离网风力发电系统

1、离网型风力发电系统的设计小组成员：杨赛赛 羌云杰 陆志伟 王永鹏独立运行的风力发电机组，又称为离网型风力发电机组。独立运行的风力发电机组，又称为离网型风力发电机组。典型的典型的离网型风力发电系统示意图如下所示离网型风力发电系统示意图如下所示。 一，风力发电机组1，风轮及风轮轴2，发电机3，机舱4，调速装置5，制动系统6，偏航系统7，塔架二，蓄电池组三，控制装置四，双向逆变器五，耗能负载六，用户负载离网风力发电机组类型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：按照用户类型分类，可以分为以下几种： 用于离网大用户供电的离网风力发电机组。例如：电用于离网大用户供电的离网风力发电机组。例

2、如：电解铝产业解铝产业。 用于村落、农牧场供电用于村落、农牧场供电微小型风力发电机组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23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。几种型号机组的技术参数 产品型号发电机额定转速r/min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kgFD2-1004002253

3、61810028铁氧体永磁交流发电机80FD24-150450226374015028100FD2.1-2004502.137382520028150FD2.5-3004402.537382530042175FD3-500 337382550042钕铁珊永磁交流发电机185FD4-1K 4393825100056285FD5.4-2k 5.439482520001101500FD6.6-3K 6.631048203000110电刷爪级1500FD7-5k 721249405000220电容励磁异步发电机2500FD7-10560100002203000用于户用供电的离

4、网风力发电机组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。 也可以分为直流、交流系统也可以分为直流、交流系统一、直流系统一、直流系统 独立运行的直流风力发电系统 二

5、、交流系统，分如下两种：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 微、小型风力发电机微、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 叶片与风轮叶片与风轮 风轮一般由23 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-风轮轴目前我国的风力发电机的叶片绝大多数是实心玻璃钢(FRP)，极少数是木质FRP蒙皮结构和木材外粘环氧玻璃。叶片横截面形状有3种：平板型、弧板型和流线型。 按照传统的观点，叶片表面应是愈光滑愈好，但是最新的研

6、究发现，在叶片表面某部位，增加局部粗糙度，可以提高叶片的升阻比。在翼型下表面后缘贴粗糙带，增加了翼型的环量和翼型的升阻比，因而提高了叶片的效率。风力机还可以通过叶片上加襟翼来增加功率 调速装置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 侧翼装置侧翼装置 偏心装置（偏心装置（1 1）偏心装置（偏心装置（2 2）调向装置调向装置 尾舵舵轮对风装置 偏航控制系统流程图 发电机发电机直流发电机 永磁发电机 同步交流发电机 异步交流发电机。 塔架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

7、也随之加大。一般由塔管和34根拉索组成, 高度6 m9 m。 蓄电池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。 控制器和逆变器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。 风力发电机与蓄电池系统风力发电机与蓄电池系统 风力发电机组容量的选择与计算 一般说来，户用型独立风力发电系统要满足用户基本的生活用电和小型生产用电。而对村落型来说，用户可能要提出风力发电在系统中的供电比

8、例。机组容量的选择一般遵循以下原则：1.设计者应首先根据用户一年总耗电量来选择风力发电机组的安设计者应首先根据用户一年总耗电量来选择风力发电机组的安装容量装容量2.2.初选的风力发电机组安装容量应通过一年的风电日盈亏变化曲初选的风力发电机组安装容量应通过一年的风电日盈亏变化曲线来验证其容量选择的合理性线来验证其容量选择的合理性3.3.对于户用型独立运行的风力发电系统，可采用风电月均衡法来对于户用型独立运行的风力发电系统，可采用风电月均衡法来验证风力发电机组安装容量是否能满足用户要求，但各月份风验证风力发电机组安装容量是否能满足用户要求，但各月份风电富裕度应基本保持在电富裕度应基本保持在1010

9、以上以上蓄电池组容量选择与计算蓄电池组容量选择与计算1 1、年能量平衡法、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。蓄电池组介绍蓄电池组介绍 22442422bbbbP OH SOPPSOH OPSO 铅酸蓄电池结构一般为：铅酸蓄电池结构一般为：极板极板极板用铅镍合金制成栅架做基板。电解液电解液液体铅酸电池的极板就放在电解液中，这种电池需水平放置使用。电解液还可以被吸附在超细玻璃纤维隔板中，在二氧化硅颗粒中或凝胶中，这类蓄电池倒置也不致漏液，但价格较贵，一般为常规铅酸蓄电池的23倍。隔板隔板为防止电极间短路，在阳极和阴极间常放

