太阳能发电装置与遥控式风力发电装置

1、综合实训报告实训项目：太阳能发电装置与遥控式风力发电装置系 部： 电气工程系 专 业：电力系统及自动化技术 班 级： 学 号： 姓 名： 同组成员： 指导教师： 日 期： 2015年9月-2015年11月摘要在跨入21世纪之际，人类将面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战，在有限资源和环保严格要求的双重制约下发展经济已成为全球热点问题。而能源问题将更为突出，不仅表现在常规能源的匮乏不足，更重要的是化石能源的开发利用带来了一系列问题，如环境污染，温室效应都与化石燃料的燃烧有关。目前的环境问题，很大程度上是由于能源特别是化石能源的开发利用造成的。因此，人类要解决上述能源问题，实现可持续发展，只能依

2、靠科技进步，大规模地开发利用可再生洁净能源。太阳能和风能等清洁能源以其独具的优势，其开发利用必将在21世纪得到长足的发展，并终将在世界能源结构转移中担纲重任，成为21世纪后期的主导能源。 本文以家用太阳能发电系统与家用风力发电系统为研究对象，以太阳能电池板的光电转换原理、蓄电池充放电原理、蓄电池的充放电特性、控制器、电动机模拟自然风，带动小型风力发电机，经无线遥控开关控制为主要研究方向。本设计对家用太阳能发电系统进行了试验，最终完成了利用太阳能电池板将光能转化为电能，实现了利用太阳能所产生的电能带动发光二极管（蓝），成功模拟设计出整个家用太阳能发电系统；以及对家庭风力发电系统进行了试验，成功完

3、成了利用电动机模拟自然风将风能转化为电能，实现了利用风能所产生的电能带动发光二极管（蓝），成功模拟设计出整个家用风力发电系统。本设计便于家庭、偏远地区、电力建设落后的地区使用，具有广阔的市场前景。关键词：太阳能发电；蓄电池；控制器；风力发电；无线遥控开关目录摘要1.综合实训目的2.综合实训时间3.综合实训要求4.综合实训内容4.1家用太阳能发电系统4.1.1家用太阳能发展的历史4.1.2家用太阳能光伏发电的优缺点4.1.3家用太阳能发电的应用4.1.4家用太阳能发电系统的原理4.2太阳能电池板系统4.2.1太阳能电池板的发电原理4.2.2太阳能电池板的分类4.3蓄电池储能系统4.3.1蓄电池的

4、充放电原理4.3.2蓄电池的充放电特性4.4控制器4.4.1控制器的原理4.4.2控制器的作用4.5家用太阳能发电系统模型的建立4.6家用风力发电系统4.6.1风力发电研究的背景和意义及现状4.6.2风力发电的原理和特点4.6.3风力发电机组类型、结构组成、工作原理(1)恒速风力发电机(2) 有限变速风力发电机 (3) 变速风力发电机4.7无线遥控开关4.7.1无线遥控概述4.7.2工作原理5.总结6.对母校教学实习工作的建议7.参考文献8.附录9.致谢词1. 综合实训目的对于自动化专业，是自动化技术和设备的研究应用的先行者，培养学生综合运用所学基本理论知识全面分析问题和解决本专业实际工作问题

5、的能力；培养学生创新意识，进一步巩固提高专业技能，为就业打下坚实的专业基础；培养学生求真务实、一丝不苟、踏实进取、严谨求实的工作态度与工作作风；培养提高学生查阅收集资料、计算机应用及写作的能力，为以后的自动化道路奠定了基础。这次设计使自己对太阳能发电系统、风力发电系统有了进一步的了解，通过实际操作中设计、安装、调试、运行这几个方面，我发现自己还有许多不懂的问题，因此我认为理论与实践相结合是重要的环节，所以我们要努力提高自己的思想水平、动手能力，要有思想、有道德、有文化、有纪律的德才兼备的技能型、应用型人才。在毕业实习过程中通过深入基层工作单位，了解当前我们自动化产业发展现状，进一步理解巩固我们

