必须对风力发电设备进行合理地控制以提高风能利用率。
本文提出一种基于buck-boost电路的改进型直接驱动式风力发电系统，根据风速的变化对发电机的输出功率及风叶转速进行控制，使风叶叶轮在较大风速变化区间内平稳运转从而正常发电，最大限度的利用风能。
1 系统结构直驱式风力发电系统主要是由于其采用了低速永磁同步发电机以及直驱式的结构。
图1所示为风力发电系统的拓扑结构，该系统采用永磁同步发电机与风力机直接耦合，为了解决同步发电机转速和电网频率之间的刚性耦合，在发电机和电网间使用了变频器。
图1 小型风力发电系统结构随着风速变化发电机的输出电压会激烈波动，这会影响风力发电机的最大功率输出，在低风速时，由于发电机输出的电压偏低，不能保证有功功率流向电网或负载，使母线电压下降；在高风速时，发电机输出电压偏高，直流侧输入功率大于交流侧输出功率时，多余的能量会存储在母线电容中从而使母线电压升高。
5kW的小型独立运行的风力发电系统设计
5kW的小型独立运行的风力发电系统设计一、风力发电的原理和特点原理：风力发电是利用风能来发电，而风力发电机组是将风能转化为电能的机械。
风轮是风电机组最主要的部件，由桨叶和轮毂组成。
桨叶具有良好的动力外形，在气流的作用下能产生空气动力是风轮旋转，将风能转化为机械能，再通过齿轮箱增速驱动发电机，将机械能转化电能。
然后在依据具体要求需要，通过适当的变换将其存储为化学能或者并网或者直接为负载供电。
特点：1、可再生，且清洁无污染。
2、风速随时变化，风电机组承受着十分恶劣的交变载荷。
3、风电的不稳定性会给电网或负载带来一定的冲击影响。
风力发电系统一般由叶轮、发电机及齿轮箱(在直驱系统中已省去齿轮箱)、整流器、直流环节、逆变器等组成3、装机容量的计算：1.负载用电情况的计算负载功率：5kW；日总耗电量：5 kW×6h=30kWh；月总耗电量：30kWh×30=900kWh；年总耗电量：900kWh×12=10800kWh二.风力发电机组的选型风力机一般分为水平轴和垂直轴两种，垂直轴的风力机主要缺点是转矩脉动大，在遇到强风时不易调速。
现在的风力机主要是水平轴螺旋桨推进器型的。
水平轴风力机主要由风轮、回转体、调速机构、调向机构、手刹车机构、增速齿轮箱、发电机、塔架等部件所组成。
风轮由气动性能优异的叶片装在轮毂上所组成，风轮采用定桨距或变桨距两种，小型风力机以定桨距居多。
这里采用水平轴定桨距的。
1、产品介绍:5kw小型风力发电机系统，家用FD5.0-5000W加工定制：是型号：FD5.0-5000w额定功率：5000（W）W输出电压：220（V）风轮直径：5（m）m叶片数目：3片额定风速：8（m/s）m/s产品认证：CE额定转速：220转/分钟启动风速：3m/sm/s塔架类型：拉锁塔架2、产品特点:1）、起动风速低，风能利用率高；体积小，外型美观、运行振动低。
2）、安装采用人性化设计，方便设备安装、维护和检修。
小型并网风力发电系统控制策略
小型并网风力发电系统控制策略天津大学智能电网教育部重点实验室的研究人员杨良、王议锋、孟准，在2017年第10期《电工技术学报》上撰文，提出一种对小型风场具有高度适应性的小型并网风力发电系统。
在拓扑结构上，该系统采用一种基于开关电容的三相反激式倍压整流电路并引入储能回路，有效地改善了系统在低风速工况下的发电效果。
在控制策略上，根据不同的风速大小以及电池组荷电状态选择相应的控制方法以实现多个控制目标，包括收集微弱风能、提高系统风能利用率、拓宽可利用风>速范围以及延长电池寿命等。
同时，阐述了系统在不同工况下对直流母线电压的控制方法，并基于双向DC-DC变换器采用了一种简单可靠的死区控制方法。
最后，为验证系统控制方法的可靠性和实用性，分别在实验室环境和真实小型风场中对样机进行了测试。
相比技术较为成熟的大、中型风力发电，小型风力发电具有安装维护简便、成本低廉、装机容量灵活可调、对电网冲击较小等优点，非常适合作为辅助电源应用于城市建筑楼顶或山区、海岛等主网难以覆盖的区域，具有较高研究价值[1-3]。
