离网风力发电系统的应用设计实例

一、任务导入

我国还有很多远离电网的农村、牧区、边防连队、海岛驻军等地方使用柴或汽油发电机组供电，发电成本相当高，而这些地方大部分处在风力资源丰富地区。通过采用风力发电机组供电，节约了燃料和资源，同时还减少了对环境的污染，一举多得，有着十分显著的经济效益和社会效益。

如何选择一台真正适合本地区使用的小型风力发电机进行风力发电呢？

二、相关知识

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的应用。

学习情境离网风力发电系统的设计方法

根据安装地点的风能资源情况，以及用户的用电负荷和用电要求，合理选配小型风力发电机组的类型和配置，以获得最佳效益是离网风力发电系统的设计要求。

（一）风力发电设计应注意的问题

1．风力发电系统应用环境的分类

为了使风力发电系统适应不同的使用环境，降低因为环境原因造成的风力发电机组故障，将风力发电系统的使用环境分成3类。根据不同环境的实际需要选择相适应的产品。

I类地区：沿海地区。抗风能力强，风力发电机在承受60m/s风速时，不至于损坏；耐腐蚀，要求在沿海地区耐腐蚀年限为10年。

Ⅱ类：高寒、高海拔地区。要求可以适应低温环境；适应高海拔低气压环境。

Ⅲ类：沙漠、戈壁地区。要求可以适应高温酷热环境；适应沙尘天气。

I类地区风力发电机的安全风速不小于60m/s；Ⅱ类和Ⅲ类地区机组的安全风速不小于50m/s。风力发电机的启动风速和额定风速应根据年平均风速频率分布图来确定，无年平均风速频率分布图时，应根据平均风速最低月份确定。风力发电机的噪声应不高于70dB。

2．影响风力发电系统设计的因素

由于风力资源随地点而变，因此即使在很相近的两个地点，风力资源特性也不会相同，因此，对于任何风光互补发电项目，必须进行实地短期风力测量、长期风力资源预测、风流模拟计算和发电量估算等。

如果需要安装超过一台风力发电机，每台风力发电机在特定风向下部可能成为其他风力发电机的障碍物，造成尾流效应。风电场总发电量估算须考虑尾流效应的影响。根据当地风力特征选择适当的风力发电机。风力资源中等的地方，使用可变速型号比固定速度型号的风力发电机能够有更好的发电量。考虑到部分地区有台风，因此应选择市场上最牢固的风力发电机。国际电工协会标准分级中，1级风力发电机可以抵受最高的极端负荷。此外，湍流强度也影响风力发电机的选择。

只有结合安装地点的实际环境条件选择使用风力发电机，才能充分地利用当地的风力资源，最大限度地发挥风力发电机的效率，取得较高的经济效益。应该指出的是，在风力资源丰富地区，最好选择额定设计风速与当地最佳设计风速相吻合的风力发电机。如能做到这一点无论是从风力发电机的选择上，还是利用风力资源的经济意义上都有重要的意义。风洞试

验证明，风力发电机风轮的转换功率与风速的立方成正比，也就是说，风速对功率影响最大。例如，在当地最佳设计风速为6m/s的地区，安装一台额定设计风速为8m/s的风力发电机，结果其年额定输出功率只达到原设计输出功率的42%，也就是说，风力发电机额定输出功率较设计值降低了58%。若选用的风力发电机额定设计风速越高，那么其额定功率输出的效果就越不理想。但也必须指出，风力发电机额定设计风速偏低，其风轮直径、发电机相对要增大，整机造价相应也就加大，从制造和产品的经济意义上考虑都是不合算的。

（二）风力发电机电量与用电量的匹配设计

风力发电机与用电器的匹配是一项不可忽视的内容。在选配用电器时也应按照蓄电池与风力发电机匹配原则进行。即选配的用电器耗用的能量要与风力发电机输出的能量相匹配。但应指出的是，匹配指标所强调是能量，不要混淆为功率。在选用用电器时，还必须注意电压的要求。

离网风光互补发电系统发出的电能首先经过蓄电池储存起来，然后再由蓄电池向用电器供电。所以，必须认真科学地考虑，风力发电机功率、太阳能电池组件功率与蓄电池容量的合理匹配和静风期储能等问题。目前，离网风光互补发电系统的输出功率与蓄电池容量一般都是按照输入和输出相等，或输入大于输出的原则进行匹配的。

（1）设备日用电量计算

Q i=P i×T i (1-5) 式中Q i—日用电量；Pi—设备额定功率；T i—日用电小时数。

（2）系统总用电量估算

Q m =∑P i×N i×T i (1-6) 式中Q m—系统负荷最大日用电量(kW．h)；

P i—每种相同设备的额定功率(kW)；

N i—具有相同额定功率的设备的数量；

T i—该类设备的日平均使用时间(h)；

I—1，2，…，n个不同类的设备数量。

（3）发电能力的测算

日平均发电量则是由风力发电机和太阳能电池组件的发电能力及当地风光资源状况决定的。

Q= Q1+Q2（1-7）式中Q1—风力发电机组的日平均发电量；Q2—太阳能电池组件的日平均发电量。

（4）风力发电机组供电能力的测算方法

风力发电机组的年平均发电量或日平均发电量的计算是比较复杂的问题，而且仅是平均值概念的计算值。如果要较为准确的测算出风力发电系统日平均或年平均发电量，则必须要有发电机的功率特性曲线和风速频率分布图才能进行计算。利用风力发电机组输出功率特性曲线和风轮毂高处不同风速频率分布，可以估算出一台风力发电机在计算期间（年、月、日）的发电总量。计算中假设风力发电机设备利用率为100%。具有风频图的风力发电机输出功率计算公式

Q=∑P v×Tv (1-8) 式中Q—风力发电机在计算期间的发电总量(kW．h)；

Pv—在风速v时风力发电机的输出功率(W)；

Tv——场地风速口的期间累计小时数(h)。

其中：风力机组在风速v时的实际输出功率公式为:

P v=(v/v o)3× P O (1-9) 式中P v—机组实际输出功率，W；v o—额定风速，m/s；v—实际风速，m/s；

P o—机组额定输出功率，W。

风力发电机组一般只有系列值，所以在选用机型时，要根据当地的平均风速和风力发电机组输出功率特性曲线来确定。

例如：如图1-52是某小型风力发电机的输出功率

与风速的关系图。

（1）在风速为 12 m/s时达到最大输出功率；

（2）在风速为8m/s时输出功率是600W。

（3）根据功率曲线，以5.0m/s的年平均风速，

则平均每天的发电量为 4.8 KWH，平均每月（30天计）

的供电量在 144 KWH，平均每年的供电量在 1752KWH。

（4）若该风力发电机按输出功率为500W发电，平均每天工作8h，计算一年（365天）发电量是多少？(W=Pt=0.5kW×365×8h=1460kW?h) 图1-52输出功率与风速的关系图

如果不能得到风速频率分布图，则可用当地的年平均风速进行估算。用年平均风速值时的发电机输出功率值乘以年度总的小时值8760h，即

Q i =K×8760×P v (1-10) 式中Q i—年发电量(kW．h)；

P v—年平均风速值时发电机组输出功率；

K—修正系数，取1.2～1.5。

根据经验，按平均风速计算的发电量小于实际按风速频率分布图计算的年发电量，因此可按一定的比例进行适度修正（修正系数取1.2～1.5）。

（三）风力发电系统设计方法

在风力发电系统中，对方案和成本影响较大的主要因素是风力发电机的容量及蓄电池的配置；采用水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机进行了方案设计，同时考虑连续3天或6天自给天数的情况进行蓄电池配备设计。