6、的专业知识和认识、分析、解决问题的能力，为今后走向社会，自主创业做好充分的准备。2. 综合实训时间2015年9月7日2015年11月6日3. 综合实训要求要求学生遵守综合实训的各项规章制度和安全操作规程，树立“安全第一”的观念，提高自我防护能力。要求学生应在教师的指导下，积极主动按时完成综合实训规定的全部任务，不得无故拖延。要求学生严格遵守综合实训纪律，原则上不得请假，因特殊原因必须请假者，一律由系领导批准。要求学生按规定时间完成个人需要撰写的综合实训成果内容。抄袭他人成果内容、不按要求或未完成全部内容、缺勤时间达三分之一及以上者，毕业实习成绩定为不及格。要求学生按规定时间进行综合实训汇报、答

7、辩。答辩前一周要填写答辩申请表，指导教师及答辩委员会通过方可参加答辩。4.综合实训内容4.1家用太阳能发电系统4.1.1家用太阳能发展的历史1839年，法国科学家贝克雷尔发现，光照能使半导体材料的不同部位之间产生电位差，这种现象就是光生伏特效应，简称光伏效应。1931年，科学家布鲁若利用太阳能第一次启动了电动机。1954年，美国科学家首次制成了使用的单晶硅太阳能电池，诞生了光伏发电技术。1959年，第一个多晶硅电池问世，效率达5%。1960年，硅太阳能电池第一次实现并网运行，可向电网供电，以供普通家庭使用。20世纪70年代后，太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。1978年，美国建成100

8、kWp太阳地面光伏站。光伏站的建成，为更多普通家庭使用太阳能这种清洁环保的能源提供了更多的可能。1983年，美国建成1MWp光伏电站，冶金硅电池的效率达到11.8%。1986年，美国建成6.5MWp光伏电站。随着光伏电站规模的不断扩大，使用太阳光所转化而成的电能的家庭用户也在不断增加，家用光伏电子产品不断推出，供家庭所使用的小型太阳能光伏发电系统得到良好的发展。20世纪90年代后，光伏发电快速发展，到2006年，世界上已建成了10多座兆瓦级光伏发电系统，6个兆瓦级的联网光伏电站。一些国家也先后制定了太阳能光伏发电计划。美国是最早制定光伏发电的发展计划的国家，1997年又提出了“百万屋顶”计划，

9、即在2010年以前为100万户，每户安装35kWp的光伏电池，组成家用太阳能光伏发电系统，有太阳时光伏屋顶向家庭以及电网供电，无太阳时电网向家庭供电；日本1992年启动了新阳光计划，提出到2010年生产43亿Wp光伏电池，在住户的屋顶安装光伏电池，供给住户的家庭用电。这些国家所采取的举措表明，家用太阳能光伏发电系统已得到大范围的推广，人们已经认识到光伏发电的优势。随着传统能源的不断减少，常规的发电方式也面临着众多的问题，家用太阳能光伏发电技术的日益成熟为解决传统能源问题提供了良好的思路，为家庭用电的清洁环保绿色提供了途径。4.1.2家用太阳能光伏发电的优缺点近年来，太阳能光伏发电的迅猛发展正是

10、由于其独有的众多特点。其优点主要有以下几个方面。第一，主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，也没有回转运动部件，运转没有噪声；第二，没有燃烧过程，发电过程不需要燃料；第三，发电过程没有废气污染，没有废水、废物排放；第四，设备安装和维护都十分简便，维修保养简单，维护费用低，运行可靠稳定；第五，环境条件适应性强，可在不同环境下工作；第六，能够在长期无人值守的条件下正常稳定工作；第七，根据需要很容易进行容量扩展，扩大发电规模。虽然太阳能光伏发电的优点众多，但是到目前为止，仍然有许多未被解决的问题。这些问题主要集中在以下方面：第一，光电转化效率很低。百分之二十四的转换效率已是世界最高的且暂时无法超越的

