风力发电技术研究.docx

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1、 继续教育学院毕业论文（设计）山东大学继续教育学院毕业论文(设计)题 目 风光互补发电技术研究 姓 名 王玉玺 学 号 16208010012010 年 级 2016秋 专 业 电气工程及其自动化 学习中心 沧州职业技术学院 指导教师 贾春娟 填表日期 2018年8月24日 山东大学继续教育学院制22目 录摘 要3一、引言4二、标题4三、标题4四、结束语4参考文献6谢 辞7 摘 要风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电；光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电，通过逆变器将直流

2、电转换为交流电对负载进行供电；逆变系统由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的220v交流电，保证交流电负载设备的正常使用。同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量；控制部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节：一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。关键词：风光互补发电；风力发电；光伏发电Abstract:The wind power generation part uses wind turbines to convert wind energy into mechanical energy, converts mechani

3、cal energy into electric energy through a wind power generator, and then charges the battery through the controller, and supplies power to the load through the inverter; the photovoltaic power generation part utilizes the photovoltaic effect of the solar panel The light energy is converted into elec

4、tric energy, and then the battery is charged, and the direct current is converted into alternating current by the inverter to supply power to the load; the inverter system is composed of several inverters, and the direct current in the battery is changed into a standard 220v alternating current to e

5、nsure alternating current Normal use of the load device. At the same time, it also has an automatic voltage regulation function, which can improve the power supply quality of the wind-solar hybrid power generation system; the control part continuously switches and adjusts the working state of the ba

6、ttery pack according to the changes of the sunshine intensity, the wind force and the load: on the one hand, the adjusted electric energy Send directly to DC or AC load.Key words: wind power ; wind power generation; photovoltaic power generation第一章 引言1.1研究背景最初的风光互补发电系统，就是将风力机和光伏组件进行简单的组合，因为缺乏详细的数学计算

7、模型，同时系统只用于保证率低的用户，导致使用寿命不长。近几年随着风光互补发电系统应用范围的不断扩大，保证率和经济性要求的提高，国外相继开发出一些模拟风力、光伏及其互补发电系统性能的大型工具软件包。通过模拟不同系统配置的性能和供电成本可以得出最佳的系统配置。在国外对于风光互补发电系统的设计主要有两种方法进行功率的确定：一是功率匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的功率和风机的功率和大于负载功率，只要用于系统的优化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的发电量和风机的发电量的和大于等于负载的耗电量，主要用于系统功率设计。.据.统计.，.2014.年.可.再生.能源

8、.的.消耗量.占.全球消耗量.的.3.7.%.，.已经.比.十.年前增长.了.0.8.%.，.而.发电量.也.占.全球.总.发电量.的.7.3.%.。.在.可.再生.能源中，.太阳能和风能的使用最.v为普遍，目前，太阳能发电系统、风能发电系统，以及混合发电系统都受到了世界各国的广泛关注，现在已经在越来越多的城市和乡镇中投入使用。1.2研究背景在国外对于风光互补发电系统的设计主要有两种方法进行功率的确定：一是功率匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的功率和风机的功率和大于负载功率，主要用于系统的优化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的发电量和风机的发电量的和

9、大于等于负载的耗电量，主要用于系统功率设计。目前国内进行风光互补发电系统研究的大学，主要有中科院电工研究所、内蒙古大学、内蒙古农业大学、合肥工业大学等。各科研单位主要在以下几个方面进行研究：风光互补发电系统的优化匹配计算、系统控制等。目前中科院电工研究所的生物遗传算法的优化匹配和内蒙古大学新能源研究中推出来的小型户用风光互补发电系统匹配的计算即辅助设计，在匹配计算方面有着领先的地位，而合肥工业大学智能控制在互补发电系统的应用也处在前沿水平。1.3 本文主要研究内容本文对基本的风光互补发电系统的基本原理进行了阐述，并对其应用进行了详细的解释第二章 光发电系统基本原理光混合互补发电系统.可.独立.

10、运行.就近.供给.负载，.实现.孤岛.运行模式.，.也可.与电网相连补给并网运行，本文着重研究的是与大电网相连接的并网运行模式。该模式下风光互补发电系统主要由风力发电机组部分、太阳能光伏阵列发电部分、控制器、蓄电池、逆变器等主要部分组成，系统结构如图2-1所示。该系统是集风能和太阳能发电技术及系统智能控制技术为一体的可再生复合型能源发电系统。.图2-1 风光互补发电系统结构图2.1 风力发电系统 风能.源.的.使用.可.追溯到.2000.年前.，.早期.的风车.主要.用来.磨.制谷类.和.汲水.。.在.17.世纪和.18.世纪.近代.风车.重要的.代表.一.一荷兰.风车.不同.的.形式.出现.