1．小型风力发电系统容量选择依据

（1）根据风能资源情况选型

风的动能与风速的立方成正比，对于风力发电机来讲，其输出功率也是与风速的三次方成正比。这就是说，当风速值有较小的变化时，输出功率将产生较大的变化。因此选择风力发电机的一个最重要因素是要考虑使其设计风速值适合当地的风能资源，与之达到最大的匹配。这样，一是可以充分利用当地的风能资源，二是可以充分发挥风力发电机的能量输出，提高利用效益。

例如，在某风能可利用区，每天4m/s的风大约有15h。一台设计风速为7m/s的100W 风力发电机，根据风能公式，计算其日均发电量为

Q w=(v/v0)3× P0×T v=100×(4/7)3 ×15 =279.75(W.h)

若选择一台设计风速为6m/s的100W风力发电机，根据风能公式，计算其日均发电量为Q w=(v/v0)3× P0×T v=100×(4/6)3 ×15 =444(W.h)

从上面的计算可以看出，选择风力发电机的设计风速与当地的风能资源达到最大匹配，可以提高风力发电机的能量输出。

大多数气象部门都建立了风能资源数据库，在选购风力发电机时可向该部门了解有关当地的风能资源资料。了解当地的年、月、日的平均风速、有效风速值日平均小时数等，就可以利用风能公式估算出所选择的风力发电机组平均年、月、日的发电量，再根据用电需求量确定所选择的风力发电机是否适宜。这样，就可以选择合适的风力发电机。年平均风速低，风力2级（风速2.5m/s）以上的地区，可选用小型永磁式风力发电机(垂直轴风力发电机)。

年平均风速高，风力在4～5级（风速6～8m/s）以上的地区，可选用励磁式风力发电机(水平轴风力发电机）。

近年来风力发电机获得了突飞猛进的发展，涌现出了种类繁多的机型。购买时首先要根据风力发电机的型号，选择适合你的要求的风力发电机，见表1-6。

（2）根据电器负荷选型

一般所选择风力发电机的额定功率应略大于所用电器的总功率，以保证各种电器能正常工作。

一般用电设备按负载分为三大类，即电阻性负载（如灯泡、热水器、电视机）、电容性负载（如交换式电源供应器）及电感性负载（如传动马达、洗衣机、水泵、空调）。在计算总功率时电阻性负载和电容性负载按实际功率累加，电感性负载按三倍实际功率累加，得到的总功率再乘 1.2 即为所需风力发电机的功率。比如 1 台 800W 空调 + 3 个 60W 灯泡 + 1 台 200W 电视机，所需的风力发电机功率为(800×3 +3×60 + 200)×1.2 =3336W。但如果当地的风力资源较好，或者用电时间短则可以选用更小一点功率的风力发电机，能够提供每日所需总用电量即可。

选择时不可简单地用风力发电机上“铭牌”标定的额定功率值与用电设备标定的额定功率值直接作为选配两者的发电量与耗电量的匹配来作为选择风力发电机的依据，而应以风力发电机在当地风能资源条件下平均日、月、年发电量和用电器平均日、月、年用电量为依据。

由于水平轴风力发电机的启动风速高(小型风机大于或等于3 m/s才能启动，3.5m/s的风速才能发电)，需较高风速才能发电、能量转化效率低，而垂直轴风力发电机在较低的风速时即可发电满足同样的用电需求，由于使用微摩擦、启动力矩小的磁悬浮轴承．垂直轴风力发电机在1.5m/s的微弱风速下就能启动，2.5m/s的风速就能发电，能效提高约20%，能广泛应用于全国80%的地区，对于同样功率的风力发电机，垂直轴风力发电机费用虽然高于水平轴风力发电机，但其体积、重量和所需运行空间均小于水平轴风力发电机，且具有运行稳定、噪声小、对风速要求低等优点,是今后优先应选用的小型风力发电机。

（3）风力发电机选型注意事项

1）比较风力发电机应在相同风速下比较一年的总发电量。不同的风力发电机的功率可能标定在不同的额定风速上，比较应在同一风速下进行。

2）可靠性和运行寿命是最重要的指标可靠性第一，价格次之；可靠性高，寿命长。

3）各个风力发电机的性能和控制方法不完全一样，应当选择配套的控制器。

4）询问已经使用过该风机的用户，了解使用情况。

5）尽量选择信誉较好的品牌产品。

6）较好的风机应该无需经常维护保养，能在无人看管的情况下连续运行3~6年。风机典型的设计寿命为30年。

2．蓄电池与风力发电机的匹配设计方法

小型风力发电机发出的电能首先经过蓄电池贮存起来，然后再由蓄电池向用电器供电。所以，必须认真科学地考虑，风力发电机功率与蓄电池容量的合理匹配和静风期贮能等问题。目前，小型风力发电机与蓄电池容量一般都是按照输入和输出相等，或输入大于输出的原则进行匹配的。

蓄电池容量配置的是否合理，直接影响风力发电的各项技术经济指标。容量选的小了，多风时发出的富余电量得不到充分储存。容量选的太大，一则增加投资；二则蓄电池可能会长期处于充电不满状态，将会影响蓄电池的效率和使用寿命。

一般常规充电是“两阶段恒电流充电”，此法既不浪费电力，充电时间短，对延长蓄电池使用寿命有利，同时计算蓄电池容量也容易得多。但风力发电的情况，则不同于常规充电。

由于风速经常变化，电机输出的电流时大时小，时有时无，这样蓄电池充电电流和所需充电时间就很难确定。针对这种实际情况，我们采用如下两种计算方法来确定配置蓄电池容量。

（1）电量平衡计算法。

所谓电量平衡计算法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。

计算步骤如下（略讲）：

a.根据当地气象部门提供的风速资料，以十天为一时度，逐旬分别统计风机起始工作风速至停机风由范围内的不同风速发生小时数。

b.根据选用的风力发电机的P＝f(V)特性曲线（厂家会提供）和风速资料，计算—台机风机所能发出的电量，并绘出其全年发电量过程曲线。

图1-53 风力发电机发电量与用电量曲线示意图

图1-53是根据某地区的风速资料计算绘制的某种型号风机的年发电量过程线。计算得出该机在当地的风况下，年发电量为276度。从过程线看出各旬的发电量变化很大，最多的四月下旬为19度，最少的二月下旬仅0.95度、相差近20倍，说明配置蓄电池进行储能调节是必要的。

c．根据用电情况，计算出逐旬的用电量，并给出全年用电量过程线。附图中b所示。

d．比较发电量和用电量过程线，以发电少于用电差值最大的时段(图中斜线部分)的电量来确定所需蓄电池容量。图中差值最大的电量为2.3度。

（1）确定蓄电池容量C=△Q/U=2.3KWh×1000/12=192Ah

根据计算结果和蓄电池手册参数资料，可选择12V／48Ah蓄电池或12V/50Ah蓄电池，这里选择12V／50Ah型。

（2）蓄电池串联数= 系统工作电压/蓄电池标称电压=12/12=1

（3）蓄电池并联数= 蓄电池总容量/ 蓄电池标称容量=192/50=3.84=4

所以，可实际选用12伏50安时蓄电池4块，总容量为200安时的蓄电池。

此方法需查询资料，绘图，而且往往结果偏大，尤其在低月份，蓄电池会处于充电不足状态，影响蓄电池寿命，较少采用。

2．经验公式：

在离网环境中风力发电机的应用需要配合蓄电池，蓄电池组的总容量按以下经验公式计算：

蓄电池容量(安时）=负载平均用电量(Ah)×无风天数/ 标准蓄电池电压×放电率控制系数

蓄电池容量(安时）=负载总功率×日用电小时数×无风天数/标准蓄电池电压×放电率

控制系数

Q=P×t×n/U×K （1-11）式中：Q——所需配置蓄电池容量(安时)；

p——负载功率(瓦)；

t——日用电小时数；

U——标准蓄电池电压(一般为12伏)；

n——电池储备周期系数；(根据风况而确定，一般取3～8天)

K——放电控制系数、(取0.75～0.8)