与此同时，小型风电系统所处风场往往存在平均风能偏低、波动性强等问题，限制了其广泛应用。
图1是国家气象局网站提供的2015年国内各城市的年平均风速统计图表。
可知，各地区风场平均风速偏低，甚至达不到大多数现有小型风电系统风机的起动风速（一般为2～3m/s），给系统设计增加了难度。
图1 2015年我国部分城市年平均风速为应对此问题，一些学者倾向于采用离网运行的小型风力发电系统，并在传统“三相不控整流器—Buck电路—负载”的系统结构上研究先进的控制算法[4,5]。
这些工作虽然已取得了一定成果，但考虑到离网系统负载形式单一、可选择范围狭窄等问题，其应用范围依然有限。
另一些学者对小型并网风力发电系统进行了研究，基于“三相不控整流器—Boost电路—逆变器”或“PWM背靠背”的系统结构，仍然侧重于研究最大功率点跟踪（Maxium PowerPoint Tracking, MPPT）、动态响应以及高风速保护等控制策略[6-8]。
小型风力发电系统的研究和设计刘宇分析
小型风力发电系统的研究和设计院系专业班级学号姓名2014年11月11号摘要本文主要研究的是20KW主动偏航变桨的风力发电机,釆用工控机为主控制器,对控制系统分模块进行控制。
核心控制包括三大部分,偏航控制,变桨控制,以及功率控制。
偏航控制和变桨控制实现风力发电机的最大风能捕捉,功率控制用变流器来完成,实现额定功率前的最大功率追踪,以及将主发电机发出电能变换成和电网匹配的电能。
本文首先阐述了风力发电的意义以及国内外风力发电的现状,然后分析了风力发电的原理以及对小型风力发电机做了简介。
然后就小型风力发电机三大核心控制,包括偏航控制,变桨控制和功率控制,分别做了重点分析研究。
其中,偏航控制采用风向标控制方式。
变桨控制采用变桨距控制方式。
功率控制采用双/>—变流器,网侧变流器采用电压定向控制策略,稳定了机侧和网侧中间直流母线的电压,控制了输送到电网上电能的功率因素。
机侧变流器采用矢量控制策略,实现了最大转矩控制,保证了额定功率前的最大功率追踪。
接下来,本文还介绍了利用实验测试平台对整机做风力发电的调试,并且给出和分析了实验数据,描述了调试过程中遇到的问题和解决措施。
本文还介绍了风力发电机的现场调试,记录和分析了数据,描述了调试过程中遇到的问题和解决措施。
通过调试发现,风力发电机的偏航控制系统和变桨控制系统能稳定快速地运行,功率控制能有效地保证高质量的电能输出。
最后,本文还指出了一些需要改进的地方,对小型风力发电机做了一些展望。
由于风力发电有着巨大的经济意义。
作者希望通过小型风力发电系统的研究和设计, 来完善小型风力发电事业,为小型风力发电事业的发展做出一份贡献。
关键词:风力发电;工控机;偏航控制;变桨控制;功率控制目录1.1风力发电研究的背景和意义 6 1.2国内外现状7 1.3小型风力发电机简介7 1.3.1小型风力发电机的分类 7 1.3.2风力发电机组的运行方式8 1.3.3风力主发电机的控制技术9 1.3.4流行的小型风力发电机类型10 1.3.5 电力电子技术11 1.4课题的来源12 1.5论文的研究思路13 1.6 论文的主要内容13 1.7 本章小结13 2风力发电机理论分析以及总方案设计142.1 理论分析14 2.1.1 风能利用系数14 2.1.2 贝茨理论15 2.1.3叶尖速比16 2.1.4 MPPT 控制16 2.2小型风力发电机总方案设计17 2.2.1小型风力发电机整体构成17 2.2.2控制系统的选择18 2.2.3风机核心控制策略19 2.3 本章小结193 最大风能捕捉19 3.1 偏航控制20 3.1.1 偏航控制简介20 3.1.2偏航控制分类20 3.1.3偏航控制方案21 3.1.4偏航控制系统整体设22 3.1.5偏航控制系统硬件22 3.1.6偏航控制系统软件设计23 3.2变桨控制23 3.2.1变桨控制简介24 3.2.2变桨控制分类24 3.2.3变桨控制方案25 3.2.4变桨控制系统整体设计27 3.2.5变桨控制系统硬件28 3.2.6变桨控制系统软件设计293.3 本章小结304 