毕业论文（设计）风力发电概况

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1、风力发电概况摘要：风力发电装置利用风力带动叶片旋转，将风能转化为机械能，然后使用发电机将叶片旋转的机械能转化为电能。发电机发岀的电能为不稳定的交流电，需要将交流电整流成直流电供给直流蓄电池，或者将直流电经过逆变器转换成稳定的交流电输入到电网。正文：风能是一种清洁可再生能源，对环境无污染、对生态无破坏。其蕴量巨大,全球的风能约为2.74X10A9MW,其中可利用的风能为2X10A7MW,比地球上可开发利用的水能总量述要大10倍。风能密度低是风能的弱点之一。在1个标准大气压(101325Pa).o°C条件下，空气的密度是淡水密度的1.293%,淡水

2、密度是空气密度的773・3倍。风能与空气密度成正比，与风力发屯机叶轮直径的平方成正比。因此，风电与水电相比，单位装机容量(kW)和单位发电量(kWh)的机械设备较大，从而使风电度电成本增加。自然风是一种随机的湍流运动，风能的不稳定性也是风能的弱点之一。因此，风能的不稳定性也是促使风电度电成本增高的因素之一。把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发屯的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。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，大体上可分为风轮、风力发

3、电机、塔架、机舱、调向装置、调速装置、刹车制动装置和增速器及联轴器，如图1所示。图1水平轴风力机结构组成风轮把风能转化为机械能。由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化，使转速不稳定，所以在带动发电机Z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。发电机是把由风轮得到恒定的转速，通过升速传递给发电机均匀运转，把机械能转变为电能的装置。风力发电屮常用的发屯机有：同步发电机、笼型感应发电机、绕线转子异步发电机、双馈式发电机及磁场调制发电机。不同的发电机采用不同的方式与电网相接，以绕线转子界步发电

4、机为例，定子与电网直接连接输送电能，同时绕线式转子也经过变频器控制向电网输送有功或无功功率。绕线转子感应发电机与电网相接有多种方式。一种方式中，定子通过两只性能优良的电流型PWM逆变器接入电网，转子直接通过集电环接网，如图2所示。另一种方式中，定子直接接电网，转子通过集电环馈入可控变频电流，如图3所示。变频器A变频5BB在风力发电机组中可能会常用到的控制器有：整流器、逆变器、变频器及充电控制器。整流器是将交流电转化为直流电的装置。在风力发电机上，由于现代风力发电机基木上都使用交流发电机，当需要把风电变成直流向蓄电池充电时,就要将三相交流电经变压

5、器降压至可以充电再经整流变成直流。在小型离网发电机屮经常用到整流器，如图4所示为小型离网风力发电原理图。图4小型离网风力发电原理图整流可分为半波整流和全波整流。桥式全波整流是应用比较广泛的整流方法其原理图如图5所示。桥式整流电路的工作原理如下：血为止半周时，对D^D2加正向电压,D1、D2导通，对D3.D4加反向电压,。3、。4截止。电路中构成“2、6、心、通电冋路，在俭上形成上正下负的半波整流电压。色为负半周吋，对久、加正向电压，％、导通;对6、加反问电压,6、截止。电路屮构成“2、。3、肛、久通电回路，同样在他上形成上止下负的另外半波的整流

6、电压。如此重复下去,结果在心上便得到全波整流电压。整潦电珞图图5桥式全波整流原理图逆变器与整流器的作用相反，逆变器是一种把直流电转化为交流电的装置。典型的逆变电路如图6所示，它由主逆变电路、输入电路、输出电路、控制电路、辅助电路和保护电路等组成。其中逆变开关电路则是逆变器的核心，简称为逆变电路。它通过半导体开关器件的导通与断开完成逆变功能。1输入电路1—1tUe辅助电路T主逆变电路｝控制电堵保护电路图6逆变电路的基本构成现以最简单的单相桥式逆变电路为例，说明逆变器的工作过程。单相桥式逆变屯路如图7(a)所示。输入直流电压为E,R代表逆变器的纯电

7、阻性负载。当开关心、鸟接通后，电流流过K］、R和心时，负载R上的电压极性是左正右负；当开关K］、伦断开，伦、心接通后，电流流过©、R和短，负载R上的电压极性与前次反向。若两组开关K］、心和心、/Q以频率f交替切换工作，负载R上即可得到波形为方彼，频率为f的交变电压〃尺，如图7(b)所示。£1(“)踉项桥式逆变电路原理UrT(b)负戟匕的交流电圧波形图7DC/AC逆变原理风力发电虽然绿色环保，但是目前在发展过程中还是存在一些问题。首先，风力发电成本较高，世界上风力发电的成本已达到6美分/(千瓦*小时)以下，风力发电成本较高的主要原因是由于风力发电

8、机生产制造成本较高及风力发电在运行时的维护成本较高造成的。目前，安装在世界各地风电场的风力机组，绝大多数为恒速运行机组，而采用变速恒频发电系统后，风力