例如：安装一台100瓦机，供3户用电，每户装设12伏15瓦的灯泡2只平均每天照明5小时，计算所需配置的蓄电池容量。(储备系数取6，放电控制系数取0.8) 解：

（1）负载总功率= 3×（15×2）=90W

（2）蓄电池(组)容量= 90x6x5/ 12x0.8 =281.25Ah

根据计算结果和蓄电池手册参数资料，可选择12V／48Ah蓄电池或12V/50Ah蓄电池，这里选择12V／48Ah型。

（3）蓄电池串联数= 系统工作电压/蓄电池标称电压=12/122=1

（4）蓄电池并联数=蓄电池总容量/蓄电池标称容量=281.25Ah／48Ah=5.86≈6

故可选用6块l 2伏48安时蓄电池，总容量288安时。

确定标准电池时，必须注意：蓄电油组的容量应能安全接受风力发电机输出的最大电流强度Imax。同时，要根据自给天数的长短选购蓄电池。自给天数短的地区，可选择小容量的蓄电池；自给天数长的地区，可选择大容量的蓄电池。

3．控制器与风力发电机的匹配

现在，很多风力发电机将整流设备设置在控制器中，同时控制器具有防止风力发电机向蓄电池过充电和防止蓄电池向用电器过放电等控制功能。为了保证控制器的运行安全，控制器的相关部分的最大工作功率必须比风力发电机发出的最大功率大20%。如图1-54所示。

图1-54 风能控制器

4．逆变器与发电系统的匹配设计

（1）逆变器与发电系统的匹配要求。

①逆变器的功率大小应能满足用电器的要求。逆变器的功率是按其最大持续容量标定的。逆变器一般都具有大电流启动功能，允许其功率在短时间内向上有一定的波动，即存一个峰值功率。因此，选择逆变器时不仅要看标称功率值，还要看它的峰值功率值，因为很多装有电动机的家用电器的启动功率大大高于它的额定功率。若配用的逆变器的峰值功率不够，这些电器将无法启动。

②充分发挥逆变器的效率。根据逆变器的效率曲线，逆变器在越接近最大额定功率处工作，其效率越高，一般可达 80%。因此，所选择的逆变器最好在接近其最大额定功率处工作。

③注意选择逆变器的输出波形。最好选用输出为正弦波的逆变器。

一般情况下，应考虑负载的特性(阻性负载和感性负载)后再确定逆变器容量。

逆变器容量=阻性负载功率×1.5+感性负载功率

如果电器中有电感性负载，则需要使用正弦波逆变器；如果只有电阻性负载和电容性负载则只配备修正波或方波逆变器即可。这是因为电感性负载的反电动势是修正波或方波的致命伤，必须使用正弦波。而电容性负载需要较高的峰值电压来驱动，修正波或方波恰好有高峰值的特性，无须使用正弦波。如图1-55所示。

图1-55 逆变器图1-56 泄荷器（2）逆变器使用时注意事项。

①直流输入电源的正、负极性不能接反，若将极性接反，这时逆变器“防接反保护”起作用，逆变器不工作。

②在正常工作的前提下，逆变器的输出电压应与负载所需额定电压相符。

③逆变电源直流供电系统的电压应稳定在一定范围内，若直流电压过低，逆变器保护功能启动，将使逆变器停止工作；直流电压过高，经逆变器逆变后输出的交流电压将增高，有可能将用电设备损坏，此时逆变器保护功能启动，停止工作。

④使用负载的功率应小于逆变器的功率，这样可保证逆变器工作安全，当负载的功率超过一定值时，逆变器保护功能启动，逆变器停止工作。

⑤逆变器应放置在通风干燥处，应与蓄电池隔离放置，以免逆变器的元器件被腐蚀。

5. 泄荷器与风力发电机的匹配

当蓄电池充满后，为防止蓄电池过充电和保护发电系统其他设备的安全，这时风力发电机通过控制器停止向蓄电池充电。为了保护风力发电机平稳运行，控制器自动将风力发电机的输出切换到泄荷器上，因此，为了保证泄荷器的可靠运行，我们配置泄荷器时，其功率要大于风力发电机最大功率的 20%。如图1-56所示。

总之，小型风力发电机组的选用，应对不同的地区、不同的用电要求有不同的选用条件。主要要做到：

（1）选用的风力发电机要适于当地的风能资源

（2）选用的风力发电机要适于用户的用电需求

（3）选用的风力发电机要与用电量、蓄电池容量相匹配

三、项目实施：

（一）用电量10kWh的小型独立运行的风力发电系统应用设计实例及配置方案

图1-57 户用型风力发电图

1．设计目标：

(1)设计参考依据：年平均风速4m/s以上，有效风能密度为200～300W/m2,，风速大于3米每秒的全年累积小时数在5000小时以上，则平均有效利用时间为12h/d；

(2)可靠性：系统在连续没有风、没有太阳能补充能量的情况下能正常供电3天。

表1-15 系统供电负荷表

用电器额定功率(W) 数量用电时数(h) 用电量(KWh)

照明灯具40 15 5 3 24寸液晶电视32 3 5 0.48

电风扇44 6 5 1.32

冰箱120 3 3

其他 2.2 合计10

2．负载用电量计算

设备日用电量计算 Q i=Pi×Ti=40×15×3=3KW.h；

Q2=32×3×5=0.483KW.h

Q3=44×6×5=1.32KW.h

......

式中Q i——日用电量；

P i——设备额定功率；

T i——日用电小时数。

系统总用电量估算Q L= Q1+Q2+Q3+...=10KW.h

3．风力发电机的功率（容量）测算：

估算风力发电机功率P=Q L×1.4/t=10×1.4/12=1.17KW.h

则可假定选用额定功率为2KW风力，额定风速为8m/s的风力发电机。

则平均风速时发电机输出的功率P v=(v/v o)3× P O=0.37(kW)

4．风力发电机的选用

年发电量Q i =K×8760×P v =1.2×8760×0.37=3903 (kW．h)

日发电量Q=3903/365=10.69>10(kW．h)

式中Q i——年发电量(kW．h)；

P v——年平均风速值时发电机组输出功率；

K——修正系数，取1.2～1.5。

即风力发电机组每天大约发电10.69kW.h，超过负荷日总耗电量10kW.h，满足用电要求。

选择FD-2KW水平轴可选用励磁式风力发电机

5．蓄电池的选用

已知负载的每天用电量为10kwh，自给天数3天，假定系统直流电压系为48V，(储备系数取3，放电控制系数取0.5).则蓄电池容量：

（1）Q=P×t×n/U×K=10000×3/48×0.5=1250A.h

可选用12V,650Ah铅酸蓄电池。

（2）蓄电池串联数= 48V／12V=4

（3）蓄电池并联数=1250Ah／650Ah=2

（4）蓄电池组总块数=4×2=8

根据以上计算结果，共需要2V／650Ah蓄电池8块构成蓄电池组，其中每4块串联后再并联使用。

6．逆变器和控制器的选型

根据负载需要，逆变器容量应大于或等于总用电功率，一般情况下，应考虑负载的特性(阻性负载和感性负载)，后再确定逆变器容量。

逆变器容量=阻性负载功率×1.5+感性负载功率×(3～5)

=700×1.5+650×4=7850（W)

为交流向负载供电，控制器提供对蓄电池充电和放电过程的控制管理以及故障检测与保护。

（4）负载用电量计算

按照20户居民户均耗电200W计算。

用电器总功率P L：P L=200W×20=4kW

日总耗电量WL：W L=P L×t=4kW×5h =20kW.h

（5）风力发电组功率计算

风力发电机组一般只有系列值，所以在选用机型时，要根据当地的平均风速和风力发电

机组输出功率特性曲线来确定。风力机组的实际输出功率公式为,

P w=(v/v o)3× P O（1-12）

式中，P w—机组实际输出功率，W；v o—额定风速，m/s；v—实际风速，m/s； P o—机组

额定输出功率，W。

其输出能量为：

W w=ΣP w×t （1-13）

式中，W w——机组输出总能量，kW.h；

P wi——平均风速为v i时机组的输出功率，W；

t——平均风速为V i时的时间，h。

根据系统所在地风能资源情况，如果选用额定功率5kW、

额定风速9m/s的风力发电机组，根据公式有：

P w1=(v1/v)3 ×Po =(6/9)3 ×5=1.48(kW)