功率控制31 4.1变流器简介31 4.2变流器拓扑结构31 4.2.1不控整流型变流器31 4.2.2可控整流型变流器32 4.3 网侧变流器控制33 4.3.1网侧变流器控制策略33 4.3.2网侧变流器建模34 4.3.3 电压定向控制实现364.4机侧变流器控制42 4.4.1机侧变流器控制策略42 4.4.2发电机建模43 4.4.3 矢量控制实现44 4.5 功率控制方案46 4.6功率控制的软件设计47 4.7本章小结49 5平台调试以及现场调试505.1 平台调试50 5.1.1平台调试简介50 5.1.2 平台调试心得52 5.2现场调试53 5.2.1现场调试简介53 5.2.2 现场调试心得55 5.3 本章小结56 6结论与展望57 参考文献591绪论1.1风力发电研究的背景和意义风能和水能,太阳能一样,都是洁净的可再生能源。
小型风力发电系统的能量控制研究的开题报告
小型风力发电系统的能量控制研究的开题报告一、研究背景：随着节能环保理念的不断提高和新能源技术的发展，小型风力发电系统的应用越来越广泛。
小型风力发电系统是以风能为能源，通过风轮运动驱动发电机发电，通过逆变器将发电机输出的交流电转换为直流电，并通过电池存储电能，达到供电的目的。
在小型风力发电系统中，能量控制是影响其稳定性、经济性和实用性的关键因素，因此开展此项研究对小型风力发电系统的推广和应用意义重大。
二、研究目的：本研究旨在探讨小型风力发电系统能量控制的方法和技术，对其进行优化，提高其经济性、稳定性和实用性，为其广泛应用提供理论基础。
三、研究内容：1. 小型风力发电系统的构成及工作原理介绍。
2. 小型风力发电系统能量控制的现状和存在问题分析。
3. 小型风力发电系统能量控制的方法和技术研究。
4. 基于功率控制的小型风力发电系统的能量控制实验研究。
5. 小型风力发电系统能量控制系统的优化设计。
四、研究方法：1. 理论研究法：通过文献调研和资料梳理，深入了解小型风力发电系统的能量控制方法和技术现状，发现其存在的问题和瓶颈。
2. 实验研究法：利用仿真软件和实验室设备，对小型风力发电系统的能量控制方法进行验证和优化。
3. 经济分析法：对小型风力发电系统的能量控制方法进行经济分析，评价其经济性和可行性。
五、研究意义：1. 推广小型风力发电系统的应用。
2. 提高小型风力发电系统的经济性和实用性。
3. 促进可再生能源的普及和发展。
四、研究进度：1. 小型风力发电系统的构成及工作原理介绍正在进行中。
2. 小型风力发电系统能量控制的现状和存在问题分析正在进行中。
3. 小型风力发电系统能量控制的方法和技术研究正在进行中。
4. 基于功率控制的小型风力发电系统的能量控制实验研究计划进行。
5. 小型风力发电系统能量控制系统的优化设计计划进行。
六、预期成果：1. 对小型风力发电系统的能量控制方法和技术进行深入研究，掌握其现状、存在的问题及解决方法等。
小型风力发电系统控制逆变器的设计
小型风力发电系统控制逆变器的设计引言随着全球经济的飞速发展，人类对能源的需求越来越多。
而地球不可再生能源，如石油、煤炭等，随着过量开发利用也日趋短缺，并造成了较为严重的污染。
为此，研究和开发洁净可再生能源(如太阳能、风能等)已提到议事日程。
可以预计：可再生能源大规模应用将是21世纪人类社会发展进步的一个重要标志。
然而，要实现这一目标，首先必须完成可再生能源由补充能源向替代能源过渡，即使可再生能源由边远无电地区的独立供电向有电地区的常规并网用电方向发展，这将大大提高可再生能源的利用率。
可见，能源危机和环境保护问题困扰世界的同时也给诸多科技领域施加了动力并提供了广阔的市场。
其中电气工程专业首当其冲。
电力电子技术、自动控制技术和微电子技术等相结合进行技术创新，可以实现对可再生能源向电能的最佳转换和最优控制，以取得可观的经济和社会效益。
在众多的可再生能源中，风能以其巨大的优越性和发展潜力受到人们的青睐。
风力发电具有建设周期短、装机规模灵活、不消耗燃料、不污染环境、不淹没土地等优点，被世界各国优先采用。
