篇一：最新风力发电毕业论文
毕业论文
论文题目：风力发电的发展未来
学 号：091114044
班 级; 09
学生姓名：
专 业：
风电（2）班 吴元林 风能与动力技术2011年06月9日
论文题目：风力发电的发展未来
吴元林 作者：_________________________
指 导 教 师：单位：
论文提交日期：2011年06月 10日方占萍 酒泉职业技术学院
摘要：为缓解我国能源问题,有效利用风能资源,发展风电产业,我国于
2006年颁布实施了《可再生能源法》,同时出台了支持风电产业发展的各种财政政策,过去的几年间我国风电产业实现了“爆发式”增长,但是在风电产业高速发展的同时,从风电机组的制造到风电场开发建设及运营管理,再到风电上网等各环节的问题也逐步显现出来,如何保证风电产业健康快速的发展成为一个亟待解决的问题。
关键词：能源问题;风电产业;问题及建议
目 录
摘 要 ......................................................................................... 错误！未定义书签。 目 录 ........................................................................................................................... I
第一章 绪论 ............................................................................................................... 2
第二章 风力机组的各大系统 ..................................................................................... 3
第三章 风电的未来发展 ........................................................................................... 5
结 语 ........................................................................................................................... 8
参考文献 ....................................................................................................................... 9
致 谢 ......................................................................................................................... 10
第一章 绪论
风能作为一种清洁的可再生能源，党中央、国务院对其开发利用非常重视，有关部门出台了一系列的方针政策，对增加我国能源供应、调整能源结构和保护生态环境起到了积极作用，促进了可再生能源的发展。 华北、西北、东北三个地区是我国陆上风能资源最丰富地区，江苏是海上风能资源最丰富地区之一，这四个地区风电发展具有一定代表性。为深入研究大规模风电接入系统对电网稳定运行的影响，制定完善相应的标准和管理规范，电监会组织并邀请中国科学院、中国电力科学研究院风电专家组成调研组，先后对东北三省、内蒙古、甘肃、新疆、江苏等七省（区）的风电场建设、运行情况进行了调研。调研组与地方政府有关部门、电网公司、风电企业进行了座谈，并实地考察了相关电力调度中心和部分风电场。到2003年底，全球风力发电装机容量已突破四千万千瓦，风力发电占全球电力供应的0.5％。2003年全球新增风电装机容量便超过830万千瓦，而过去5年来全球风电装机容量年均增长速度超过26.3％。目前全世界风电工业规模约为120亿美元，预计到2020年可望达到1200亿美元。
欧洲是全世界风力发电发展速度最快，同时也是风电装机最多的地区。2003年底欧洲地区累计风电装机容量为2930万千瓦，约占全球风电总装机容量的73％。尽管2003年欧洲风电装机增长幅度有所放缓，年增幅由02年的35％降为23％，不过随着一些欧洲国家海上风电项目的发展，预计欧洲地区风电装机仍将维持快速增长的势头。美洲地区风电装机容量达690万千瓦，占全球风电总装机的17％。亚洲地区风力发电与美欧相比还比较缓慢，除印度一支独秀以外，其它国家风电装机容量均很小。
风电累计装机容量居前五位（到2003年底）的国家依次是：德国（14612MW）、西班牙（6420MW）、美国（6361MW）、丹麦（3076MW）和印度（2120MW）。世界各国风力发电现状如下：
德 国
80年代后期德国仅有1.5万千瓦风电装机，得益于90年代初出台的一系列鼓励可再生能源利用的政策，1999年底风电装机跃升至444.3万千瓦，2003年底累计装机更高达14,612MW，是目前世界上风电装机最多的国家，占全球风电总装机容量的三分之一以上（36.3％）。尽管2003年德国风力发电增幅有所放缓，但仍然维持较高水平。德国雄心勃勃的海上风电计划将为其风电发展提供新的动力，预计未来五年间德国还将新增13,450MW风电装机，约占全球新增装机容量的25％。
美国
2003年美国风力发电发展迅速，新增装机169万千瓦，累计装机636万千瓦。过去5年来，美国风电年均增速达24％，目前有超过27 个州有风电场建成。
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篇二：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%～