P w2=(v2/v)3 × Po =(9/9)3 ×5=5(kW)

W w= P w1×T1+ P w2×T2=1.48×7 +5×2.5=10.36 +12.5=22.86(kW.h)

即风力发电机组每天大约发电23kW.h，超过总耗电量20kW.h，满足用电要求。

选择FD-5KW水平轴风力发电机

（6）蓄电池容量计算（容量计算、安装地区户用电压情况、蓄电池型号选择、数量确

定、布局）

已知W L=20kW.h，假定系统直流电压（蓄电池电压）U=48V，(储备系数取6，放电控制

系数取0.8)，根据蓄电池容量计算公式，则蓄电池容量Q B为

Q=P×t×n/U×K=20000×6/48×0.8=3125(A.h)

根据计算结果和蓄电池手册参数资料，可选择12V／800Ah单体蓄电池串并联组成使用，

其中

蓄电池串联数 = 系统工作电压/蓄电池标称电压=48/12=4

蓄电池并联数= 蓄电池总容量/ 蓄电池标称容量=3125/800=3.9=4 所以，系统需用16只12V/800A.h的蓄电池进行串并联构成蓄电池组使用。

（7）逆变器和控制器的选型

根据负载需要，逆变器容量应大于或等于总用电功率，本系统用电器总功率P L=200W×

20=4kW，因此可选用5～6kVA的正弦波逆变器。可选用保护功能齐全的5kW控制器。

一般情况下，应考虑负载的特性(阻性负载和感性负载)，后再确定逆变器容量。

逆变器容量=阻性负载功率×1.5+感性负载功率×(3～5)

（8）配置方案

表1-17 配置方案

四、知识拓展---风力发电系统常规配置 1．200W 风力供电系统配置方案

（1）设计参考依据：年平均风速3m/s 以上，有效风能密度为200～150W/m 2

，年平均风速7米每秒，运行 4000 小时，每日充电时长 13 小时，累积发电量：610 度。

（2）可靠性：系统在连续没有风的情况下能正常供电3天。（3）系统供电参数：供电电压单相220V AC ；供电频率50Hz 。

表1-18 系统供电负载

表1-19 200W 系统配置方案

2．500W 风力供电系统配置方案

（1）设计参考依据：年平均风速3m/s 以上，有效风能密度为200～150W/m 2

，年平均风速8米每秒，运行 4000 小时，每日充电时长 5小时，累积发电量：1600 度。

（2）可靠性：系统在连续没有风的情况下能正常供电3天。（3）系统供电参数：供电电压单相220V AC ；供电频率50Hz 。

表

1-20 系统供电负载

表1-21 500W系统配置方案

表1-22 系统供电负载

表1-23 1000W系统配置方案

表1-24 系统供电负载

表1-25 2000W系统配置方案

表1-27 3000W系统配置方案

五．思考与练习

1．4kW的小型独立运行的风力发电系统设计？

设计要求：

（1）设计参考依据：年平均风速4m/s以上，有效风能密度为200W/m2以上；负载功率：5kW，每天工作6h。

（2）可靠性：系统在连续没有风的情况下能正常供电3天。

（3）系统供电参数：供电电压单相220V AC；供电频率50Hz。

家用小型风力发电系统的初步设计

2015年度本科生毕业论文（设计）家用小型风力发电系统的初步设计院－系：工学院专业：电气工程与其自动化年级：2011级学生姓名：学号：导师与职称： 2015年6月

2015 Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate The preliminary design of small household wind power generation system Department:Electrical Engineering and Automation Major:Institute of Technology Grade:2011 Student’s Name:Xu Yun Dong Student No.:2 Tutor:The lecturer Hua Jing Finished by June, 2015

摘要风能作为一种清洁的可再生能源正逐渐受到了人们的重视，风力发电也成为了时下的朝阳产业。本论文详细阐明了小型独立风力发电系统的设计方案，对风力发电机组的结构和电能的变换与继电控制电路做了初步的研究。本论文首先介绍了课题的目的和意义，综述了国内外风力发电的发展概况，简要概括了风力发电相关技术的发展状况，论述了常见小型风力发电系统的基本组成和各部分的作用，同时对本论文的系统方案做了简要的概括，着重分析了整流电路与Buck降压电路的配合，蓄电池充放电继电保护以与电能输出的有效性等。还引入了市电切换电路，作为在发电机故障或蓄电池电量不足的情况下为负载供电。为了使能量的利用达到最大化，本系统还引入了并网电路。所以本论文设计的小型风力发电机组不但适合偏远的地区，也适合市区家庭使用。本文提出的解决方案为：风力传动装置带动三相永磁交流发电机，然后通过AC—DC—DC—AC变换为交流电，并且考虑到风力的不稳定性，在系统中并入蓄电池组和稳压器，通过继电控制电路的监控以实现系统的自动控制，同时并入市电投切，保证系统在风能充足时可蓄能，在风能不充足时亦可为负载供电。系统的运行状况采用继电控制电路监控和切换。本论文的重点在于继电控制电路的设计，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：小型风力发电机组；整流：逆变；继电控制：蓄电池

关于离网型风力发电系统的研究

关于离网型风力发电系统的研究【摘要】进入二十一世纪以来，人民的生活水平在不断的提高，但是经济的增长带来的是资源的浪费，和环境的污染，近几年来，环境的恶化进一步加大，政府对于环境的重视程度不断提高，随着国民素质的普遍提高，环保意识不断的增强。那么为了缓解环境的压力，人们开始研发新型能源。风能作为一种新型能源，逐渐受到人们的重视。风能具有很多有点。它最重要的是无污染，能量来自于自然界存在的风力。在一些地区，风力发电已经成为了主要的电力来源，缓解了火力发电造成的环境污染。本文就风力发电中的离网型发电系统做系统的介绍。希望能够对今后的风力发电系统提供一些参考和借鉴，将风力发电的一些前景展现出来，以供人们参考。【关键词】风力发电；离网原理；特性；发展前景随着经济的飞速发展以及不可再生能源的大量消耗，风能作为一种绿色能源已成为研究的热点。风力发电有很多的优点，例如：占地少、无污染等。在各个地区都受到了广泛地欢迎。随着科技的发展，风力发电技术不断提高，离网型系统作为比较古老的系统慢慢的被社会所淘汰，它对偏远地区的人们来说还是极其重要的。同时，它在各方面的原理对于风力系统的发展具有指导意义。 1.风力发电系统的现状风力发电无需借助外部能源，风险性小，也不会造成大气污染。这些优点使得风力发电得到了广泛应用和大力发展。目前，绝大多数国家都已应用了风力发电系统。我国拥有着较为丰富的风力资源，是较早利用风力发电的国家。我国的偏远地区由于地形、自然条件的限制，电网无法到达，此时离网型风力发电系统便处于无可替代的地位，为人们带来了极大的便利。 1.1国内风力发展现状我国于20世纪60年代初期开始发展风能发电，首先采用的是离网式小风机技术。我国因没有充分依靠国内机电制造业基础，没有吸收引进国外先进技术，力求自主研发。这就导致了我国风电建设比较落后。目前，国内的风电容量设备大部分是从国外引进的成套设备，致使风力发电设备成本增高，为了保证收益，导致电费增高。与火力发电、水力发电相比，缺少市场竞争力。经过我国政府有关部门的积极规划和支持，我国在风电装机容量的世界排名从2004年的第10位历经3年跃居到了第5位，发展迅猛，由此可见，我国的风力发展潜力巨大。 1.2国外风力发展现状美国等西方国家于20世纪80年代开始研发风力发电技术，并将风力发电进