11、高度；第二，光伏发电需要很大的面积。虽然光伏发电具有原材料廉价、制作工艺简单的巨大吸引力，但是电池的效率随面积的放大而降低，这一点与太阳能发电需要充足的光照和广域的面积相矛盾；第三，所需光照要求复杂，选择地日光辐射情况适当。如果在阳光不太充足的多云天气或者是雨天和闷热的天气里，太阳光伏效应转换的效率将会大幅度降低；第四，光伏发电成本太高。成本居高不下，远不能满足大规模推广应用的要求。4.1.3家用太阳能发电的应用我国拥有丰富的太阳能资源，如果将其充分利用，不仅可能节省大量常规能源，而且有可能在某些区域完全利用太阳能采暖。太阳能光伏发电技术可以用于任何需要电源的场合，上至航天器，下至家用电源，大

12、道兆瓦级电站，小到玩具。随着光伏发电技术的日益发展成熟，光伏发电的应用面逐步扩大，到目前为止，太阳能光伏发电产品主要用于三大方面:一是为无电场合提供电源；二是太阳能日用电子产品，如各种太阳能充电器、太阳能路灯等；三是并网发电，这在发达国家已经大面积推广实施。在国外，家用太阳能光伏发电技术日趋成熟，应用日益广泛。德国的百万屋顶计划使许多家庭利用太阳能光伏发电解决了自家供电问题，而且这些家庭还办成了一所所私人的小型电站，能够源源不断的向公用电网输送电能。家用太阳能光伏发电在日本也得到了迅猛良好的发展，为了实现温室气体减排的目的，日本正在大力推广太阳能的使用，在建筑以及部分住宅小区已经得到了广泛的应

13、用，使用户使用自己太阳能光伏发电系统所发的电能，并且实现并网向一些公共设施提供电能。在国内，太阳能光伏发电技术也得到了良好的发展。在河北保定，太阳能路灯得到了很好的推广，大街小巷道路两边的路灯、十字路口的红绿灯都是由安装在道路两旁的太阳能光伏发电系统来提供电源，部分小区的建筑外侧也安装了太阳能电池板，为住户提供部分家庭用电，将太阳能这个清洁环保廉价的能源推广到人们生活的方方面面。在一些偏远地区，电力建设落后的地区，太阳能光伏发电也开辟出了一个良好的前景。由于家用太阳能光伏发电系统安装、维护十分简便，可以安装在屋顶、建筑外侧，因此不便于建设电厂、发电站的地区采用太阳能发电去解决用户的用电问题是一

14、个行之有效的方法。 4.1.4家用太阳能发电系统的原理家用太阳能光伏发电系统是利用太阳能电池组件、蓄电池、控制器、逆变器等其他辅助设备将太阳能转换成电能的系统。白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电能储存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电，以供交流设备使用。蓄电池组的放电情况由控制器进行控制，保证蓄电池的正常使用。如果是光伏电站系统还应有限荷保护和防雷装置，以保护系统设备的过负载运行及免遭雷击，维护系统设备的安全

15、使用。从总体来看，家用太阳能光伏发电系统包括太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电控制器、逆变器等设备。下图1为太阳能光伏发电系统示意图： 图1 太阳能光伏发电系统示意图4.2太阳能电池板系统4.2.1太阳能电池板的发电原理太阳能电池发电的原理是基于半导体的光电效应，即一些半导体材料受到光照时，载流子数量会剧增，导电能力随之增强，这就是半导体的光敏特性。如果将P型或者N型硅放在阳光下照射，外部看不出变化，但内部通过光的能量，电子从化学键中被释放，由此产生电子-空穴对，但在很短的时间内电子又被捕获，即电子和空穴复合。太阳能电池的基本结构是一个大面积平面的P-N结。当P型和N型半导体结合在一起的时候，在

16、两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层，界面的P型侧带正电，N型侧带负电。如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。电子向带正电的N区，空穴向带负电的P区运动。通过界面层的电荷分离，将产生一个向外的可测试的电压。通过光照在界面层产生的电子-空穴对越多，电流越大。界面层吸收的光能越多，在太阳能电池中形成的电流也越大。4.2.2太阳能电池板的分类太阳能电池板的种类繁多，不同的太阳能电池有着不同的特性。常用的太阳能电池主要有以下几种：（1

