独立运行风力发电系统

1、独立运行风力发电系统 独立运行的风力发电机组，又称为离网型风力发电机组。独立运行的风力发电机组，又称为离网型风力发电机组。 典型的典型的离网型风力发电系统示意图如下所示。离网型风力发电系统示意图如下所示。 离网风力发电机组类型离网风力发电机组类型 按照用户类型分类，可以分为以下几种：按照用户类型分类，可以分为以下几种： 1 1、用于离网大用户供电的离网风力发电机组、用于离网大用户供电的离网风力发电机组 例如：电解铝产业例如：电解铝产业。 2 2、用于村落、农牧场供电微小型风力发电机组、用于村落、农牧场供电微小型风力发电机组 目前，我国微小型风力发电机组按额定功率分主要有目前，我国微小型风力发电

2、机组按额定功率分主要有1010 种：种：100W100W、150W150W、200W200W、300W300W、500W500W、1KW1KW、2KW2KW、3KW3KW、 5KW5KW、10KW10KW。型式为。型式为2323叶片，水平轴，上风向，多为永磁低叶片，水平轴，上风向，多为永磁低 速发电机，多数为定桨距机组，叶片材料多样，设计寿命速发电机，多数为定桨距机组，叶片材料多样，设计寿命1515 年。风轮功率系数大约在年。风轮功率系数大约在0.40.4左右，发电机组的效率在左右，发电机组的效率在0.80.8左左 右。右。 用于户用供电的离网风力发电机组用于户用供电的离网风力发电机组 离网型

3、户用风力发电机组是指离网型户用风力发电机组是指10kW10kW以下独立运行的、用蓄以下独立运行的、用蓄 电池储能的小型风力发电机组。电池储能的小型风力发电机组。 截至截至2004 2004 年底年底, , 我国离网型户用风力发电机组累计产量达我国离网型户用风力发电机组累计产量达 293153 293153 台台, , 总装机容量为总装机容量为89524.2kW, 89524.2kW, 预计年发电量约预计年发电量约92469246万千万千 瓦时。其中瓦时。其中,2004,2004年小型风力发电机组总产量年小型风力发电机组总产量24756 24756 台台, , 装机容装机容 量为量为11300k

4、W11300kW。所生产的小型风力发电机组。所生产的小型风力发电机组, , 除满足国内用户需除满足国内用户需 要外要外, , 还出口到欧洲、美洲、东南亚等还出口到欧洲、美洲、东南亚等2323个国家和地区。其保有个国家和地区。其保有 量、年产量和生产能力均列世界之首。量、年产量和生产能力均列世界之首。 几种型号机组的技术参数几种型号机组的技术参数 产品型号 发电 机额 定转 速 r/mi n 风轮 直径 m 叶片 数 风轮 中心 高m 启动 风速 m/s 额定 风速 m/s 停机 风速 m/s 额定 功率 W 额定 电压 V 配套 发电 机 重量 kg FD2-10040022536181002

5、8铁氧 体永 磁交 流发 电机 80 FD24-150450226374015028100 FD2.1-2004502.137382520028150 FD2.5-3004402.537382530042175 FD3-500 337382550042钕铁 珊永 磁交 流发 电机 185 FD4-1K 4393825100056285 FD5.4-2k 5.439482520001101500 FD6.6-3K 6.631048203000110电刷 爪级 1500 FD7-5k 721249405000220电容 励磁 异步 发电 机 2500 FD7-105601

6、000 0 2203000 微、小型风力发电机微、小型风力发电机 小型风力发电机示意图小型风力发电机示意图 1-1-风轮风轮 2- 2- 发电机发电机 3-3-回转体回转体 4-4-调速机构调速机构5-5-调调 向机构向机构 6-6-手刹车机构手刹车机构7-7-塔架塔架8-8-逆变器逆变器9-9-蓄电池蓄电池 小型风力发电系统效率很高；小型风力发电系统效率很高； 有一定科技含量的小系统：有一定科技含量的小系统： 风力发电机充电器数字风力发电机充电器数字 逆变器；逆变器； 风力发电机由机头、转体、风力发电机由机头、转体、 尾翼、叶片组成。每一部分尾翼、叶片组成。每一部分 都很重要；都很重要； 各

7、部分功能为：叶片用来接各部分功能为：叶片用来接 受风力并通过机头转为电能；受风力并通过机头转为电能； 尾翼使叶片始终对着来风的尾翼使叶片始终对着来风的 方向从而获得最大的风能；方向从而获得最大的风能； 转体能使机头灵活地转动以转体能使机头灵活地转动以 实现尾翼调整方向的功能；实现尾翼调整方向的功能； 机头的转子是永磁体，定子机头的转子是永磁体，定子 绕组切割磁力线产生电能。绕组切割磁力线产生电能。 离网风力发电系统可以分为直流、交流系统离网风力发电系统可以分为直流、交流系统 一、直流系统一、直流系统 独立运行的直流风力发电系统 二、交流系统，分如下两种：交流系统，分如下两种： 交流发电机向直流