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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。
3、小型风力发电系统中，蓄电池的充电设备均有欠、过压保护装置，如果电压波动不稳，变化幅度较大，势必会造成这些装置频频动作，对这些保护装置的寿命造成直接的影响。
4、没有考虑风能变化、负载变化以及蓄电池状态相互之间的关系；
5、小型风力发电系统由于成本的原因，发电机和蓄电池的保护措施比较简单，这就导致系统的综合可靠性和效率较差，往往达不到设计使用寿命[4]。
1.1.3 本课题的重点
现有的小型风力发电系统存在能量转换效率低、蓄电池使用寿命短、控制简单和缺乏完整的系统功率控制等问题。因此提高对蓄电池的充电速度，减少充电损耗，正确地监控蓄电池状态，确保蓄电池的正确使用、延长蓄电池的使用寿命对小型风力发电有着重要意义。本文研究的目的是在分析现有的小型风力发电系统的基础上，设计简单、高效、高可靠性的风机控制器，实现风电系统可靠及优化运行。控制器是由一些电子元器件组成，起一个“开关”的作用[5]。当风力发电机输出的交流电经过整流后，如果蓄电池电压低于系统设定的电压时，控制器使充电电路接通，风力(本文来自：wwW.xIaocAofanwEn.coM 小草 范文 网:风力发电机毕业设计)发电机开始向蓄电池充电；当蓄电池电压上升到保护电压的时候充电控制开关电路截止，风力发电机停止向蓄电池充电，以免蓄电池过充影响寿命。
在实际运行中，控制器应具有以下主要功能：
1、保证风机安全运行，在电气特性和机械特性允许范围内运行；
2、减少风速随机变化对输出电能的影响，使输出电压稳定，减少纹波；
3、合理调度系统电能，保证向负载提供连续电能；
4、保护蓄电池，防止过充和过放，提供足够充电能量进行快速充电[6]。
综上所述，研究可靠性更高、价格更廉的小型风力发电控制器，对于增强市场竞争能力，加速小型风力发电的普及和应用，节约能源和保护环境都具有重要意义。
1．2 蓄电池的工作原理
1.2.1 铅蓄电池的电化学特性
蓄电池在风力发电系统中是作为储能器件使用的。常见的蓄电池有铅酸蓄电池和碱性蓄电池。本文采用铅蓄电池，它是用铅和二氧化铅作为负极和正极的活性物质，以27%～37%浓度的硫酸作为电解液的电池，即通常所说的铅酸蓄电池。
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过程是负极进行氧 2
化，正极进行还原的过程；电池补充化学能的过程则是负极进行还原，正极进行氧化的过程[7]。
铅蓄电池充电时，正极上的硫酸铅氧化成二氧化铅，负极上的硫酸铅还原成金属铅；放电后正、负两极都生成硫酸铅(PbSO4)这种硫酸盐。
放电反应和充电反应互为可逆反应。放电反应消耗电解液中的硫酸，生成水，结果是硫酸溶液的浓度下降。充电时极板中的硫酸铅转变成铅和二氧化铅，把硫酸根放回电解液，与水形成硫酸(H2SO4)，浓度又逐渐上升，最后达到一稳定值。因此，可以用电池中硫酸溶
液的密度来衡量电池充放电的程度。
铅蓄电池放电时，它的大部分化学能转换成电能供给外电路，一小部分化学能转换成热能散失掉。同时活性物质和电解液转变成PbSO4+2H2O+PbSO4这个物质体系。在放电过程
中，蓄电池内的电化学反应吸收热量，内阻产生的热量被电化学反应吸收，所以放电时蓄电池温升较低。
充电时，蓄电池把外界传输给它的电能转换成化学能储蓄到Pb+2H2S04+S02这个物质
体系之中。这个物质体系比PbSO4+2H20+PbSO4含有更多的化学能。因此，刚充足电的蓄电
池电压高，电解液浓，能量多。所以要特别注意和小心避免发生短路。
在充电过程中，蓄电池内的电化学反应释放热量；此外，充电电流流过蓄电池的内阻时，也产生热量，蓄电他的温度因此升高[8]。蓄电池充电电流越大，温升越高，就是这个缘故。充电时还伴随着一个很难避免的副反应，就是电解水生成氢气和氧气。特别是充电后期，电压升高了，电能主要消耗在电解水方面，而且对极板活性物质很不利。因此在充电过程中要对蓄电池进行过充电保护。
1.2.1 蓄电池充电器的发展
充电方式的选择直接影响着电池的使用效率和使用寿命，充电技术近年来发展非常迅速。充电器的发展经历了三个阶段：
1、限流限压式充电器
最原始的就是限压式充电，然后过渡到限流限压式充电，它使用的方式就是浅充浅 寿命表述就是时间，没有次数，比如10年[9]。这种充电模式的效果较差。
2、恒流/限压式充电器是充电器发展的第二阶段，这种模式的充电器占据了充电器市场近半个世纪。首恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电。一般两阶段之换电压就是第二阶段的恒电压。这种充电器充电电流总是低于电池的可接受能成充电效率低，大大降低了电池的寿命。
3、自适应智能充电器
随着大规模集成IC的出现，充电设备进入了一个全新的自适应、智能阶段，即称 代充电器。自适应充电器遵循各类电池的充、放电规律进行充、放电。并且具有温度补偿功能。充电系统由具有特殊功能的单片机控制，不断检测系统参数，按模糊法不断调整充
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电参数，同一充电器可适应不同种类电池的充电，充电器自适应调的输出电流，无需人工选择，避免操作失误[10]。
2 系统总体设计
2.1 课题要求
目前，小型风力发电机都采用蓄电池贮能，电器的用电都由蓄电池提供，蓄电池放电后能及时由风力发电机给以补充。由于风能的随机性以及风速变化范围比较大，给蓄电池充电带来困难。本课题将初步设计一个风力发电系统中的控制器，实现蓄电池的充电控制。
具体内容和要求包括：
1、对国内外小型风力发电能量存储研究现状和常用的蓄电池充电方法有深入了解。
2、完成控制蓄电池充电的硬件设计方案，包括硬件选型。建立起以单片机为主控制芯片的控制系统，带有必要的保护功能。
3、完成基本程序的编写和调试，能满足蓄电池在充电电流不超过Imax=（0.1C～0.5C）A，充电电压不高于过充电压的情况下，快速给蓄电池供电。