17、）单晶硅太阳能电池。目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右，最高的达到24%，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以至于它还不能被大量广泛和普遍地使用。由于单晶硅一般采用钢化玻璃以及防水树脂进行封装，因此其坚固耐用，使用寿命一般可达15年，最高可达25年；（2）多晶硅太阳能电池。多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12%左右。从制作成本上来讲，多晶硅太阳电池比单晶硅太阳电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比

18、单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好；（3）非晶硅太阳能电池。非晶硅太阳电池是1976年出现的新型薄膜式太阳电池，它与单晶硅和多晶硅太阳电池的制作方法完全不同，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗很低，它的主要优点是在弱光条件也能发电。但非晶硅太阳电池存在的主要问题是光电转换效率偏低，目前国际先进水平为10%左右，且不够稳定，随着时间的延长，其转换效率衰减；（4）多元化合物太阳电池。多元化合物太阳电池指不是用单一元素半导体材料制成的太阳电池。现在各国研究的品种繁多，大多数尚未工业化生产，主要有以下几种：a硫化镉太阳能电池；b砷化镓太阳能电池；c铜铟硒太阳能电池。4.3

19、蓄电池储能系统4.3.1蓄电池的充放电原理构成铅酸蓄电池的主要部分为正极板（过氧化铅）、负极板（海绵状铅）、电解液（稀硫酸）、电池外壳、隔离板以及其他辅助材料。蓄电池连接外部电路放电时，稀硫酸即会与阴、阳极板上的活性物质产生反应生成新化合物硫酸铅。经由放电硫酸成分从电解液中释放，放电越久，硫酸浓度越稀薄。所消耗的成分与放电量成正比，只要测得电解液中的硫酸浓度，亦即测得比重，即可得知放电量或残余电量。蓄电池在充电时，阴极板上在放电时所产生的硫酸铅会被分解还原成硫酸铅及过氧化铅，因此电池内电解液的浓度逐渐增加，并逐渐恢复到放电前的浓度，这种变化显示出蓄电池中的活性物质已还原到可以再度供电的状态，当

20、两极的硫酸铅被还原成原来的活性物质时，即等于充电结束。整个充放电过程的化学反应式为：PbO2 + 2H2SO4 + Pb 2PbSO4 + 2H2O (放电反应) 二氧化铅 + 硫酸 + 铅 硫酸铅 + 水2PbSO4 +2H2O PbO2 + 2H2SO4 + Pb (充电反应)4.3.2蓄电池的充放电特性蓄电池的充电特性包括充电电流特性、充电电压特性、充电容量特性。（1）充电电流特性：在充电开始阶段，其电流是一个恒定值，随着充电时间的推移逐渐下降，最终趋于0。由于在放电过程中，电池内的电荷大量流失，因此，由放电转变为充电时，电荷的增长较快，随着电池容量的恢复，充电电流将自动下降。电池放电越

21、深，恒流充电的时间越长，反之则较短。（2）充电电压特性：在电池恒流充电阶段，电池的电压始终是上升的，当恒流充电结束时，电池的电压基本保持不变，称为恒压充电。恒压充电结束后，为保持电池的储能，防止电池的自放电，会转入浮充电。（3）充电容量特性：在恒流充电阶段，电池的容量基本呈线性增长，在恒压充电阶段，容量增长的速度减慢。恒流充电是为了恢复电池的电压，恒压充电是为了恢复电池的储能，浮充电是为了抑制电池的自放电或保持储能。蓄电池的放电特性主要包括以下两个方面：（1）无论放电电流的大小，在放电的初始阶段都会使端电压下降较多，然后略有回升的现象。这种现象是因为电池从充电状态转变为放电状态的瞬间，电池极板