目前在多种可再生能源中对风能的利用在技术上最成熟，已具有同燃油、燃煤、核电等发电技术相竞争的技术经济性。
风力机的单机容量越来越大，制造成本不断降低，商业化机组已有10余年良好运行的记录对风力机的设备配套技术也日益完善，商业性风力发电场均己形成了相当的规模和经济效益。
第一章逆变器的基本概念及原理1.1风力发电系统的结构与工作原理风力发电系统一般由叶轮、发电机及齿轮箱(在直驱系统中已省去齿轮箱)、整流器、直流环节、逆变器等组成成。
系统的典型结构如图所示.图1-1 风力发电系统的典型结构图中，叶轮的作用是捕捉风能，并将之转化为机械能；发电机则将机械能转化为电能；整流器将发电机的交流电转化为直流电；逆变器将直流电转化为与电网电压同频率、同相位的交流电，然后通过变压器馈人电网。
1.2整流器的概念及原理通常，我们把交流电能变换成直流电能的过程称之为整流，把完成整流功能的电路称之为整流电路，把实现整流过程的装置称之为整流设备或整流器。
毕业论文设计小型风力供电系统设计说明
.本科毕业设计说明书（中文题目:小型风力供电系统的设计学生姓名：学院：电力学院系别：自动化专业：自动化班级：自动化07-2指导教师：摘要风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到人们的重视，风力发电也逐渐成为了时下的产业。
本论文详细阐明了小型独立风力供电系统的设计方案，对风力发电机进行了简单的介绍和对蓄电池的充、放电做了深入的研究。
本文的题目是小型风力供电系统的设计，要可以在连续两天无风的情况下持续提供10w的12v的直流电，并有缺电报警和输出保护功能。
本文提出的解决方案为，风力发电机发出的电，通过DC—DC变换为需要的标准直流电，并且考虑到风力的不稳定性，在系统中并入蓄电池组，通过控制电路的监控实现系统的控制，保证系统在风能充足时可蓄能，在两天无风时可以连续为负载供电。
系统的运行状况主要采用单片机控制。
本论文的重点在于控制电路的设计，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：发电机、DC-DC变换、蓄电池、单片机AbstractAs a clean and renewable energy, Wind power has aroused more and more attention and gradually become a sunrise industry nowadays。
This paper spells out the small independent wind power system design, wind generators on a simple presentation and the battery charge and discharge depth study done。
This topic is small-scale wind power system design, requirements for two consecutive days in the case of no wind continues to provide the 12v 10w DC, and lack of electricity and output protection alarms，The proposed solution, given the power of wind generator, through the DC-DC conversion for the required standard DC，And taking into account the instability of the wind adding batteries in the system , control circuit monitoring and control by the control system to ensure the system can be sufficient in wind energy storage, in the days when no wind is a continuous load.。