小型风力发电机的构造原理

小型风力发电机介绍一，小型风力发电机的使用条件小型风力发电机一般应在风力资源较丰富的地区使用。即年平均风速在3m／s以上，全年3-20m／s有效风速累计时数3000h以上；全年3-20m／s平均有效风能密度lOOW／m2以上。在选择使用风力发电机时，要做到心中有数，避免盲目性，这样才能充分地利用当地的风力资源，最大限度地发挥风力发电机的效率，取得较高的经济效益。应该指出的是，在风力资源丰富地区，最好选择风机额定设计风速与当地最佳设计风速相吻合的风力发电机。如能做到这一点无论是从风力机的选择上，还是利用风力资源的经济意义上都有重要的意义。风洞试验证明，风轮的转换功率与风速的立方成正比，也就是说，风速对功率影响最大。例如，在当地最佳设计风速为6m／s的地区，安装一台额定设计风速为8m／s的风力发电机，结果其年额定输出功率只达到原设计输出功率的42％，也就是说，风力发电机额定输出功率较设计值降低了58%。若选用的风力发电机额定设计风速越高，那么其额定功率输出的效果就越加不理想。但也必须指出，风力发电机额定设计风速偏低，其风轮直径、电机相对要增大，整机造价相应也就加大．从制造和产品的经济意义上考虑都是不合算的。二，小型风力发电执使用的一般要求目前，小型风力发电机都采用蓄电池贮能，家用电器的用电都由蓄电池提供。所以，用电时总的原则是，蓄电池放电后能及时由风力发电机给以补充。也就是说，蓄电池充入的电量和用电器所需消耗的电量要大致相等(一般以日计算)。下面举一例说明这一问题：某地区使用了一台风力发电机，额定风速输出功率为IOOW,假设，该地区某日相当于额定风速的风力吹刮时数连续为4h，则该风机日输出并贮存到蓄电池里的能量为400Wh。考虑到铅蓄电池的转换效率为70%，则用户用电器实际可利用的能量280Wh。如果该用户使用的电器有： (1)15W灯泡两只，使用4h，耗能为120Wh； (Z)35W电视机一台，使用3h，耗能为105Wh； (3)15W收录机一台，使用4h，耗能为60Wh。以上总耗能为285Wh。这样，用电器日总耗能比风力发电机所能提供的能量超出了5Wh，也就是出现了所谓的“入不付出”用电；这种入不付出的用电，将会使蓄电池处在亏电的状态下工作。如果经常长时间地这么用电，将会使蓄电池严重亏电而损坏，缩短其使用寿命。上例，是假定风力发电机在额定风速状击下的用电情况，而实际上，由于风的多变性，间歇性，风既有大小的不同(风速)又有吹刮时间长短的不同(风频)。所以，在使用用电器时要做到风况好时可适当多用电，风况差时少用电。这就需要用户在使用时认真总结经验。另外，有条件的地区和用户可备一台千瓦级的柴油发电机组，当风况差的时候给蓄电池补充充电，做到蓄电池不间断地供电。三，小型风力发电机的合理配套

250 小型风力发电机总体结构的设计

第一章概述 1.1 风力发电机概况风能的利用有着悠久的历史。近年来, 资源的短缺和环境的日趋恶化使世界各国开始重视开发和利用可再生、且无污染的风能资源。自80年代以来, 风能利用的主要趋势是风力发电。风力发电最初出现在边远地区, 应用的方式主要有: 1) 单独使用小型风力发电机供家庭住宅使用; 2) 风力发电机与其它电源联用可为海上导航设备和远距离通信设备供电; 3) 并入地方孤立小电网为乡村供电。随着现代技术的发展, 风力发电迅猛发展。以机组大型化(50kW～ 2MW )、集中安装和控制为特点的风电场(也称风力田、风田) 成为主要的发展方向。20 年来, 世界上已有近30 个国家开发建设了风电场(是前期总数的3 倍) , 风电场总装机容量约1400 万kW (是前期总数的100 倍)。目前, 德国、美国、丹麦以及亚洲的印度位居风力发电总装机容量前列, 且未来计划投资有增无减。美国能源部预测2010 年风电至少达到国内电力消耗的10%。欧盟5 国要在2000～ 2002 年达到本国总发电量的10%左右, 丹麦甚至计划2030 年要达到40%。中国是一个风力资源丰富的国家, 风力发电潜力巨大。据1998 年统计, 风力风电累计装机22.36万kW , 仅占全国电网发电总装机的0.081% , 相对于可开发风能资源的开发率仅为0.088%。中国第一座风力发电场于1986 年在山东荣成落成, 总装机较小, 为3×55kW。到1993 年我国风电场总装机容量达17.1MW , 1999 年底, 我国共建了24 个风力发电场, 总装机 268MW。我国风力发电场主要分布在风能资源比较丰富的东南沿海、西北、东北和华北地区, 其中风电装机容量最多的是新疆已达72.35kW。在未来2～ 3 年内, 我国计划新增风电场装机容量将在800MW 以上, 并且将会出现300～ 400MW 的特大型风力发电场。 1.2 风力发电机的研究现状 1.2.1 国外风力发电机的研制情况美国从1974年起对风能进行系统的研究，能源部对风能项目的投资累计已达到25亿美元。许多著名大学和研究机构都参加了风能的研究开发，目前己安装了8个巨型风力发电机组。到19%年末，风力发电总装机容量己达到170x 4 10 kw，所提供的电力占全美电力需求量的10%，居世界之首位，主要集中在加利福尼亚州。美国国会己通过了能源政策法，在能源部的规划下，将会改变风力发电集中于加利福尼亚的局面，在年平均风速达5.6m/s的中西部 12个州将建风力电站。据能源部预测，在未来15年内，风电将增加6倍。在今后2年内，在怀俄明、伊阿华、明尼苏达、得克萨斯、佛蒙特、缅因州等修建大型风电场，这些风电场将使美国风力发电能力再增加40x 4 10 kw，预计到2010年，风力发电总装机容量将达到630x 4 10 kw，可满足全美电力需求量的25%。德国是欧洲风力发电增长最快的国家，近年风力发电量急增，尤其沿海各州，风力发电发展迅速，己超过丹麦，成为世界第二。到1995年己建成1035座风力发电装置，装机容量 49.4x 4 10 kw，1996年新装机约950座，装机容量为48x 4 10 kw，到19%年底德国己拥有4500座风力发电装置，总装机容量达到约160x 4 10 kw，1997年估计可增加5x 4 10 kw，可为20多万个家庭提供日常用电。这些风力发电装置中的1600个是政府投资建设的。装机容量超过1OO0kW 的风电场有250个，300OkW的最大风电场已投入使用，发电能力63x 4 10 kw，西部5x 4 10 kw风

风力发电系统设计

课程设计设计题目：小型风力发电系统设计姓名郭国亮院系食品工程学院专业热能与动力工程年级热能本1202 学号20122916100 指导教师刘启一 2015年12 月13 日