22、附近的电荷快速释放出来，而离极板较远的电荷需要逐渐运送到极板附近，然后才能释放出来；（2）无论放电电流的大小，电池端电压最终将出现急剧下降的拐点，以这些曲线的拐点连接起来得到的曲线就是安全工作时的终止电压曲线。它表示放电电压低于此曲线后将造成电池的永久性失效，即电池不能再恢复储电的能力。图2充电特性曲线 图3放电特性曲线4.4控制器4.4.1控制器的原理控制器分为方阵投撤型（串联、并联）和DC-DC变换型（有MPPT和无MPPT）。投撤型的原理是：控制器检测蓄电池的电压，当达到设定值时撤出方阵。并联型的是将撤出的方阵并联到控制器内的假负载上；串联型的是直接将方阵开路。DC-DC变换型：将一些参

23、数固化到控制器内部，将方阵输出的电压经过变换器固定为设定值给蓄电池充电。太阳能电池组件经过光线照射后发生光电效应产生电流。如果将所产生的电流直接充入蓄电池内或直接给负载供电，则容易造成蓄电池和负载的损坏，严重影响光伏发电系统的寿命。对蓄电池充电时，需把电流先送入光伏控制器，采用一系列专用芯片电路对其进行数字化调节，并加入多级充放电保护，同时采用独有的控制技术“自适应三阶段充电模式”，确保电池和负载的运行安全和使用寿命。对负载供电时，也是让蓄电池的电流先流入太阳能控制器，经过它的调节后，再把电流送入负载。这样做的目的有三个，一是为了稳定放电电流；二是为了保证蓄电池不被过放电；三是可对负载和蓄电池

24、进行一系列的检测保护。下图4是控制器的原理图： 图4 控制器原理4.4.2控制器的作用家用太阳能控制器是用于家用太阳能发电系统中，控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备。在太阳能光伏发电系统中，蓄电池、逆变器、直流负载是直接连接到控制器上的，白天控制器控制着蓄电池的充电，到夜晚或者需要用电时控制器控制着蓄电池的放电。当蓄电池中的电能足够带动负载的运行时，控制器控制着蓄电池向直流负载直接供电或者通过逆变器向交流设备提供电能，当蓄电池中的电能不足以带动负载时，控制器会自动将提供电能的任务转到市电电网上，再对直流负载或者交流负载进行供电。若某家用太阳能光伏发

25、电系统是离网的，即家庭用电都是太阳能光伏发电系统提供，则当发电量大于用电量时，控制器将多余的电能储存在蓄电池中，当发电量小于用电量时，控制器能将蓄电池中多余的电能释放供给负载。在太阳能光伏发电系统中，控制器的重要作用还体现在以下几个方面：（1）自适应式三阶段充电模式。蓄电池性能的劣态化，除了正常的寿命老化所致外，主要是两种原因，一是充电电压过高而造成的内部析气和失水，二是充电电压过低或充电不足而造成极板硫酸盐化。所以蓄电池的充电，必须进行超限保护，智能化的分三个阶段即恒流限压、恒压减流和涓流来进行，避免蓄电池出现供电故障，达到安全、有效、满容量的充电效果；（2）充电保护。电池电压超过了终值充电

26、电压时，电池就会产生氢气和氧气并打开阀门放气。大量的析气必将导致电解液的失水损失。而且电池即使达到终值充电电压，电池也不可能完全充满，因此充电电流不应被切断。此时，控制器由内置的传感器根据环境温度作自动调节，以控制不超过终值充电电压为条件，逐步减小充入电流至涓流状态，有效的控制蓄电池内部的氧循环复合和阴极析氢过程，最大程度的防止了蓄电池的容量衰减性老化；（3）放电保护。电池如果没有放电保护，同样也会被损坏。当电压到达设定的最低放电电压时，控制器会自动切断负载来保护电池不被过放电。当太阳能电池板对蓄电池的充电达到控制器设定的再次启动电压时，负载才会被再次接通；（4）析气调节。蓄电池如果长时间未能