小型风力发电的潜力
小型风力发电的潜力随着全球对可再生能源需求的日益增长，风能作为一种清洁高效的能源形式，其开发利用逐渐引起了关注。
在众多风能利用方式中，小型风力发电以其灵活性和高效能在偏远地区、家庭和小型企业中展现出良好的应用前景。
本文将探讨小型风力发电的技术原理、发展现状、应用案例及未来潜力。
一、小型风力发电的技术原理小型风力发电系统通常是指额定功率在100千瓦以下的风力发电设备。
其基本原理是通过风轮捕捉风能，旋转所带动的发电机产生电能。
具体过程中，风能转化为机械能的流程如下：风轮捕捉风能：当风吹过风轮叶片时，静止的空气分子碰撞并推动叶片旋转。
根据空气动力学原理，叶片的设计通常采用攻角和形状优化，使得其能够最大限度地获取风能。
机械能转化为电能：旋转的风轮通过轴连接到发电机，机械运动驱动发电机内的磁场变化，从而实现机械能向电能的转化。
电能输出与储存：产生的电能通过逆变器转换为交流电后，可直接供给用户使用，也可以存储于蓄电池，以备不时之需。
这种技术体量小、安装灵活、需求响应迅速，使得小型风力发电在能源结构中逐渐占据重要地位。
二、小型风力发电的发展现状目前全球范围内，小型风力发电行业仍处于不断发展之中。
根据国际可再生能源署（IRENA）的统计数据，到2022年，小型风力发电装机容量已超过500万千瓦。
这一数字显示了市场需求强劲，但相较于大型风力发电市场，尚有巨大的拓展空间。
1. 市场应用情况在家庭以及小型企业中，小型风力发电主要被用于供给家庭日常用电、灌溉系统、远程监控设备等。
例如，一些农民利用小型风机为灌溉系统提供能量，不仅提升了生产效率，还降低了用水成本。
同时，在某些偏远地区，由于缺乏稳定的供电网络，小型风力发电成为当地居民获得清洁能源的重要选择。
2. 技术进步与创新近年来，小型风力发电技术也在不断进步。
比如智能化控制系统的应用，实现了对实时气象数据的监测以及对设备运行状态的远程监控。
这不仅提高了系统运行效率，也显著延长了设备使用寿命。
小型风力发电系统设计论文(正式)
实验装置由PVC材料制成，总有效容积为SL。待处理的废水进入反应器后，与悬浮于水中的二氧化钦微粒相混合，在高压汞灯的照射下，发生降解作用，通过抽吸泵的抽吸，使中空纤维膜内形成负压，在压差作用下，降解后的水进入中空纤维膜内，经两侧收集管汇集后经抽吸泵出水，而二氧化钛微料则被滤膜挡住，留在反应器中。
2.2
水平轴风力机主要由风轮、塔架、对风装置、齿轮箱组成，整体结构如图2—2所示：
（1）风轮：由1~3个叶片组成，这是吸收风能的主要部件。当风轮旋转时，叶片受到离心力和气动力的作用，离心力对叶片是一个拉力，而气动力使叶片弯曲。当风速高于风力机的设计风速时，为防止叶片损坏，需对风轮进行控制，控制风轮有三种方法：a，使风轮偏离主方向；b，改变叶片角度；利用扰流器，产生阻力，以降低风轮转速。
2、市场方面。我国小型风力发电产业目前的市场规模过小，不少企业处于作坊式的生产状态，成本居高不下;市场规模小也导致相关大中型专业配套企业没有兴趣为其提供零部件配套供应。此外，产业缺乏有效的投融资体制，企业资金缺乏，成为企业发展的瓶颈;
3、电价方面。我国的电价由国家管理，出于历史的、政治的和经济上的全方位
近年来，我国的小型风力发电产业已经从解决农村无电为主向城市街道照明和移动通信独立电源等工业应用方向发展，并得到了快速发展，新的应用领域还在不断拓展，年产量也在逐年增加。但是，我国小型风力发电产业仍面临着各方面的问题：
1、自身方面。虽然我国的小型风力发电产业起步较早，和国际上的差距不是很大。但是在某些方面仍存在问题，如叶片、风轮、发电机和控制器的设计水平有待提高;塔架、地基的制作水平需要改进;外观和包装需要美化和完善，此外，企业的研发能力弱，设备的检测和认证程序缺乏，产品的质量差异很大，产业缺乏有效的产品质量监管，劣质产品的低价倾销严重干扰了产业市场的正常经营