第一章：风力发电系统设计的概况 1.1设计的目及意义： 1）了解风力发电系统的原理和运行流程。 2）设计小型的风力系统满足地方需要。 3）为了解决能源危机和环境保护、气候变暖等各方面的问题，大力推广可再生能源发展的必要性。 1.2设计原则： 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。风力发电的运行方式主要有两种：一类是独立运行的供电系统，即在电网未通达的地区，用小型发电机组为蓄电池充电，再通过逆变器转换为交流电向终端电器供电；另一类是作为常规电网的电源，与电网并联运行。 1.3设计条件：设计一个10 KW并网的风力发电系统和控制系统。 1.4发电系统设计方案： 1）恒速恒频发电系统。 2）变速恒频发电系统。 1.5烟台当地风资源概要： 1）烟台地理位置：烟台市位于胶东半岛北缘，中心地理位置约为：北纬37.8，东经121.23，受季风环流的控制和其他天气形势的影响，该地区的风力资源十分丰富。如表：2014 ~ 2003年烟台市，全市平均气温 2003年12.5 ℃2009年13.0 ℃ 2004年12.7 ℃2010年12.2 ℃ 2005年12.5 ℃2011年12.1 ℃ 2006年13.1 ℃2012年12.2 ℃ 2007年13.4 ℃2013年12.6 ℃ 2008年12.7 ℃2014年13.4 ℃ 由此可得，历年平均气温为7. 12℃ 烟台历年平均风速：年份风速（m/s) 年份风速（m/s) 年份风速（m/s) 1988 4.1 1994 3.4 2000 3.2 1989 3.7 1995 3.4 2001 3.3

小型家用风力发电市场可行性报告

小型家用风力发电市场可行性报告 1．过去八十年代中后期，我国的小型风力发电机形成了规模化生产的能力，在内蒙古等偏远地区推广中小型风力发电机近二十万台，中小型风力发电机所面对的自然环境极为恶劣，由于风受地面粗糙度和障碍物的影响很大，离地面高度越高，风速越稳定。而中小型风机受安装高度限制，而且不能远离用电者居住的地方，所以中小型风机是工作在风的紊流区域，风速风向的无规则频繁变化对风机的破坏性很大。中小型风力发电机所能提供的能源有限，考虑到单位功率成本的因素，好的材料和先进的控制技术无法采用，可选择的材料和技术手段有限。长期以来，我国的小风机研制缺乏对小风机使用环境的研究，比较注重风机的性能测试数据，缺乏对风机在不同环境下进行运行考核的要求。虽然我国的小型风力发电机技术标准做了调整和修改，但在对小风机的产品要求上还是按八十年代所订的风机标准来要求，一个最显著的特点就是要求风机的额定风速在6～8m/s，这是极不合理的。因为小型风力发电机受技术手段的限制，只能采用定浆距叶片，当风速大于额定风速时，风机的限速机构必须开始动作，否则就可能会烧毁发电机。风机限速后，输出功率急速下降，从而大大缩小了风机的有效工作风速范围。以年平均风速4～5m/s的地区为例（这也是我国西北部偏远地区较普遍的风资源条件），下图为该地区全年风速的时表分布图和风能密度分布图。相对于国际上通行的做法（将风机的额定风速定在10～13m/s的范围以体现对风能利用最大化的原则），我国的小风机额定风速定得低，主要是希望风机的有效工作时间长，较长时间满足用户的用电需求。这种考虑是有局限性的。风能和太阳能一样，是随机性很强的能源，而且能量密度低，希望风力发电机在任何条件下都能满足用户的用电要求是不现实的，要尽可能满足用户的用电要求，最好的办法是采用风光互补发电系统，而不是降低风机的额定风速。中小型风机的额定风速定得低，主要有以下几方面问题：1）降低了风机的利用率：风力发电机的效率本来就不高，如果我们再把风能的有效利用区域限得很窄，不利于对风能的充分利用。2）增加了风机的成本和技术难度：风能是随风速的三次方成正比的，额定风速定得低，同等功率下风机的成本要高很多（我国小风机的重量是国外同功率产品的3～5倍）。风机处于限速状态的机率大，时间长，相应的产生故障的机会大，产品生产的技术难度大。3）与国际上同类产品的技术要求不接轨，丧失了国际市场上进行产品竞争的能力：太阳能热水器、太阳能光伏都是按较高的光照强度来考核的，为什么中小型风机一定要按低风速来考核？这显然是不合理的，这对中小型风机产业的发展不利。此外，无论风力发电系统还是风光互补系统，都由控制系统和储能系统组成等配套产业组成，发电系统、控制系统、储能系统各自分家，是整合后系统稳定性差的根本原因，也是目前改行业的技术壁垒。使最终用户衡量考察中小型风力发电及风光互补新能源发电技术产生误差。独立各个系统都是合格的，在各种恶劣的自然环境下一整合系统就是劣质的，不是控制系统不当就是储能系统和发电系统配比不适合等，体现在用户面前的不仅仅是单一发电系统的发电效率、低风速启动、低风速储能、抗大风保护等，还涉及到控制系统的智能控制、低

家用小型风力发电机的功能介绍

家用小型风力发电机的功能介绍一，小型风力发电机的使用条件小型风力发电机一般应在风力资源较丰富的地区使用。即年平均风速在3m／s以上，全年3-20m／s有效风速累计时数3000h以上；全年3-20m／s 平均有效风能密度lOOW／m2以上。在选择使用风力发电机时，要做到心中有数，避免盲目性，这样才能充分地利用当地的风力资源，最大限度地发挥风力发电机的效率，取得较高的经济效益。应该指出的是，在风力资源丰富地区，最好选择风机额定设计风速与当地最佳设计风速相吻合的风力发电机。如能做到这一点无论是从风力机的选择上，还是利用风力资源的经济意义上都有重要的意义。风洞试验证明，风轮的转换功率与风速的立方成正比，也就是说，风速对功率影响最大。例如，在当地最佳设计风速为 6m／s的地区，安装一台额定设计风速为8m／s的风力发电机，结果其年额定输出功率只达到原设计输出功率的42％，也就是说，风力发电机额定输出功率较设计值降低了58%。若选用的风力发电机额定设计风速越高，那么其额定功率输出的效果就越加不理想。但也必须指出，风力发电机额定设计风速偏低，其风轮直径、电机相对要增大，整机造价相应也就加大．从制造和产品的经济意义上考虑都是不合算的。二，小型风力发电执使用的一般要求目前，小型风力发电机都采用蓄电池贮能，家用电器的用电都由蓄电池提供。所以，用电时总的原则是，蓄电池放电后能及时由风力发电机给以补充。也就是说，蓄电池充入的电量和用电器所需消耗的电量要大致相等(一般以日计算)。下面举一例说明这一问题：某地区使用了一台风力发电机，额定风速输出功率为IOOW, 假设，该地区某日相当于额定风速的风力吹刮时数连续为4h，则该风机日输出并贮存到蓄电池里的能量为400Wh。考虑到铅蓄电池的转换效率为70%，则用户用电器实际可利用的能量280Wh。如果该用户使用的电器有： (1)15W灯泡两只，使用4h，耗能为120Wh； (Z)35W电视机一台，使用3h，耗能为105Wh； (3)15W收录机一台，使用4h，耗能为60Wh。以上总耗能为285Wh。这样，用电器日总耗能比风力发电机所能提供的能量超出了5Wh，也就是出现了所谓的“入不付出”用电；这种入不付出的用电，将会使蓄电池处在亏电的状态下工作。如果经常长时间地这么用电，将会使蓄电池严重亏电而损坏，缩短其使用寿命。上例，是假定风力发电机在额定风速状击下的用电情况，而实际上，由于风的多变性，间歇性，风既有大小的不同(风速)又有吹刮时间长短的不同(风频)。所以，在使用用电器时要做到风况好时可适当多用电，风况差时少用电。这就需要用户在使用时认真总结经验。另外，有条件的地区和用户可备一台千瓦级的柴油发电机组，当风况差的时候给蓄电池补充充电，做到蓄电池不间断地供电。三，小型风力发电机的合理配套小型风力发电机发出的电能首先经过蓄电池贮存起来，然后再由蓄电池向用电器供电。所以，必须认真科学地考虑，风力发电机功率与蓄电池容量的合理匹配和静风期贮能等问题。目前，小型风力发电机与蓄电池容量一般都是按照输入和输出相等，或输入大于输出的原则进行匹配的。即：100W风力发电机匹配120Ah蓄电池(60Ah2块)；200W风力发电机匹配120-180Ah蓄电池(60或90Ah2 块)；300W风力发电机匹配240Ah蓄电(120Ah2块)；750W 风力发电机匹配240Ah蓄电池(120Ah2块)；1000W风力发电机匹配 360Ah蓄电池（120Ah3块）。

