獨(dú)立運(yùn)行小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)方案

　一、項(xiàng)目概述
　　1.1 引言
　　能源 、環(huán)境是當(dāng)今人類生存和發(fā)展所要解決的緊迫問題。能源的發(fā)展按照可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略原則，在開發(fā)利用常規(guī)能源的同時(shí)，應(yīng)更加注重開發(fā)利用對生態(tài)有利的新型能源，如風(fēng)能、太陽能、潮汐能、水能等。風(fēng)力發(fā)電由于清潔無污染，施工周期短，投資靈活，占地少，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，已受到世界各國政府的高度重視。中國陸地風(fēng)能資源的理論開發(fā)值為3226 GW，近海風(fēng)能是陸地的3倍，50m高區(qū)域風(fēng)能是l0m高區(qū)域的2倍，風(fēng)能資源十分豐富。因此，風(fēng)力發(fā)電是我國未來能源發(fā)展的一個(gè)重要方向。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，為了保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出穩(wěn)定電能，控制器的合理設(shè)計(jì)是十分重要的。
　　獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于不需要并網(wǎng)發(fā)電，系統(tǒng)輸出必須隨著負(fù)載的變化而變化，由于風(fēng)能的隨機(jī)性和不穩(wěn)定性以及負(fù)載的變化大大地增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。研究控制系統(tǒng)的目的就是盡量保持系統(tǒng)的輸出在我們希望的范圍之內(nèi)。在獨(dú)立運(yùn)行小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中風(fēng)速和負(fù)載作為輸入是不斷變化的，因此系統(tǒng)應(yīng)該通過調(diào)節(jié)來適應(yīng)風(fēng)速變化，滿足負(fù)載需要，并使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行在安全合理的范圍之內(nèi)。
　　1.2 項(xiàng)目背景/選題動機(jī)
　　風(fēng)力發(fā)電由于清潔無污染，施工周期短，投資靈活，占地少，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，已受到世界各國政府的高度重視
　　二、需求分析
　　2.1 功能要求
　　蓄電池是整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)中較薄弱的環(huán)節(jié)而且運(yùn)行周期短，這就給小型風(fēng)電系統(tǒng)的推廣使用造成了一定難度。所以在獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)電系統(tǒng)有不同于其它系統(tǒng)的控制特點(diǎn)，其特殊性表現(xiàn)在：
　?。?）受風(fēng)能的隨機(jī)性和不穩(wěn)定性的影響，需要用電的時(shí)候不一定有風(fēng)，不需要用電的時(shí)候風(fēng)速可能很大，并且捕獲的風(fēng)能大于負(fù)載用電量時(shí)，可能造成風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速過大，導(dǎo)致飛車;電流過大，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過載，燒毀線圈;
　?。?）蓄電池的充電電源來自于風(fēng)力發(fā)電機(jī)，但風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)發(fā)電量是有限的，容易造成低風(fēng)速時(shí)，蓄電池欠充;高風(fēng)速時(shí)，蓄電池過充。
　　對系統(tǒng)的控制應(yīng)達(dá)到以下幾點(diǎn)要求：
　　1、能夠跟蹤最大功率;（風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最大功率跟蹤控制）
　　2、使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率與負(fù)載功率相匹配;
　　3、對蓄電池合理充電，防止過充或過放;（蓄電池組的優(yōu)化控制策略）
　　2.2 性能要求
　　對系統(tǒng)的控制應(yīng)達(dá)到以下幾點(diǎn)要求：
　　1、能夠跟蹤最大功率;（風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最大功率跟蹤控制）
　　2、使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率與負(fù)載功率相匹配;
　　3、對蓄電池合理充電，防止過充或過放;（蓄電池組的優(yōu)化控制策略）
　　三、方案設(shè)計(jì)
　　3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理（除圖片外需有文字介紹）
　　
　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖
　　本文提出的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖2所示，實(shí)現(xiàn)了負(fù)載跟蹤和充放電集成控制。它主要包括風(fēng)力機(jī)、三相永磁同步發(fā)電機(jī)、橋式整流器、DC/DC變換器、蓄電池、逆變器、驅(qū)動電路以及控制系統(tǒng)幾個(gè)組成部分。風(fēng)力機(jī)驅(qū)動永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)電，所發(fā)出的交流電經(jīng)整流后給蓄電池充電或供給負(fù)載;逆變器將蓄電池或斬波器輸出的直流電變換成交流電供負(fù)載使用;DC/DC變換器用來改變風(fēng)力發(fā)電機(jī)的負(fù)載特性，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出功率和控制蓄電池充放電;卸荷負(fù)載用來保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。