8、负载供电 交流发电机向交流负载供电 叶片与风轮叶片与风轮 风轮一般由23 个叶片和叶柄、轮毂及风轮轴等组成。 图 风轮的基本结构 1-叶片 2- 叶柄 3-轮毂 4-风轮轴 调速装置调速装置 可变桨距调速装置：可变桨距调速装置： 下图是美国下图是美国MOD-0 型大型风力发电机变桨距调速装置型大型风力发电机变桨距调速装置 侧翼装置侧翼装置 偏心装置偏心装置 调向装置调向装置 尾舵 舵轮对风装置 四、发电机四、发电机 直流发电机、永磁发电机、同步交流发电机、异步交流发电机 五、塔架五、塔架 塔架用于支撑发电机和调向机构等。因风速随离地面的高度增 加而增加，塔架越高，风轮单位面积捕捉的风能越多，但

9、造价、安 装费等也随之加大。一般由塔管和34根拉索组成, 高度6 m9 m 六、控制器和逆变器、控制器和逆变器 控制器的功能是控制和显示风力机对蓄电池的充电, 使其不至 于过充放, 以保证正常使用和整个系统的可靠工作。逆变器是把直 流电(12V、24V、36V、48V)变成220V 交流电的装置。 七、蓄电池七、蓄电池 多采用汽车用铅酸电瓶, 近年来国内有些厂家也开发出了适用 于风能太阳能应用的专用铅酸蓄电池，在以后章节详细介绍。 蓄电池的常用术语蓄电池的常用术语 1、蓄电池容量、蓄电池容量 完全充电后放电到规定的终止电压时所能给出的电量。完全充电后放电到规定的终止电压时所能给出的电量。 符号

10、：符号：C 2、放电率、放电率 以某电流放电到规定的终止电压时所经历的时间以某电流放电到规定的终止电压时所经历的时间 标识：标识：20h、10h、5h、3h、1h、0.5h C20=100Ah放电电流为放电电流为5A 启动型，以启动型，以20h率标定，表示率标定，表示C20 20h放电率放电率 例：例：C=120Ah 固定型，以固定型，以10h率标定，表示率标定，表示C10 蓄电池的串并联 1、蓄电池串联 将相同型号的n个蓄电池串联，串联后电压等于他们 各个蓄电池电压之和。 蓄电池容量保持不变。 2、蓄电池并联 将相同型号的n个蓄电池并联，并联后电流等于他们 各个蓄电池电流之和。 蓄电池容量变

11、为单个蓄电池容量的n倍。 例如：某系统需要直流电压48V，蓄电池能够存储电量 48kWh，用一组2V/500Ah的蓄电池如何实现。 解：首先，把解：首先，把24个个2V/500Ah的蓄电池串联，组成一个的蓄电池串联，组成一个 48V/500Ah的电池串。然后再把相同的两组电池串并联。的电池串。然后再把相同的两组电池串并联。 电压：电压：2*24V=48V 容量：容量：2*500Ah=1000Ah 总存储能量：总存储能量：48V*1000Ah=48kWh 共需要共需要2V/500Ah的蓄电池的蓄电池48个。个。 蓄电池组容量选择与计算蓄电池组容量选择与计算 1 1、年能量平衡法、年能量平衡法 所

12、谓年能量平衡是通过分析风力发电机组一年中的发所谓年能量平衡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。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。 例如：某户安装例如：某户安装100W100W风力发电机组，年发电量风力发电机组，年发电量260kWh260kWh， 扣除损耗功率，全年剩余电能约为扣除损耗功率，全年剩余电能约为15kWh15kWh。其中。其中1515月份和月份和 10121012月份共富余电能月份共富余电能21.4kWh21.4kWh，而，而6969月份共亏电能月份共亏电能7kWh7kWh。 蓄电池的功能便是尽量将风电富余的电能存储

13、起来补足亏蓄电池的功能便是尽量将风电富余的电能存储起来补足亏 电的电的6969月份。月份。 已知风力发电机组输出电压已知风力发电机组输出电压24V24V，若完全保证，若完全保证6969月份月份 不中断供电，则配备的蓄电池容量为：不中断供电，则配备的蓄电池容量为： C=E/U=7000/24=292（Ah） 选选300Ah蓄电池蓄电池 2 2、无效风时能量平衡法、无效风时能量平衡法 无效风时是指当地风速小于风力发电机组发电运行的风速无效风时是指当地风速小于风力发电机组发电运行的风速 的时间。在无效风速时间，机组不发电，负荷只能依靠蓄能装的时间。在无效风速时间，机组不发电，负荷只能依靠蓄能装 置提