离网风力发电系统的安装与调试

离网风力发电系统的安装与调试一、任务导入风力发电机在安装时应首先选择风能较好的位置，这样才能保证风力发电机输出理想的电能。选址是一个非常复杂的问题，它包括很多因素，比如：当地有效风吹刮情况、年平均风速、连续无有效风速时数、风的能量密度、强风和紊流出现的次数、雷电冰雹出现的情况、风力发电机与用户的距离（输电线路的远近）、安装维护的方便性、地形地貌等。二、相关知识学习情境1 离网风光互补发电系统风力发电机的选址（一）地形和气象因素对风力发电机选址的影响风力发电机安装地址的选择非常重要，性能很高的风力发电机，假如没有风，它也不会工作；而性能稍差一些的风力发电机，如果安装地址选择得好，也会使它充分发挥作用。风力发电机的选址条件包含着非常复杂的因素，原则上，在一年之中极强风及紊流少的地点应为最好的安装风力发电机的地点，但受用电负荷所处地理位置的限制，有时很难选出这样的地点。风力发电机的装机地点对于发电量及安全运行是非常重要的，一个好的装机地点应该具有两个基本要求：较高的平均风速和较弱的紊流。选择安装场地对今后风力发电机的有效使用十分重要，风力发电机的选址是一个非常复杂的问题，大的风力发电机的选址往往需要了解多年的气象数据，并经过若干年的实测，考虑其他综合因素，才能最终确定风力发电机的安装地点。 1．地形影响由于风力机的能量输出与风速的三次方成正比，所以应因地制宜地选择风力机的安装地点。因为当风吹过地表时，气流会产生剪切和加速。剪切的作用会使地面上的风速比高空的风速低得多，而不受剪切影响的高度比气象站测量高度(10m)要大得乡。由于风的剪切受地形影响，因此有效风能也受地形影响。也就是说，建筑物、树及其他障碍物对风的剪切和有效风能有影响。当气流通过山丘或窄谷时，气流产生加速作用，利用这一特点，可以将风力发电机安装在这样的有利地形上以增加风力发电机的功率输出，有关地形对风的影响如图1-58和表1-29所示。图1—58 地形对风的影响

小型风力发电机毕业设计论文

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

Abstract Exploiting 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

小型风力发电机基本常识

小型风力发电机基本常识 1.小型风力发电机一般都由那几部分组成的？小型风力发电机部件很多，但一般都是由5部分组成的：一是风轮，由二个或多个叶片组成，安装在机头上，是把风能转化为机械能的主要部件。二是机头，主要是发电机和安装尾翼的支座等，它能绕塔架中的竖直轴自由转动。三是尾翼，它一般装于机头之后，是用来保证在风向变化时，使风轮正对风向，现在也有不带尾翼的垂直轴发电机。四是塔架，是支撑机头的构架，它把风力发电机架设在不受周围障碍物影响的空中。五是控制系统，是用来控制发电机的输入输出和发电机工作状态的。 2.如何选购一台真正适合自已使用的风力发电机？如何选购一台真正适合自已使用的风力发电机，其中是大有学问。首先，要看生产风力发电机的厂家。目前国内许多所谓的风力发电机生产厂家只是采购一些部件进行简单的组装，各部件之间根本不配套，故发电效率相对较小，故障也比较多，缺乏必要的科研能力，产品很难更新换代，还有一些厂家为了追求高利润.不惜偷工减料.其生产的发电机很难达到其标定的功率.更有一些产品经销商偷梁换柱.所以消费者在先购风力发电机时,一定要找正规的生产厂家.一般有能力有规模的生产厂家其产品大都配套齐全.其有较强的研发能力，其产品质量也都符合国家标准。

特别要查对电机的参数：（最好是拿几个厂家的对比就会很明显）主要技术参数包括：起动风速，额定风速，额定电压，最大功率，额定功率，额定转速等。其次用户要根据自已的使用要求和风力条件。选择相对应的风力发电机.比如在内地,由于风较小,更应选择一些功率小的发电机,因为他更容易被小风量带动而发电,特续不断的风,会比一时狂风更能供给较大的能量,而大功率的发电机.在小风的环境下动很难高效率的发电，甚至根本就无法发.这样,如果用户用电量大.可以选购几台小功率的发电机并联使用.其效果较购一台大功率的发电机效果好得多或者使用太阳板构成风光互补供电系统效果更稳定。同时,用户在选购风力发电机时还要注意以下几点：查看装箱单，数数配件是否齐全；用手转动一下各个转动部分,看是否转动灵活。 3.发电机的具体安装地点？小型风力发电机安装场址的选择非常重要。性能很高的风力发电机，假如没有风，它也不会工作，而性能稍差一些的风力发电机，如果安装场址选择得好，也会使它充分发挥作用。关于小型风力发电机的选址条件包含着非常复杂的因素，原则上，在一年之中极强风及紊流少的地点应算最好，但有时很难选出这样的地点。一般本着这样的原则：第一风能丰富，年平均风速越大越好，其大体上数字是：年平均风速3m／s以上，3-20m／s有效风速累计时效3000h以上，全年3一20m ／s平均有效风能密度100W／m2以上。只要能满足这个条件，小型

民用小型风力发电机宣传语

民用小型风力发电机宣传语广告语，民用小型风力发电机宣传语 1、随风而动，绿色银凤！ 2、做绿色能源，服务人类社会。 3、银风能源，世界动力。 4、银风风车，迎风招展。 5、风能发电，倡导绿色消费，共筑和谐家园。 6、风能无限，电通四海。 7、银风发电，风光无限。 8、风随我动，自得“银”心。 9、银风能源，你我的绿色源泉。 10、银风，美的开始，科技的开始。 11、宁波银风能源，保卫我们唯一的家园。 12、银风发电，环保万年。 13、银风——让世界更宜人。 14、银风精神，由风推动！银风，秉承双赢之风。 15、长江之水，黄河之浪；银风能源，永远难忘！ 16、银风动力，风行天下。 17、宁波银风，让风为我聚能量 18、风力节能，银风先行。 19、银风进万家，家家顶刮刮。 20、银风新能源，21世纪的最佳选择。 21、银风，争做环保先锋！ 22、挖掘绿色能源，创享绿色生活。 23、银风吹又吹，能源绿又绿。 24、宁在心灵，波舞世界。银龙驿动，风随我行。 25、疾风之，电吹向世界。 26、民风动，世界动。环保世界，银风助力。

27、风动自然存——银风能源！ 28、绿色能源，环保无污染，就在银风能源。 29、银风科技，吹绿人间满眼春！ 30、银风旋转，能力无限。 31、银风，点亮万家灯火。 32、借银风，净四海，动八方。 33、银风所至，光明打开。 34、银风能源，环保源泉！ 35、借银风，护环境。 36、银风一展，电光闪闪！ 37、电煤河水可以做到的，银风同样可以做到。 38、万事具备，只欠银风！ 39、中国吹银风，世界添绿能。 40、银风到万家，发电无废渣！ 41、银风能源，风力无限！ 42、银风能源动力源，环保动力生活美。 43、绿色环保在银风。 44、风的事业，丰的收获！ 45、吹净世间烟尘，鼓起创业风帆。 46、自然，自创，自强。 47、只兴风，不作浪。 48、银风新能源，让世界轻松起跑。 49、风有多少能量，我们就有多少能量！ 50、引领洁能新风尚。 51、聚万物之源，开百业之能。 52、银风，“吹”向世界的洁净能源！ 53、任尔东南西北风，我自从容笑纳。 54、银风，引领世纪新能源。 55、银风给你能量和惊喜。