10、置隔板，隔板常用木质、微孔橡胶或超细玻璃纤维等制成。蓄电池的容量：蓄电池的容量： 是其储存电荷的能力，用在一定条件下，放电至终止电压的电流与时间的乘积表示: Q=IQ=IT (Ah)T (Ah) 影响蓄电池的容量通常有以下几方面因素：影响蓄电池的容量通常有以下几方面因素：放电率：放电率：放电电流越大，活性物质的利用率越低，因而容量就越小，我们一般以10小时放电率的容量作为蓄电池容量。电解液温度：电解液温度：温度较高时，电解液中离子运动速度加快，渗透能力增强，电池内阻减小，电化学反应加快，因而电池容量增加。 蓄能装置蓄能装置一、一、蓄电池储能蓄电池储能:铅蓄电池电化学特性铅蓄电池电化学特性: :

11、 依据哥来德斯东和特利浦双硫酸化理论依据哥来德斯东和特利浦双硫酸化理论, ,铅酸电池释放化学能的铅酸电池释放化学能的过程放电过程是负极进行氧化，正极进行还原的过程。电池补充化过程放电过程是负极进行氧化，正极进行还原的过程。电池补充化学能充电过程的过程则是负极进行还原，正极进行氧化的过程学能充电过程的过程则是负极进行还原，正极进行氧化的过程。 风力发电系统控制器的分类和基本参数按照控制器的功能特征分类1，简易型控制器 2，自动保护型控制器 3，程序控制型控制器 按照控制器电流输入类型分类1，直流输入型控制器 2，交流输入型控制器 按照控制器对蓄电池组充电调节原理的不同分类1，串联控制器 2，多阶

12、段控制器 3，脉冲控制器 4，脉宽调制（pwm）控制器风力发电机控制器的基本参数控制器的额定输出参数包括：额定功率，额定电流，额定电压，蓄电池的容量等。额定电压应在12v 24v 36v 48v（72v,非优先值）110v 220v中选择。控制器的额定输入参数包括：直流输入电压，交流输入电压，风力发电机组功率等。直流输入电压，交流输入电压应在12v 24v 36v 48v （72v，非优先值）110v 220v 中选择风力发电系统对逆变器的要求1，效率要高2，可靠性要高3，直流输入电压适应范围要宽几种常用的逆变器1，方波逆变器2，阶梯波逆变器3，正弦波逆变器4，组合式三相逆变器5，双向逆变器蓄

13、电池的工作特性蓄电池的工作特性 :1.1.蓄电池的容量蓄电池的容量 充电容量：充电容量： 式中，式中， 为充电电流，为充电电流， 为充电时间。为充电时间。 放电容量：放电容量： 式中，式中， 为充电电流，为充电电流， 为充电时间。为充电时间。0ctccQI dt cIct0dtddQI dt dIdt 蓄电池工作效率：蓄电池工作效率： 放电时能放出的全部电量与充电时充入的全部电量的百分比。3.3.荷电状态（荷电状态（SOCSOC）: : 已充电量与蓄电池额定容量的比值。 放电深度放电深度(DOD):(DOD): 蓄电池放电量与额定容量的比值。蓄电池工作温度影响蓄电池工作温度影响 :蓄电池寿命与

14、温度关系 铅蓄电池工作状态铅蓄电池工作状态 蓄电池具有三种主要的工作状态放电状态、充电状态和浮充状态 蓄电池循环工作状态 离网型风力发电系统的优缺点离网型风力发电系统的优点1，无需燃料费用，由于风力发电系统以风力为动力，不需要燃料，从而免去了购买运输和存储燃料的费用2，初投资低，发电成本低3，耐用。目前绝大多数风力发电机组的生产技术，都是以保证1300h以上的首次无故障时间，3年以内不需大修，运行寿命超过15年。4，扩容灵活。由于离网型风力发电系统额定功率从几百瓦到数十千瓦不等，用户可跟据自己需要，选择和调整系统发电容量大小，且机组安装方便。5，安全。风力发电系统不需要燃料，只要风力发电系统设计合理和安装适当，系统就具有很高的安全性。6，自主供电。离网型风力发电系统具有供电的自主性，灵活性。7，非集中电网。小型分散的风力发电站，可减少公用电网故障给用户带来不良影响和危害。离网型风力发电系统的缺点1，需要储能装置。为了保证系统供电的连续性和稳定性，风力发电系统需使用蓄电池储能，蓄电池增加了系统的成本规模和维护工作量。2，需定期维护检修。风力发电系统旋转运动部件多，定期维护检修的工作量较大。3，系统效率较低。风力机的风能利用率较低，蓄电池组充放电过程有能量损失，加之