4、所设计的系统应能实现基于单片机的蓄电池安全快速充电，并能带有必要的显示功能，使适用者及时了解蓄电池的充电情况。
2.2 采取的充电控制策略
本文结合了一些普通充电器的充电策略，又根据风力发电的不稳定性和蓄电池的充电特性做出了以下的充电策略：
充电过程分为三个阶段：涓流充电阶段、大电流充电阶段和浮充电阶段。通过采样电路得到实时的蓄电池的充电电流和充电电压数据，CPU根据A/D送来的数据判断蓄电 的充电状态，输出相应的D/A数据，从而得到合适脉宽的PWM波，调节蓄电池的充电电流。在每个充电阶段，如果充电电流大于了规定的电流值，CPU会调节D/A输出，从而调节充电电流。另外，系统还包括键盘模块，当使用者不满意当前的充电电流时，可以用键盘设置D/A参数，调节电流。在本设计中，为了节省CPU的时间，键盘采用的是中断扫描的方式。LED显示模块实时显示充电电流、充电电压和PWM输出百分比。
3 硬件电路部分
3.1 硬件原理图的总体设计
如图3.1所示：
4
小型风力发电控制器设计
图3.1 硬件结构框图
蓄电池充电控制系统的电路框图如图3.1所示，主控制器采用AT89C51微处理器为控制核心，辅助电源用于提供电路所需的多路电压，A/D采样电路完成电流和电压的采样，驱动电路驱动充电电路中的MOS管的通断来调节充电电流，实时打开卸荷电路防止蓄电池过充。
3.2 风力机选型
在本设计中选用的是HY-400型风力机。其技术参数如表3.1所示。风力涡轮机叶片由超高强度的工程塑料精密铸造成型，风轮运转平稳而宁静。该风轮的翼型经气动力学专家精心设计而成，具有极低的启动及切入点，极高的风能利用效率并能依藉叶片自身的气动力效应防止任何风况下飞车。发电机采用优质高强永磁材料，发电机体积小、重量轻而且发电效率高。电机专家独特的电磁设计技术造就了该发电机具有及其微小的起动阻力矩，有效保证了HY系列在微风中便能启动。该发电机的 发电效率、起动性能以及超速过载能力堪称当今世界一流。整机全部采用优质铝合金精密压铸部件与不锈钢配件，整机重量极轻。广泛适用于-30℃～60℃气温、高湿度、风沙及盐雾等多种环境，具有极高的可靠性。
HY型小型风力发电机造型优美、安装简便[11]。
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篇三：小型家用风力发电机毕业设计
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
摘要............................................................................................................................................ 1
目 录........................................................................................................................................ 2
引 言........................................................................................................................................ 4
第一章 绪论.............................................................................................................................. 5
1.1 风力发电概述 ..................................................................................................................... 5
1.1.1 风力发电现状与展望................................................................................... 5
1.1.2 风力发电的原理和特点............................................................................... 6
1.2 论文系统概述 ..................................................................................................................... 7
第二章 风力机原理及其结构.................................................................................................. 8
2.1 风力机的气动原理 ............................................................................................................. 8
2.2 风力机的主要部件 ............................................................................................................. 8
2.3 风力机的功率 ..................................................................................................................... 9