11、，并.在.欧洲.被.大量.建造，.经过.不断.的演变.发展.到.了.20.世纪80.年代.，.人们开始对.它进行.专门.的.研究.，.发现.在.可.再生能源.方面.有着.巨大.空间。2.1.1 风力发电机组系统风力发电机姐系统（WTGS）将风力.的.动能.变成.电能.。由于.风能.时刻.变化不可.储存.的.特殊.性质.，因此.风力.发电机组.系统.的.运行必须.与.风.的.特性.相对.应.，.如.图.2.-.2.给出.了.风力.发电机组.系统.的.一般.示意图.。图2-2 风力发电机组通用示意图风力.发电.系统的.本质.是风力.通过带有.若干.叶片.的.风机将风能.转化.为.机械能.，.通常.

12、需要.风轮.低速.轴.和.发电机高速.轴.通过齿轮.箱.来.相互匹配.，.部分风力.机通过.带有.变.奖系统.来控制.转换.的.功率.，在.风.为.机上设有.风速仪.进行.风速.的测量.。最终.发电机.将.机械.能转化为.所需电能。根据风力机的运行转速可将风力发电机组系统分成下两类：恒速风力发电机组系统和变速风力发电.机组.口.。.恒.速.发电机组.系统.是.指采用.定.子.绕组.直接.与.电网.相连.的.感应.发电机.或.同步.发电机.所构成.的.风电.系统.，因为.结构.连接.特点.，此.系统.控制.简单.，.操作.简便.，.但.转速.由.电网.频率决定.无法.改变.，.风能.利用率.较低

13、.。.伴随.电力.电子.技术.逐步.完善，.己研制.出.可.通过控制.转子.绕组.中.电流.的.频率.，.在.不同.转子.转速下.保持.定.子.绕组.恒频输出的绕线式异.步.电机.发电.形式.，.该类发电.系统.由于.恒.频变.速称为变.速.风力发电机组.系统.，.变速.的.特性.使.风力.机.在.较大范围.均.可正常工作，极大.地.提高.了风能.利用.效率.，.能够减小.机械.应力.和.提高电能.质量.。2.2 光伏发电系统太.阳能.光伏.电池.（.简称.光伏.电池.）.能够.使.大自然.中.的.太阳光.能量.直接.转变.成.电力能源.。.其.基本.原理.是.太.阳光照.在.半导体.PN.结

14、上.构成.新.的.空穴.电子.对.，.然后在.结.电.场的.影响.下，.空穴由.N.区.流向.P区.，.电子.流向.相反.方向.，.组成.闭合.电路.形成.电流.。光伏.（PV.）.电池.就是.利用.光入.射在半导体.上.产生光电.效应.这.一.原理.进行.光能.到.电能.的转换.。.当今.，.大多数.太阳能.电池.选用.依托.光电.效应原理.的.薄膜.式.电池.口.W.，.地面.光伏.系统.多采用.基底.为.桂.的.娃.太阳能.电池.口.。.光伏.电池.按照.供电.需要.进行.适当.的.组合，.当.额定.功率.和.额定电压.的.大小.满足.一定.要求.时.，.这.组.光伏.电池.被.称为光伏

15、.组件.。.理想.光伏.电池.的.模型.可.简化.为一个.感光.电流.源.并联.一个.二极.管.的.电路.，太阳能.电池材料.吸收.了.光源.中.的.光子.，.一旦.电池.材料.的能.带.低于.光子.的.能量.，.则.电子.受激发.从而.进入.导.带.里.，.假如.将.光伏电池.的.输出端.与一个.负载.在外部.相连.形成.闭合.回路.，.就.会.有.电流.产生.，.其.等效.电路.模型.如.图.3.所.示，.该.电路.是由.串联电.阻.和.一个.分流.电.阻.及.一个.光.驱.电流.源构成。 图2-3 光伏等效电路2.3 本章小结本章主要对风力发电，光伏发电的基本原理进行了解释。同时对风光互

16、补发电技术进行了初步的解释。第三章 风光互补发电的应用在我国.风光.互补.发电场.比较.少.,.主要.集中.在.青藏高原.、.内蒙古.自治区.等.偏远.地区. .,.采用.独立.式.发电. .。.1998.年.和2000.年 ,我.国.的.长江.源.自然.保护.站.分别.安装.了.600 .W./.400 .Wp .(.Wp.为.光伏.发电.功. .率.).和.1000W/.400Wp.两.套.独立.运行.的.风光.互补.发电.系统.。2004.年. .12 .月., .华能.南澳.54MW./.100 .kWp .风光.互补.发电场成功.并入.当地.10kV.电网.,.是.我国.第一个.正式