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。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。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。本人授权省级优秀学士学位论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。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

小型家用风力发电机毕业设计

小型家用风力发电机毕业设计 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】

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朝阳产业。本论文详细阐明了小型独立风力发电系统的设计方案，对风力发电机组的结构和电能的变换及继电控制电路做了深入的研究。本文提出的解决方案为，风力发电机组带动单相交流发电机，然后通过AC—DC—AC 变换为用户需要的标准交流电，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，在风能不充足时亦可为负载供电。系统的运行状况采用继电控制电路监控和切换。本论文的重点在于继点控制电路的设计，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，最后电气控制部分进行了系统仿真。关键词：风力发电机组；整流——逆变；继电控制目录

引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，因此，能源和环境问题成为当今世界所面临的两大重要课题。由能源问题引发的危机以及日益突出的环境问题，使人们认识到开发清洁的可再生能源是保护生态环境和可持续发展的客观需要。可以说，对风力发电的研究和进行这方面的毕业设计对我们从事风力发电事业的同学是有着十分重大的理论和现实意义的，也是十分有必要的

第一章绪论风能是一种清洁的、储量极为丰富的可再生能源，它和存在于自然界的矿物质燃料能源，如煤、石油、天然气等不同，它不会随着其本身的转化和利用而减少，因此可以说是一种取之不尽、用之不竭的能源。而矿物质燃料储量有限，正在日趋减少，况且其带来的严重的污染问题和温室效应正越来越困扰着人们。因此风力发电正越来越引起人们的关注。风力发电概述 1.1.1风力发电现状与展望全球风能资源极为丰富，技术上可以利用的资源总量估计约53×106亿kWh /年。作为可再生的清洁能源，受到世界各国的高度重视。近20年来风电技术有了巨大的进步，发展速度惊人。而风能售价也已能为电力用户所承受：一些美国的电力公司提供给客户的风电优惠售价已达到2～美分/kWh，此售价使得美国家庭有25%的电力可以通过购买风电获得。 2004年欧洲风能协会和绿色和平组织签署了《风力12——关于2020年风电达到世界电力总量的12%的蓝图》的报告，“风力12%”的蓝图展示出风力发电已经成为解决世界能源问题的不可或缺的重要力量。按照风电目前的发展趋势，预计2008～2012年期间装机容量增长率为20%，以后到2015年期间为15%，2017～2020年期间为10%。其推算的结果2010年风电装机亿KW，风电电量×104亿kWh，2020年风电装机亿KW，风电电量×104亿kWh，占当时世界总电消费量×104亿kWh的%。世界风电发展有如下特点：

风光互补发电系统设计

5.3.1风光互补发电系统设计风能和太阳能都具有能量密度低、稳定性差的弱点，并受到地理分布、季节变化、昼夜交替等影响．然而太阳能与风能在时间上和地域上一般都有一定的互补性，白天太阳光最强时，风较小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强．在夏季，太阳光强度大而风小；冬季，太阳光强度小而风大。太阳能发电稳定可靠，但目前成本较高，而风力发电成本较低，随机性大，供电可靠性差。若将两者结合起来，可实现昼夜发电．在合适的气象资源条件下，风光互补发电系统能提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性，在很多地区得到了广泛的应用．如图5.1为某地10 月份某日典型的太阳能和风资源分布，因此采用风光互补发电系统，可以弥补风能和太阳能间歇性的缺陷。图5.1 某地10 月份典型日太阳能和风能资源分布图风光互补发电的优势：（1）利用风能和太阳能的互补性，弥补了独立风电和独立光伏发电系统的不足，可以获得比较稳定的和可靠性高的电源。（2）充分利用土地资源。（3）保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量。（4）对系统进行合理的设计和匹配，可以基本上基本上由风光互补发电系统供电，获得较好的经济效益。 5）大大提高经济效益。

风光互补发电系统主要组成部分（1）发电部分：由一台或者几台风力发电机和太阳能电池阵列构成风—电、光—电发电部分，发电部分输出的电能通过充电控制器与直流中心完成蓄电池组自动充电工作。（2）蓄电部分：蓄电部分主要作用是将风电或光电储存起来，稳定的向电器供电。蓄电池组在风光互补发电系统中起到能量调节和平衡负载两大作用。（3）控制及直流中心部分：控制及直流中心部分由风能和太阳能充电控制器、直流中心、控制柜、避雷器等组成，完成系统各部分的连接、组合及对蓄电池组充放电的自动控制。控制及直流中心具体构成参数由最大用电负荷与日平均用电量决定。（4）供电部分：供电部分不可缺少的部分是逆变器，逆变器把蓄电池储存的直流电转换为交流电，保证交流负载的正常使用。同时，还有稳压功能，以改善风光互补系统的供电质量。图5.2 风光互补发电系统设计一个完善的风光互补发电系统需要考虑多种因素．如各个地区的气候条件，当地的太阳辐照量情况，太阳能方阵及风力发电机功率的选用，作为储能装置蓄电池的特性等．因此，必须选择建立一些先进的数学模型进行多种计算，确定合理的太阳能电池方阵和风力发电机容量，使系统设计最优化．数学模型计算 1.蓄电池容量计算蓄电池的容量C 通常按照保证连续供电的天数来计算：

小型风力发电机

怎样利用风力来发电呢? 我们把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。（大型风力发电站基本上没有尾舵，一般只有小型（包括家用型）才会拥有尾舵）风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。（现在还有一些垂直风轮，s型旋转叶片等，其作用也与常规螺旋桨型叶片相同）由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定；所以，在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是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。通常人们认为，风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定，总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的。目前的风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。在内地，小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台200W风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用，获得500W甚至1000W乃至更大的功率出。小型风力发电机介绍一，小型风力发电机的使用条件小型风力发电机一般应在风力资源较丰富的地区使用。即年平均风速在3m／s以上，全年3-20m／s有效风速累计时数3000h以上；全年3-20m／s平均有效风能密度lOOW／m2以上。在选择使用风力发电机时，要做到心中有数，避免盲目性，这样才能充分地利用当地的风力资源，最大限度地发挥风力发电机的效率，取得较高的经济效益。应该指出的是，在风力资源丰富地区，最好选择风机额定设计风速与当地最佳设计风速相吻合的风力发电机。如能做到这一点无论是从风力机的选择上，还是利用风力资源的经济意义上都有重要的意义。风洞试验证明，风轮的转换功率与风速的立方成正比，也就是说，风速对功率影响最大。例如，在当地最佳设计风速为6m／s的地区，安装一台额定设计风速为8m／s的风力发电机，结果其年额定输出功率只达到原设计输出功率的42％，也就是说，风力发电机额定输出功率较设计值降低了58%。若选用的风力发电机额定设计风速越高，那么其额定功率输出的效果就越加不理想。但也必须指出，风力发电机额定设计风速偏低，其风轮直径、电机相对要增大，整机造价相应也就加大．从制造和产品的经济意义上考虑都是不合算的。二，小型风力发电执使用的一般要求目前，小型风力发电机都采用蓄电池贮能，家用电器的用电都由蓄电池提供。所以，用电时总的原则是，蓄电池放电后能及时由风力发电机给以补充。也就是说，蓄电池充入的电量和用电器所需消耗的电量要大致相等(一般以日计算)。下面举一例说明这一问题：某地区使用了一台风力发电机，额定风速输出功率为IOOW,假设，该地区某日相当于额定风速的风力吹刮时数连续为4h，则该风机日输出并贮存到蓄电池里的能量为400Wh。考虑到铅蓄电池的转换效率为70%，则用户用电器实际可利用的能量280Wh。如果该用户使用的电器有： (1)15W灯泡两只，使用4h，耗能为120Wh； (Z)35W电视机一台，使用3h，耗能为105Wh； (3)15W收录机一台，使用4h，耗能为60Wh。