微型风力发电演示系统设计分解

1、成绩：学院：专业：班号：项目研究报告微型风力发电演示系统设计新能源的现代化应用学号：姓名：手机号码：E-mail ：摘要根据现有的技术水平，只需微风（大约 3 米 / 秒）即可实现发电功效，但是供电的可靠性非常差，而这套风力发电演示系统就是基于这种不稳定性而设计的，目的在于减弱外部的因素引起的风力发电的不稳定。这套系统将风力发电机产生的电流进行稳流处理，达到外部设备工作需要的功率和频率，从而输出特定的稳定电流供外部设备工作使用。同时这套系统可以实现电流稳压的同步处理，消除了时间差对于设备的损害。关键词：风力发电，同步调整，稳流处理,。中图分类号：文献标识码：论文类别：C、科技发明制作项目研究类

2、别：E、能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、环保等）Title:The design of micro wind power demonstration system- modernization of new energyAbstract： According to the current level of technology, just the breeze (about 3 m/ s) can realize the power北京理工大学导航通信技术与应用2012-2013-2结课论文efficiency, but the reliability of power su

3、pply is very poor, and this set of wind power demonstration system is designed based on this instability, the aim of factors weakened external wind instability. This system will flow processing current generated by the wind power generator,to achieve external equipment needs of the power and frequen

4、cy, and thus the output stable current specific for external equipment use. Synchronous processing at the same time the system can realize the current regulator, eliminate the time difference for equipment damage.Keywords： Wind power, steady flow processing, synchronous adjustment.1 引言风能作为一种清洁能源，在当今

5、社会有了十分广泛的应用。但是由于风力能源本身所具有的不稳定性严重影响了风能发电的并网的利用。所以，这套微型风力发电系统就是一套以稳流为主要目的的设备。并且微型的发电系统也一改过去的那种体积庞大的风力发电机的弊端。这样的设计可以实现风能的更加广泛的利用。甚至人们可以根据自身需求，在紧急时刻利用风能小范围发电。并且，该系统还尝试了内部的储电的设计，对于其他风力发电机的设计具有很大的借鉴意义。并且，这套系统的稳流部分由一个电力电子借口组成。电力电子接口主要由两个模块组成:第一个模块是功率调节模块,根据风能和负载用电量来调节系统功率匹配自动跟踪其功率点;第二个模块为充放电控制模块。1.1立项依据1.1

6、.1项目研究或论文选题的目的及意义这套系统将风力发电机产生的电流进行稳流处理，达到外部设备工作需要的功率和频率，从而输出特定的稳定电流供外部设备工作使用。同时这套系统可以实现电流稳压的同步处理，消除了时间差对于设备的损害。1.1.2国内外现状分析1974 年起，美国开始对风能利用技术进行系统的研究，能源部对风能项目的投资已超过25 亿美元。许多著名大学和研究机构都参与了风能的研究与开发。随着常规化石能源的消耗和环境污染日益严重，世界各国都纷纷出台各项政策，大力支持发展可再生能源，强力推进节能减排，打造低碳经济。在目前已经开发利用的可再生清洁能源中，风力发电是发展最快，技术最成熟，也是最具有大规

7、模开发利用前景和市场竞争力的发电方式。近些年来，我国风力发电发展迅猛。据全球风能理事会消息，2009 年全球风电总装机容量达到157.9GW但新增装机容量中有近三分之一来自中国。中国风电装机容量连续第5 年实现100%增长， 2009 年增加到了26.1 kMW ，超过德国成为全球第二大风电国家。按照中国资源综合利用协会可再生能源专业委员会的估计，2010 年底，中国风电装机容量有望超过欧美，成为世界风电第一大国，预计到2020 年我国风力装机容量将达到1.5 亿 kW 。众所周知，风电具有随机性、间歇性特性，大规模风电并网将给电力系统带来一系列挑战，严重影响了电力系统运行的稳定性、电能质量以

8、及经济性。随着我国风电大规模发展，风力发电在电力系统中所占的比重将会越来越大。研究表明，如果风电装机容量占1北京理工大学导航通信技术与应用2012-2013-2结课论文电网总容量的比例达到20% 以上，电网的调峰能力和安全运行将面临巨大挑战。我国多数风电场由于位于电网末梢，电网建设会相对薄弱，风电场输出功率的波动严重时可能导致电网系统崩溃。因此，风电大规模发展必须有大规模先进储能技术作支撑。对于并网风电系统，配套适当容量的储能系统，可以在很大程度上解决风力发电的随机性、波动性问题，平滑风电输出功率，提高风电的可控性，保证风力发电连续性和稳定性，减小风电输出功率波动性对电网的影响，使大规模风电能