17、.投入.商业化.运行.的.风光.互补.发电.系统.。.在.城市中.,.风光.互补.发电.系统.的.应用.主要.是.在.城市路灯.的.使用.上.。尽管.风光.互补.路灯.初.投资.较.高,.但是.不.需要.输电线路.和.开挖路面.做.埋.管.工程.,.不.消耗电能.,.从.长.远.来看., .该.系统.有.明显.的经济效益.。.风光.互补.照明.技术.在.城市.道路.和.景观.照明.、.项目.上.呈现.蓬勃发展.势头.,.国务院.公布的.21.世纪.发展.计划.中.明确.了发展.太阳能.和.风能的.战略.,.从.决.策上.也.指明.了方向。风.光互补.发电.系统.还.可以.用.在.高速公路.上.

18、的.路灯.、.报警.电话.或.信号.和.道路.标志.上.;.博览会.场.和.活动.会场的.场外.照明或.景观.点缀.;海上.的.辅助.电源,.比如.海上.导航.系统.,.既.节省电网.建设.成本.,.又.降低.能源.损耗.;.或是.在.灾难.时.作.通信用.、.避难.紧急.指示灯的.辅助.电源.,.以及需要.经常.移动.的.野外.作业.的.工作站等。在用电负荷比较小、用电可靠性要求不高的远离电网.的.农村.牧区.以及海岛.,.一般来说.,采用.电网.供电.不.太.现实.,.从.整个社会经济.看.也.是.一.种.浪费。.建立小型风光互补.发电.独立.电源系统.就.可以.解决.一般.的.照明.、.

19、家电.产品.或者.提水.等.生活.和.生产.用电.。3.1风光互补发电存在的问题风光互补发电比单独风力发电或光伏发电有以下优点：(1)利用风能、太阳能的互补性，可以获得比较稳定的输出，系统有较高的稳定性和可靠性；(2)在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量；(3)通过合理地设计与匹配，可以基本上由风光互补发电系统供电，很少或基本不用启动备用电源如柴油机发电机组等，可获得较好的社会效益和经济效益。风光互补发电系统可以根据用户的用电负荷情况和资源条件进行系统容量的合理配置，无论是怎样的环境和怎样的用电要求，风光互补发电系统都可做出最优化的系统设计方案来满足用户的要求，即可保证系统供电的

20、可靠性，又可降低发电系统的造价。应该说，风光互补发电系统是最合理的独立电源系统。太阳能和风能虽然存在上述一些优点，但是也有不足之处：(1)能量密度低太阳能和风能相对于火电、水电、核电等传统能源，其能量密度偏低，对于太阳能发电需要足够的受热面积，而风力发电机如果要提高输出功率，则必须要增加风轮的尺寸和整个风场的规模，才能达到我们所需要的电量，这都需要占用大面积土地资源。(2)间歇性、不稳定性和不可控性传统能源我们可以根据需求来调节供应，而太阳能只有在晴天和白天时才能，风机只有在风力达到要求时才能发电，且根据风速的大小风机输出的电量也随时都在变化，太阳能和风能的这种间性和不稳定性直接导致了不可控性

21、，所以要有效利用太阳能和风能，储能是必不可少的。由于这些不利的因素，太阳能或风能单独的经济可靠地使用就遇到许多技术问题。随着科学技术的发展，将太阳能和风能综合利用，组成一个互补系统成为一种实用的方式，使得我们可以更加稳定可靠经济合理地使用这无穷无尽的风光资源。32 实例设计设计依据：系统应用地点资源条件要求：（1）平均风速3.5m/s以上地点；（2）太阳能资源属类以上可利用地区。名称标称功率用电电压日工作时间监控120W220VAC24小时1设计系统配置图片产品名称产品型号产品描述数量风力发电机Air-breezeAir- breeze 24V， 额定功率1000W 起动风速3.58m/s，5

22、.85公斤，内置控制器，碳纤维叶片，20年免维护，3年保修。太阳能板S1200W单晶硅太阳能电池组件，转换率15%以上，最大电压：36V，最大电流：4.38安，20W/块，CE、TUV认证。使用寿命20年以上。太阳能控制器C241200太阳能额定输入功率：300W，系统电压：24V，最大电流： 20A，光控时控，最长12小时开灯时间，电池过放，过充保 护。电池200AH高性能免维护太阳能专用铅酸电池，12V，200AH/块， -40-60温度范围内使用，使用寿命3-4年。电池地埋箱BB-800AH800AH蓄电池地埋箱,防水,防腐蚀,电池恒温一套小型风光互补发电系统总价参考自然条件本套风光互补