14、供电能。一旦风力发电机组运行风速确定，当地的无风小置提供电能。一旦风力发电机组运行风速确定，当地的无风小 时数便可统计出来。采用无效风速小时数来时数便可统计出来。采用无效风速小时数来 选择和选择和 计算蓄电计算蓄电 池容量有两种方法。池容量有两种方法。 连续最长无效风速小时计算法连续最长无效风速小时计算法 平均连续无效风速小时计算法平均连续无效风速小时计算法 连续最长无效风速小时计算法连续最长无效风速小时计算法 例如：例如：100W风力发电机组，运行风速风力发电机组，运行风速315m/s，当地风，当地风 速小于速小于3m/s共共3361h，共计，共计54次，平均次，平均62h，其中最长无，其中

15、最长无 效风速效风速102h，根据用户日负荷耗电为，根据用户日负荷耗电为0.493kWh，蓄电池，蓄电池 容量为：容量为： C=ED/(Ub)=493*(102/24) 240.8=109(Ah) E日负荷；日负荷； D最长连续无效风速天数；最长连续无效风速天数； U蓄电池电压；蓄电池电压； b蓄电池效率。取蓄电池效率。取0.8。 平均连续无效风速小时计算法平均连续无效风速小时计算法 在统计的无效风速小时数中，将在统计的无效风速小时数中，将1h的无效风速小时数的无效风速小时数 删去（如删去（如13次），然后以求出的年平均无效小时数作为计次），然后以求出的年平均无效小时数作为计 算天数算天数D，

16、依次有：，依次有： D=（3361-13） （54-13） 24=3.4（天）（一次平均（天）（一次平均 多少天）多少天） C=493*3.4 24 0.8=87(Ah） 考虑适当的裕度，蓄电池容量选用考虑适当的裕度，蓄电池容量选用90Ah。 3 3、风电盈亏平衡计算法、风电盈亏平衡计算法 风电与负荷之间常会处于风电过剩或者短缺的不平衡状风电与负荷之间常会处于风电过剩或者短缺的不平衡状 态，即风电盈亏。态，即风电盈亏。 例：某村落安装的独立运行风力发电系统，统计出系统例：某村落安装的独立运行风力发电系统，统计出系统 总得短缺容量为总得短缺容量为77508kWh，无效风速小时数，无效风速小时数3

17、639h，小时最，小时最 大短缺容量大短缺容量76.6kWh，小时平均缺电电量，小时平均缺电电量21.3kWh，通常以，通常以 小时平均缺电来计算蓄电池容量。计算公式如下：小时平均缺电来计算蓄电池容量。计算公式如下： C=E/KcU=21.3 0.1 0.44=484(Ah) E小时平均缺电量；小时平均缺电量；U蓄电池平均放电端电压；蓄电池平均放电端电压； Kc蓄电池放电率。蓄电池放电率。 考虑适当的裕度，蓄电池容量选用考虑适当的裕度，蓄电池容量选用500Ah。 4、基本负荷连续供电保障小时计算法、基本负荷连续供电保障小时计算法 由于蓄电池投资大，运行费用高，独立运行发电系统有由于蓄电池投资大

18、，运行费用高，独立运行发电系统有 时采用基本负荷连续供电保障小时计算法。时采用基本负荷连续供电保障小时计算法。 例：某用户生活负荷例：某用户生活负荷15.4kWh，供电端处电压，供电端处电压440V。考。考 虑用户用电量的增长，留虑用户用电量的增长，留20%裕度，即按裕度，即按18.5kWh计算。若计算。若 保证像基本负荷连续供电保证像基本负荷连续供电8h，计算如下：，计算如下： C=E/KcU=18.5 0.125 0.44=336(Ah) E20%裕度用户用电量；裕度用户用电量；U蓄电池平均放电端电压；蓄电池平均放电端电压； Kc蓄电池放电率。蓄电池放电率。 考虑适当的裕度，蓄电池容量选用考虑适当的裕度，蓄电池容量选用400Ah。 分析：分析： 1、采用年能量平衡法计算简单，但往往结果偏大。尤其、采用年能量平衡法计算简单，但往往结果偏大。尤其 在低风月份，蓄电池会经常处于充电不足的状态，影响寿在低风月份，蓄电池会经常处于充电不足的状态，影响寿 命。命。 2、连续无效风时计算法需要提供风速的月变化曲线，对、连续无效风时计算法需要提供风速的月变化曲线，对 于户用型独