9、够方便可靠地并入常规电网，很好解除风电场难并网运行的瓶颈；通过合理配置还能有效增强风电机组的低电压穿越（LVRT ）能力，增大风电穿透功率（WPP）；同时可以用于电网的“削峰填谷”，降低电网调峰负担，增加风电的经济效益和使用价值。对于风电离网系统，配套适当容量的储能系统，可以充分发挥风电分布式供电优势和风力发电的作用。1.1.3相关文献综述风电场由于受风速所固有的随机波动性和间歇性的影响，其输出功率会随机波动，因此，大规模风电场并网会影响电力系统稳定性。特别是定速异步风电机组和现在主流双馈机型，由于异步风电机组在启动及运行过程中需吸收大量无功，从而导致风电场接入电网公共点的电压波动，引起闪变，

10、对于电网薄弱地区很容易引起电网电压稳定性问题；而在有功备用不足的孤立电网中，过高比例的风电将会导致系统调频困难，频率稳定问题突出。目前，我国已并网运行的风电机组主要有异步电机、双馈电机和永磁同步电机三种，风电机组还不具备常规机组所具有的低电压穿越能力，抗电网故障能力弱。当电网故障或受到冲击时出现电压闪变时，风电机组往往为保护机组自动切除，使电网故障处理变得更加困难，有可能导致事故扩大、甚至引发电网电压崩溃，严重威胁电网的安全运行。随着风力发电大规模发展，风电渗透率不断增加，目前世界各国电力系统对风电场接入电网时的要求越来越严格。国家电网2009 年印发了国家电网公司风电场接入电网技术规定（修订

11、版）中明确指出，风电场在任何运行方式下，应保证其无功功率具有一定的调节容量；当风电场并网点的电压偏差在正负10%之间时，风电机组应保持正常运行；在电压跌落至20%时要求机组并网运行625 ms；当跌落发生3s 内能够恢复到额定电压的90%时，风电机组保持并网运行的低电压穿越要求。这就要求风电机组在电网故障时必须具备一定的低电压穿越能力，并能向电网提供一定的无功以支持电网电压。风力发电的原理,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。 依据目前的风车技术,大约是每秒三米的微风速度(微风的程度 ),便可以开始发电。风能发电的主要形式有三种：一是独立运行；二是风力发电与其

12、他发电方式(如柴油机发电)相结合；三是风力并网发电。由于并网发电的单机容量大、发展潜力大，故本文所指的风电，未经特别说明，均指并网发电。1、小型独立风力发电系统小型独立风力发电系统一般不并网发电，只能独立使用，单台装机容量约为100 瓦 -5 千瓦，通常不超过10 千瓦。它的构成为：风力发电机充电器数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。因风量不稳定，故小型风力发电机输出的是13 25V 变化的交流电，须

13、经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使2北京理工大学导航通信技术与应用2012-2013-2结课论文风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V 市电，才能保证稳定使用。2、并网风力发电系统德国、丹麦、西班牙等国家的企业开发建立了评估风力资源的测量及计算机模拟系统，发展变桨距控制及失速控制的风力机设计理论，采用新型风力机叶片材料及叶片翼型，研制出变极、变滑差、变速恒频及低速永磁等新型发电机，开发了由微机控制的单台及多台风力发电机组成的机群的自动控制技术，从而大大提高了风力发电的效率及可靠性。在此基础上，风力发电机单机装机容量可以达到600 千瓦以上。

14、 不少国家建立了众多的中型及大型风力发电场，并实现了与大电网的对接。现代风力发电机多为水平轴式。一部典型的现代水平轴式风力发电机包括叶片、轮毂(与叶片合称叶轮 )、机舱罩、齿轮箱、发电机、塔架、基座、控制系统、制动系统、偏航系统、液压装置等。其工作原理是：当风流过叶片时，由于空气动力的效应带动叶轮转动，叶轮透过主轴连结齿轮箱，经过齿轮箱(或增速机 )加速后带动发电机发电。目前也有厂商推出无齿轮箱式机组，可降低震动、噪音，提高发电效率，但成本相对较高。风力发电机并不能将所有流经的风力能源转换成电力，理论上最高转换效率约为59%，实际上大多数的叶片转换风能效率约介于30-50%之间，经过机电设备转