23、供电器材，以贵州地区环境为参照，日照时间：2.5小时, 常年风速: 3.5米/秒以上 温度：-20-40。工作环境本系统在阴雨，无风条件下，可持续独立工作3天。保修时间风力设计寿命15年，太阳能板20年设计寿命，电池设计寿命4年. 风力发电机保修3年，其他保修1年。整个系统保修1年。价格条款以上报价不含安装和运输费用.电缆及配件需自备。备注其它配件根据实际需要另行选购。可靠性：系统在蓄电池饱和后可连续没有风没有太阳能补充能量的情况下正常供电3天。用电设备120W，我司配置方案各设备发电情况如下：一台AIR-X1000W 风力发电机日均发电量：1KW300W太阳能板日均发电量：0.3KW用电设备

24、日耗电量：0.3KW1KW+0.3KW=1.3KW0.3KW 此系统能保证用电设备的正常运行2主要设备介绍Air-x世界上最稳定的小型风力发电机，智能控制器内置与机身融为一体。美国西南风电生产，世界上最大的小型风力发电机生产商，具有21年的风能技术开发研究生产经验，至今已销售14万台，产品远销世界120个国家和地区，广泛应用于乡村供电、野外住宅或企业、街道照明、电信、监控、离岸平台、帆船同类型的风力发电机，体积和重量最小，只有5.85kg，机身长度只有67.5厘米，安装简易，整机流线型设计，有效降低风阻和叶片转动时产生的蜂鸣噪音，叶片采用碳纤维复合材料，质轻坚固耐用，有效防止叶片断裂飞车，机身

25、防腐蚀处理 ，结合兆瓦级的高端技术，微处理控制器在三次曲线的所有点上对发电机进行优化，对峰值功率跟踪，有效地向蓄电池供电和对叶片转动速度进行控制。Air-X技术参数：叶片直径：1.15米重量：5.85公斤运输包装尺寸：685368225毫米7.7公斤安装架：1.5吋40系列钢管48毫米外径起动风速：3.58米/秒输出电压：12伏，24伏和48伏直流额定输出功率：1200瓦（在风速12.5米/秒）风力电机控制器：基于微处理器的可监测峰值功率的智能型内置调压器机体：铸铝（海用型表面喷塑以防腐蚀）叶片：3个 - 碳纤维复合材料过速保护：电子扭矩控制每月发电量：114千瓦小时（在风速5.4米/秒）可承

26、受的极限风速：50米/秒产品保证期：3年有条件的保证期设计相关图片如下图所示 图3-1 设计图在我国.离.网.型.风光.互补.发电.系统.被.广泛.地.运用.于.通信.系统.的.中继站.。在.西北.广袤.的.土地.上.,.通信系统.的.中继站.的.电源问题.在.过去.一直.存在.着.维护.难和可靠性.低.的.问题.。小型.风光.互补.发电.独立.电源.系统.技术.的.日益.成熟.从.根本.上.解决.了.这.一.问题.,.使得.通信.系统.中继站.的.无人.值守.和.免.维护成为.可能,.不但.降低.了.运行成本.,.而且.提高.了.系统运行.的.可靠性.。.随着.风光.互补.发电.技术.的.日

27、趋.完善.,.其.应用.范围.也在不断.地.扩大。小结本章对风光互补发电技术的应用进行了详细的解释，通过举例具体说明了风光互补发电的优势。.第四章 总结 风.光互补发电.技术.是.一.种.较为.环保.的.发电.技术.，.为.可.持续.社会.发展.做出.了.强大的.贡献.。.经过.不断.深入.研究.发现.，.其应用.的.领域.及其.广泛.，.但.目前，.国内外.对.风光.互补.发电.的.研究大多.集中.于.互补.发电.系统.的.静态体系.结构.的.研究.、.蓄能.设备.的.配置.及.控制系统.仿真.等.。.为了促进.风光.互补.发电.系统.的进一步.发展.,.使.其成为.一.种.具有.竞争力.的

28、.清洁.电源., 应.加强.以下.方面的.工作.。a)进一步做好风光互补发电场的风能.资源.、.太阳能.光照资源.,.特别.是具有.风光.互补.发电.应用.潜力.的.小区域.气象.数据.的.勘测.统计.工作.,.为.风光.互补.发电系统.的广泛.应用.提供.更.可靠.的.依据. 。 b）研究风光互补发电.系统.各.组成部分的.动态.运行.特性,.降低.系统.运行.成本.,.提高.发电场.运行.质量.。参考文献1 孙洪涛, 陈丽, 王志军. 远程学习工具交互性研究J. 中国远程教育, 2017 (4): 33-41.2 加涅, 布里格斯, 韦杰, 等. 教学设计原理M. 华东师范大学出版社, 1999.3 Cross K P. Adults as Learners. Increasing Participation and Facilitating LearningJ. 1981.谢 辞正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文正文。