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离网风力发电系统设计

摘要:现在的电力行业大部分是依靠煤电来满足用户的用电量，所以每年都

需要消耗许多的煤炭，使大气污染更加严重。但是风力发电因为成本、供电范围

还有效率等的优势，得到迅速发展。现在的风力发电除了大型并网风力发电系统，

还有离网型风力发电系统，这种发电系统不仅可以解决偏远地区用电难的问题，

而且还可以和现在的供电方式互补，提高环境效益与经济效益。目前为止，离网

型风力发电系统在我国很多地区已经普及，可是还没有大面积的产业化，由于现

在离网型风力发电系统的结构复杂性，加上设备的良莠不齐，以至于人们对其可

靠性与经济成本等存在一定疑问，这些就成为了阻碍人们正确认识离网风力发电

系统的主要影响因素。目前国内离网风力发电系统分为交流系统和直流系统。其

中，最常用的形式是交流系统，主流的离网风力发电系统结构包含：交流风力机、

蓄电池组、整流器、逆变器还有控制器等等。

关键词：风力发电；离网；蓄电池；

一、绪论

1.1课题背景以及研究的意义

随着我国社会的进步和科技发展，各行各业也都在飞速发展，这些行业的

发展都离不开电力、石油和煤炭等能源，而这些能源都是不可再生资源，需求量

的增多必然会造成环境与资源问题，所以说新能源的开发和利用，已经成为一个

迫在眉急的问题。现在，国家积极号召开发新能源，加上科技进一步发展，一场

新能源革命已经慢慢地在全球范围内展开。

在可再生资源中，最常见的就是太阳能跟风能了，其中风能是人类通过某种

能量转换装置把流动空气转换成电能，所以说利用风力发电是没有任何污染的。

这种能量转换装置就是风车，风力越大，产生的动能越大，发电量也就越高。虽

然现在我们所用的电大部分还是火力发电产生的，但是这不代表以后也是这样，

据统计，风力发电的装机容量在短短的十年里已经翻了几十倍。

1.2离网风力发电系统的简介

所谓离网风力发电系统，意思就是可以独立储存电能、并且可以独立运行的

小型风力发电系统，其发电产生的电能并不能进入电网，仅限于用户自己使用。

而这种小型离网风力发电系统所采用的发电系统就是交流供电，并且大部分使用

铅酸电池作为储能方式。

二、小型离网风力发电系统的原理

2.1离网风力发电系统组成

离网发电系统所生产的电能只用于自己独立运作，并不能进入普通电

网。风力机、发电机、电池组、监控装置、转换装置和保护装置等是它的主要组

成部分。

2.2风力机

风力发电系统的风力发电机机是由风轮、发电机、变速机构、调向机构、手

动和电气控制、塔架等部分组成的。

2.3发电机

有两类发电机常用于风力发电，一种是异步发电机，另一种是同步发电机。

同步发电机中又有永磁同步发电机和励磁同步发电机之分；异步发电机又有绕线

式和笼形异步发电机，两者的区别是转子结构不相同。

2.4、励磁调节器的工作原理

在风力发电系统中，励磁调节器是非常重要的部分，它可以自动调节发

电机的励磁电流大小。毕竟风速不可控制，风速可以影响到发电机的转速，而励

磁调节器有利于减小发电机端电压受到发电机转速的影响。

2.5蓄能装置

因为离网发电系统不并入电网，所以多余电能的储存就成为了一个非常重要

的部分，现在最长使用的存储装备就是电池组了，所以我们把电池组也作为本次

设计的储存装置。每当用电负荷小或者风力比较大时，就会产生剩余电量，这个

时候蓄电池组会把剩余电量存储下来；而到了用电负荷较大或者是风力不够时，

蓄电池就会放电，从而稳定用户的用电。我们使用的是免维护蓄电池，它主要是

由铅钙合金做成的，相对于常见的铅酸电池，它有自身的腐蚀很小、存储时间更

长等等优点。

2.6整流器

因为风力发电系统发出的电是交流电，而蓄电池充电需要直流电，所以整流

器的作用就不言而喻了，另外有部分直流负载也需要直流电。目前离网风力发电

的整流当时有很多，其中二极管整流是性价比最高的，因为其成本较低、容易控

制、结构也非常简单。二极管整流容易产生谐波电流，但是离网风力发电系统独

立运行，所以这个缺点并不需要考虑。不仅如此，二极管整流具有单向导电性，

当没风或者是风小的时候，它也能保证电能单向传输到蓄电池里，安全性大大提

升。如图2-1

图

2-1

2.7逆