15、换成电能后的总输出效率约为20-45% 。一般市场上风力发电机的启动风速约为 2.5-4 米/ 秒，于风速 12-15米秒时达到额定的输出容量。当风速更高时，风力发电机的控制机构将力输出稳定在额定容量左右， 为避免过高的风速损坏发电机，大多于风速达 20-25米 /秒范围内停机。 一般采用旋角节制或失速节制方式来调节叶片之气动性能及叶轮的输出。依据目前的技术， 3 米 /秒左右的风速 (微风的程度 )便可以进行发电。 但在进行风场评估时，通常要求离地10 米高的年平均风速达到5-5.5 米 /秒以上。风机叶片从风的流动获得的能量与风速的三次方成正比。风速之外，叶轮直径决定了可撷取风能的多寡，约

16、与叶轮直径平方成正比。叶片的数量也会影响到风机的输出。一般来说，2 叶、3叶风机效率较高力矩较低，适用于发电。此外。现代风机的叶片多采用机翼的翼型。近年来，风电机组技术改进的主要方向是降低制造成本、提高单机容量、提高风能转换效率、自动控制等。主流风电机组的单机容量为600-2000 千瓦，容量越大，发电效率越高，技术难度越大。目前，国内单机容量 750-2000 千瓦的机组最受欢迎。 国外正在开发、 应用的机组单机容量是3000-5000 千瓦。2003年，德国 Enercon 公司安装了第一台 4500 千瓦的风电机组样机。目前商用大型风力发电机组一般为水平轴风力发电机，它由风轮、增速齿轮箱

17、、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件所组成。风轮的作用是将风能转换为机械能，它由气动性能优异的叶片（目前商业机组一般为 2 3 个叶片）装在轮毂上所组成，低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速，将动力传递给发电机。上述这些部件都安装在机舱平面上，整个机舱由高大的搭架举起，由于风向经常变化，为了有效地利用风能，必须要有迎风装置，它根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮咬合的小齿轮转动，使机舱始终对风。风电机组的功率调节有两种方式，一种是失速调节，另一种是变桨距调节即叶片可以绕叶片上的轴转动，改变叶片气动数据，实现功率调节；整台机组由电控系统进行监视与控制，

18、可以实现无人操作管理。风力发电机主要包括水平轴式风力发电机和垂直轴式风力发电机等。其中，水平轴式风力发电机是目前技术最成熟、生产量最多的一种形式。它由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等3北京理工大学导航通信技术与应用2012-2013-2结课论文部件所组成。风轮将风能转换为机械能，低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速，将动力传递给发电机。整个机舱由高大的塔架举起，由于风向经常变化，为了有效地利用风能，还安装有迎风装置，它根据风向传感器测得的风向信号，由控制器控制偏航电机，驱动与塔架上大齿轮啮合的小齿轮转动，使舱始终对风。风力发电场（简称风电场），是将多台大型并网式的风力

19、发电机安装在风能资源好的场地，按照地形和主风向排成阵列，组成机群向电网供电。风力发电机就像种庄稼一样排列在地面上，故形象地称为 “风力田 ”。风力发电场于20 世纪 80 年代初在美国的加利福尼亚州兴起，之前世界上最大的风电场是洛杉矶附近的特哈查比风电场，装机容量超过50 万千瓦，年发电量为14 亿千瓦 时，约占世界风力发电总量的 23。风力发电的优越性可归纳为三点：第一，建造风力发电场的费用低廉，比水力发电厂、火力发电厂或核电站的建造费用低得多； 第二，不需火力发电所需的煤、 油等燃料或核电站所需的核材料即可产生电力，除常规保养外，没有其他任何消耗；第三，风力是一种洁净的自然能源，没有煤电、

20、油电与核电所伴生的环境污染问题。风力发动机的风轮与纸风车转动原理一样，但是，风轮叶片具有比较合理的形状。为了减小阻力，其断面呈流线型。前缘有很好的圆角，尾部有相当尖锐的后缘，表面光滑，风吹来时能产生向上的合力，驱动风轮很快地转动。对于功率较大的风力发动机，风轮的转速是很低的，而与之联合工作的机械，转速要求较高，因此必须设置变速箱，把风轮转速提高到工作机械的工作转速。风力发动机只有当风垂直地吹向风轮转动面时，才能发出最大功率来，由于风向多变，因此还要有一种装置，使之在风向变化时，保证风轮跟着转动，自动对淮风向，这就是机尾的作用。风力发动机是多种工作机械的原动机。利用它带动水泵和水车，就是风力提水

21、机；带动碾米机，就是风力碾米机；此类机械统称为风能的直接利用装置。带动发电机的就叫风力发电机。它们均由两大部分组成，一部分是风力发动机本体和附件，是把风能转化为机械能的装置；另一部分是电气部分，包括发电机及电气装置，把机械能转化为电能，并可靠地提供给用户。小风力发电机的容量不大，功率一般从几瓦到几千瓦，大都具有结构简单，搬运方便的优点。按风力发动机与发电机的连接方式分，有变速连接的和直接连接的两种。在风能的利用中，蓄能是一个重要的问题。特别是对于风力发电，在很大程度上，其生命力由蓄能装置（如蓄电池）的可靠程度来决定。有了蓄能装置，在有风的时候，把多余的能量储存起来；在无风时，输出应用。各种蓄能