27、出现析气反应时，电池内部会出现酸液分层，也将造成蓄电池容量衰减。所以，我们可以通过数字电路定期屏蔽掉充电保护功能，让蓄电池定期的出现充电电压超限析气现象，防止蓄电池出现酸液分层，减少蓄电池的容量衰减和记忆效应，延长蓄电池的寿命；（5）超压保护。防止因意外情况产生的高压损坏控制器和蓄电池；（6）过流保护。在蓄电池的回路间可并联上保险丝，有效对蓄电池进行过流保护。4.5家用太阳能发电系统模型的建立4.5.1制作所需器材太阳能面板控制器蓄电池小型直流稳压器 开关 发光二极管（蓝）导线 螺丝钉 螺丝刀 直尺4.5.2主体组装4.6家用风力发电系统4.6.1风力发电研究的背景和意义及现状风力发电是电力可

28、持续发展的最佳战略选择。清洁、高效成为能源生产和消费的主流，世界各国都在加快能源发展多样化的步伐。从20世纪90年代开始，世界能源电力市场发展最为迅速的已经不再是石油、煤和天然气，而是太阳能发电、风力发电等可再生能源。世界各地都在通过立法或不同的优惠政策积极激励、扶持发展风电技术，而中国是风能资源较丰富的国家，更需要开发利用风电技术。风力发电是解决边远农村供电的重要途径。 目前我国正在进行西部大开发。由于西部地区地广人稀，土地贫瘠，工业基础薄弱，人均用电量小，靠大电网去解决那里的用电问题是不够的，必须同时开发像风力发电这样的分散供电系统，才能较好地满足当地人民生产生活对电力的需求。风

29、电的优点包括： (1)利用自然界的可再生能源，干净无污染，无须燃料； (2)运行成本低，风电机组的设计寿命约为2025年，运行和维护的费用通常相当于机组总成本的3%5%； (3)建设周期短，若不计测风，快者一年左右可建成。 进入21世纪，全球可再生能源也在不断发展，而在可再生能源中风能始终保持最快的增长态势，并成为继石油燃料、化工燃料之后的核心能源，目前世界风能发电厂以每年32%的增长速度在发展，2008年初，全球风力发电机容量达5000万MW。 由此可见，风电正在以超出预期的发展速度不断增长。如今在全球的风能发展中，欧洲风能发电的发展速度很快

30、，预计15年之后欧洲人口的一半将会使用风电。欧洲是目前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。在欧洲，德国的风电发展处于领先地位。4.6.2风力发电的原理和特点风力发电是利用风能来发电，而风力发电机组是将风能转化为电能的机械。风轮是风电机组最主要的部件，由桨叶和轮毂组成。桨叶具有良好的动力外形，在气流的作用下能产生空气动力是风轮旋转，将风能转化为机械能，再通过齿轮箱增速驱动发电机，将机械能转化电能。然后在依据具体要求需要，通过适当的变换将其存储为化学能或者并网或者直接为负载供电。风力发电有如下特点（1）可再生，且清洁无污染。（2）风速随时变化，风电机组承受着十分恶劣的交变载荷。

31、（3）风电的不稳定性会给电网或负载带来一定的冲击影响。风力发电的运行方式主要有两种：一类是独立运行的供电系统，即在电网未通达的地区，用小型发电机组为蓄电池充电，再通过逆变器转换为交流电向终端电器供电；另一类是作为常规电网的电源，与电网并联运行。4.6.3风力发电机组类型、结构组成、工作原理 根据风力发电机的运行特征，风力发电机可分为恒速风力发电机、有限变速风力发电机和变速风力发电机。（1） 恒速风力发电机 恒速风力发电机系统如图5所示，采用了笼型异步发电机，发电机通过变压器直接接入电网。因为笼型异步发电机只能工作在额定转速之上很窄的范围内，所以通常称之为恒速风力发电机。并网运行时，异步发电机需