第三章 电气设计部分............................................................................................................ 10
3.1 发电机 ............................................................................................................................... 10
3.1.1 发电机结构、工作原理及电路图............................................................. 10
3.1.2 励磁调节器的工作原理............................................................................. 11
3.2 整流部分 ........................................................................................................................... 12
3.2.1 电路图和工作原理..................................................................................... 12
3.2.2 参数选择..................................................................................................... 15
3.3 蓄电池 ............................................................................................................................... 16
3.3.1 蓄电池的性能............................................................................................. 16
3.3.2 充放电保护电路......................................................................................... 17
图3-8充放电保护电路....................................................................................... 17
3.3.3 蓄电池组供电控制设计............................................................................. 18
3.4 逆变电路 ........................................................................................................................... 18
3.4.1 逆变电路及其工作原理............................................................................. 18
3.4.2 IGBT的驱动电路........................................................................................ 19
结 论...................................................................................................................................... 22
参考文献.................................................................................................................................. 2
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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。
1.1 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2～2.5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1.98亿KW，风电电量0.43×104亿kWh，2020年风电装机12.45亿KW，风电电量3.05×104亿kWh，占当时世界总电消费量25.58×104亿kWh的11.9%。
世界风电发展有如下特点：
（1）风电单机容量不断扩大。风电机组的技术沿着增大单机容量、提高转换效率的方向发展。风机的单机容量已从600KW发展到2000～5000KW,如德国在北海和易北河口已批量安装了单机5000KW的风机,丹麦已批量建设了单机容量2000～2200KW的风机。新的风电机组叶片设计和制造广泛采用了新技术和新材料，有效地改善并提高了风力发电总体设计能力和水平。另外,可变桨翼和双馈电机的采用,使机组更能适应风速的变化, 大大提高了效率。最近,又发展了无齿风机等,进一步提高了安全性和效率。
（2）风电制造企业集中度较高。目前，主要风电设备制造企业集中在欧美国家，全世