22、方式的研究是风能利用的一个急待解决的重要任务。1.2 项目介绍1.2.1项目研究内容这套系统将风力发电机产生的电流进行稳流处理，达到外部设备工作需要的功率和频率，从而输出特定的稳定电流供外部设备工作使用。同时这套系统可以实现电流稳压的同步处理，消除了时间差对于设备的损害。该系统还尝试了内部的储电的设计，对于其他风力发电机的设计具有很大的借鉴意义。并且，这套系统的稳流部分由一个电力电子借口组成。电力电子接口主要由两个模块组成:第一个模块是功率调节模块 ,根据风能和负载用电量来调节系统功率匹配自动跟踪其功率点;第二个模块为充放电控制模块。1.2.2研究目标通过这套系统的分析与设计，实现风力发电的稳

23、流化处理。最终能够将风力发电所产生的不稳定电流转化为稳定的电流，就可以一方面并入国家电网，另一方面可以自己使用一些电器。通过这样的研究最后4北京理工大学导航通信技术与应用2012-2013-2结课论文要达到这样的效果：可以将风力发电产生的电流实现稳流利用。1.3 拟解决的关键问题关于起稳流作用的电力电子接口的设计。通过这个接口可以实现外来电粗范围稳定再进行内部的储电器件实现真正意义上的稳流。而这个电力电子的借口需要两个基本的模块。关于这两个模块的设计便是需要解决的关键问题。1.3.1技术关键风力发电机叶片部分的工作效率可根据公式P0.49V 3D 2CP得出。其中P 为叶片发电功率 ;V 表额

24、定风速 ,即无限远来流速度 ;D 为风轮直径 ;Cp 是功率系数。风轮叶片是风力发电机的关键部件。 它的平面形状与剖面几何形状和风力机空气动力特性密切相关,特别是剖面几何形状即翼型气动特性的好坏,将直接影响风力发电机的风能利用系数。为了确定风机叶片的大致参数,需要知道以上各量的值。对于室内的演示实验,风轮直径应在1m 以内。同时演示实验的最终演示结果是对40W 灯泡供电 ,因此考虑功率损失,叶片发电功率在 50W左右。功率系数Cp 可由贝茨理论确定。贝茨理论假定风轮是一平面桨盘;通过风轮的气流无阻力;风轮扫掠面上气流是均匀的;气流速度方向在通过风轮前后都沿轴线。设 V 为风轮前方远处的风速，V

25、1 为通过风轮截面A 的实际速度 ,V2 为风轮后方远处的风速,通过风轮的气流在风轮前方的截面为A1,A1, 在风轮后方的截面为A2 。由能量守恒定律 ,流体动量方程及力与作功关系分别有Em (V127V227 )FV172Emax8 p7 AV 3727由定义 ,风能利用系数Cpmax=Emax/Em, 其中Em1PAV32160.5937所以， C p max277Cpmax 给出理想风轮的最大理论效率,就是贝茨极限。 通常风轮叶片接受风能的效率达不到此值。根据已有经验 ,Cp 在工程中一般取为0.35。这样可确定额定风速V 约为 6.6m/s。叶片的理论计算参数确定后,结合市售基本叶片型

26、号,选用的叶片参数如下:中心桨距 50cm,起动风速约7m/s,发电功率约 50w。功能模块由风光互补控制器、蓄电池、逆变器等则组成。设计中需要考虑各部分之间的工作过程与相互关系。风力发电系统的工作过程是,当风力达到并稳定在一定的风速时,风力发电机将风能持续不断地转换为交流电能。在有阳光充足照射的情况下,光伏太阳能电池板(四块太阳电池板构成共30W), 将太阳能直接转换成直流形式的电能。风能和光能转化的电能在控制器的配合下同时向蓄电池充电。蓄电池起着储存和调节电能的作用在环境改变时维持电量的恒定。为了对蓄电池的工作状态进行变换和调节就需要设计专门的控制器,它可根据风力的大小、日照的强弱及负荷的