32、要从电网吸收滞后的无功功率以产生旋转磁场，这恶化了电网的功率因数，易使电网无功容量不足，影响电压的稳定性。为此，一般在发电机组和电网之间配备适当容量的并联补偿电容器组以补偿无功。由于笼型异步发电机系统结构简单、成本低且可靠性高，比较适合风力发电这种特殊场合，在风力发电发展的初期，笼型异步发电机得到了广泛的应用，有效地促进了风电产业的兴起。 图 5笼型恒速发电机系统随着风力发电应用的深入，恒速笼型异步发电机具有的一些固有缺点逐步显现出来，主要是笼型异步发电机转速只能在额定转速之上l一5内运行，输人的风功率不能过大或过小，若发电机超过转速上限，将进入不稳定运行区。因此，在多数场合需将2台分别为高速

33、和低速的笼型异步发电机组合用，以充分利用中低风速的风能资源。另外，风速的波动使风力机的气动转矩随之波动，因为发电机转速不变，风力机和发电机之间的轴承、齿轮箱将会承受巨大的机械摩擦和疲劳应力。而且，由于风力机的速度不能调节，不能从空气中捕获最大风能，效率较低。齿轮箱的存在增加了风力机的重量和系统的维护性，影响了系统效率，增加了噪声。（2） 有限变速风力发电机有限变速风力发电机系统如图6所示，发电机采用绕线式异步发电机。绕线式异步发电机转子外接可变电阻，其工作原理是通过电力电子装置调整转子回路的电阻，从而调节发电机的转差率，使发电机的转差率可增大至10，实现有限变速运行，提高输出功率。同时，采用变

34、桨距调节及转子电流控制，以提高动态性能，维持输出功率稳定，减小阵风对电网的扰动。然而，由于外接电阻消耗了大量能量，电机效率降低了。有些文献也把这种发电系统称为高转差率异步发电机系统。图 6 绕线式有限变速发电机系统（3） 变速风力发电机 有刷双馈异步发电机由双馈异步发电机(Doubly fed induction gener-ator，DFIG)构成的变速恒频控制方案是在转子电路实现的，如图7所示。流过转子回路的功率是双馈发电机的转速运行范围所决定的转差功率，该转差功率仅为定子额定功率的一小部分。一般来说，转差率为同步速附近30左右，因此，与转子绕组相连的励磁变换器的容量也仅为发电机容量的30

35、左右，这大大降低了变换器的体积和重量。采用双馈发电方式，突破了机电系统必须严格同步运行的传统观念，使原动机转速不受发电机输出频率限制，而发电机输出电压和电流的频率、幅值和相位也不受转子速度和瞬时位置的影响，变机电系统之问的刚性连接为柔性连接。图7馈式变速恒频风力发电机系统相对于绕线式发电机，双馈发电机的转子能量没有被消耗掉，而是可以通过变换器在发电机转子与电网之间双向流通。变换器可以提供无功补偿，平滑并网电流正是DFIG具有上述优点，目前大多数大可变速风力发电系统都采用这种方式，例如Vestas，Gamesa，GE，Nordex等公司都有此类产品。但其控制系统也相对复杂，尤其是双向变换器的DF

36、IG励磁控制技术和双向并网发电控制技术，对于DFIG系统而言，是至关重要的难点之一。双馈发电机系统具有的缺点：存在多级齿轮箱及滑环、电刷，不可避免地带来摩擦损耗，增大了维护量及噪声等；在电网故障瞬间，骤然变大的定子和转子电流要求变换器增加保护措施，增大了软硬件投入，而且大的故障电流增加了风力机的扭转负荷。 电励磁同步发电机电励磁同步发电机(Electrically excited synchroBOLLS generator，EESG)变速恒频直驱风力发电系统如图8所示，电压源型逆变器的直流侧提供电机转子绕组的励磁电流，发电机发出的是电压和频率都在变化的交流电，经整流逆变后变成恒压恒频的电能输

37、入电网。通过调节逆变装置的控制信号可以改变系统输出的有功功率和无功功率，实时满足电网的功率需要。在变速恒频直驱风力发电机组中，整流逆变装置的容量需要与发电机容量相等。图8 电励磁同步发电机直驱风力发电系统采取直驱方式，发电机运行在低速状态，其电磁转矩相对较大，同时发电机极对数较多，意味着发电机的体积也较大。但由于省去了齿轮箱，系统的效率和可靠性都得到了提高。变换器为全功率变换器，在整个调速范围能使并网电流平滑，具有噪声低、电网电压闪变小及功率因数高等优点。该系统主要缺点是系统成本较高，功率变换器损耗较大。 永磁同步发电机永磁同步发电机(Permanent magnet synchronous

38、generator，PMSG)变速恒频直驱风力发电系统结构如图9所示，它采用的电机是永磁发电机，无需外加励磁装置，减少了励磁损耗；同时它无需电刷与滑环，因此具有效率高、寿命长、免维护等优点。在定子侧采用全功率变换器，实现变速恒频控制。系统省去了齿轮箱，这样可大大减小系统运行噪声，提高效率和可靠性，降低维护成本。所以，尽管直接驱动会使永磁发电机的转速很低，导致发电机体积很大，成本较高，但其运行维护成本却得到了降低。采用直接驱动永磁发电机具有传动系统简单、效率高以及控制鲁棒性好等优点，因此具有越来越大的吸引力。目前已有多家公司可以提供商业化的多极永磁风力发电机系统，如Enercon，WinWind

39、等公司。该系统的主要缺点是永磁材料价格较高，且在高温下易被去磁，功率变换器容量与发电机容量相同，变换器成本较高。图9 磁同步发电机直驱风力发电系统随着风机单机容量的增大，齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是没有齿轮箱而将主轴与低速多极同步发电机直接相接的直驱式布局应运而生。但是，低速多极发电机重量和体积均大幅增加。为此，采用折中理念的半直驱布局在大型风力发电系统中得到了应用，如图10所示。图10 级齿轮箱驱动永磁同步发电系统与直驱永磁同步发电系统不同是，半直驱永磁同步风力发电系统在风力机和PMSG之间增加了单级齿轮箱，综合了DFIG和直驱PMSG系统的优点。与DGIG系统相比，减小了机械

40、损耗；与直驱PMSG系统相比，提高了发电机转速，减小了电机体积。采用全功率变换器，平滑了并网电流，电网故障穿越能力得到提高。4.7无线遥控开关4.7.1无线遥控概述无线遥控器顾名思义，就是一种用来远程控制机器的装置。现代的遥控器，主要是由集成电路电板和用来产生不同讯息的按钮所组成。时至今日，无线遥控器已经在生活中得到了越来越多的应用，给人们带来了极大的便利。随着科技的进步无线遥控器也扩展到了许多种类，简单来说常见的有两种，一种是红外遥控模式，另一种是防盗报警设备、门窗遥控、汽车遥控等等常用的无线电遥控模式。两者各有不同的优势，应用的领域也有所区别，本课题要研究的是无线电遥控模式。4.7.2工作

41、原理无线电遥控是利用无线电信号对远方的各种机构进行控制的遥控设备。无线电遥控系统一般分为发射和接收两部分。发射机主要包括编码电路和发射电路。编码电路由操作开关控制，通过操作开关使编码电路产生所需要的控制指令。编码电路产生的指令信号都是频率较低的电信号，无法直接传送到遥控目标上，还要将指令信号送到发射电路使它载在高频载波上，才能由发射天线发射出去。接收机由接收电路及译码电路组成。由接收天线送来的信号经接收机高频部分的选择和放大后，送到解调器。解调器的作用是从载波上“卸”下指令信号，由于卸下来的指令是混杂的，所以再送到译码电路译码。5.总结毕业设计我认为最重要的就是做好设计的预习，认真的研究毕业设计题目，听老师的讲解，在做设计的过程中要做到不懂就问，不会就学，要重视程序的模块化，程序的调试、修改，掌握其中的方法。要熟悉课本理论与实践相结合，在学习态度上要保证积极向上，要学会认识、分析、解决问题，要有足够的信心和勇气