27、变化,使蓄电池在充、放电等多种工作状况下运行,以保证风光互补发电系统工作的连续性和稳定性。我们设计的控制器采用PWM 方式控制风机和太阳能电池对蓄电池5北京理工大学导航通信技术与应用2012-2013-2结课论文进行限流限压充电,即在蓄电池电量较低时,采用限流充电,当风机和太阳能总充电流小于限电流时,风机和太阳能的全部能量给蓄电池充电。当风机和太阳能总电流大于限流点时,以限流点的电流给蓄电池充电,多余的能量通过PWM 方式卸载 ; 在蓄电池电量较高时,采用限压充电,当蓄电池电压低于限压点时,风机和太阳能的能量全部给蓄电池充电,当蓄电池电压达到限压点时,风机和太阳能会以限压点对蓄电池充电,多余的

28、能量通过 PWM 方式卸载。控制器具有完善的保护功能,包括 :太阳能电池防反冲、蓄电池过充电、蓄电池过放电、负载短路、过载、风机限流、风机自动刹车。控制器的液晶模块显示蓄电池电压、风机电压、光电池电压、风机功率、光电池功率、风机功率、光电池功率、风机电流、光电池电流、蓄电池电量状态。逆变器将12V 的直流电转换成 220V 、50Hz 的交流电或其它类型的交流电,以便供给负载使用。逆变器利用电子元件对直流电进行开关使之变为交流电,然后用变压器升压。蓄电池是风力发电机、太阳能光伏发电和用电器之间的储能装置,为整个系统提供长时间的均衡供电。我们选用的是12A 、 20V 的铅酸蓄电池。1.3.2主

29、要技术指标国际电工委员会（IEC， International Electrotechnical Commission）于 1994 年起率先提出了风轮发电机系统IEC61400 系列标准，之后被欧洲电工标准化委员会、法国标准化协会、日本标准协会、丹麦标准协会、挪威电工委员会、芬兰标准协会等组织作为地区或国家内相关行业的重要标准。现对IEC61400 系列标准解读如下。IEC61400-1：1994，风轮发电机系统第1 部分：安全要求 ，其经过 1999 年和 2004 年两次修改，内容主要涉及范围和对象、参考标准、术语和定义、符号和缩写、主要部件、外部条件、结构设计、控制和保护系统、机械系统

30、、电子系统、外部条件评估、装配安装、运营维护等。IEC61400-2： 1996，风轮发电机系统第2 部分：小型风轮机的安全，内容主要涉及范围和对象、参考标准、术语和定义、符号和缩写、主要部件、外部条件、结构设计、SWTGS保护、支撑结构、SWTGS的电子系统、测试。IEC 61400-11： 1998 ，风轮发电机系统第11 部分：噪音测量技术，后被2002 年 11 月出版的IEC61400-11 替代，内容主要涉及范围和对象、参考标准、术语和定义、符号和单位、方法概述、使用仪器、测量及测量过程、数据处理过程、报告所呈现的信息。IEC61400-12： 1998，风轮发电机系统第12 部分

31、：风轮机动力性能试验，内容主要涉及总则、试验条件 ( 风力机系统和测试地点) 、试验装置 ( 电力、风速、风向、空气密度、系统状态、数据采集系统等) 、测定过程、结论推导( 数据查正、确定测量功率曲线、年度能量产出、功率系数) 和报告形式六部分。IEC61400-13 ： 2001，风轮发电机系统第 13 部分：机械载荷的测量 ，内容主要涉及总则、测试安全守则、载荷测量程序、测量数据处理。IEC61400-21： 2001，风轮发电机系统第21 部分：管道连接风轮机功率质量特性的测量和评定，内容主要涉及范围、参考标准、定义、符号和单位、缩写、风力机功率质量特性参数、测定过程( 额定值、最大容许

32、功率、最大测量功率、无功功率、电压波动等) 、功率质量评估( 稳定状态电压、电压波动等) 。IECTS61400-23：2001，风轮发电机系统第23 部分：转子叶片的全尺寸比例结构试验，属技术规范，内容主要涉及范围、参考标准、定义、符号、总则、叶片数据、设计和测试载荷间的差异、测试载荷、载荷系数测量、测试载荷分布与设计要求相比的评估、失效模式、测试过程和方法、确定叶片特性的其它测试 ( 偏转、硬度分布、质量分布、模型、自然频率、阻尼、蠕变等) 、报告。IECTR 61400-24： 2002，风力涡轮机发电机系统第24 部分：避雷装置 ，属技术报告，内容主要涉及范围、定义、雷电和风力机、损失

33、统计( 风力机雷电损失统计、损失统计、数据库优缺点) 、风力机雷电损失的风险评估、风力机叶片的雷电保护、齿轮箱和轴承的保护、电子系统和控制系统的保护、地面、人身安全、总结。6北京理工大学导航通信技术与应用2012-2013-2结课论文1.4 预期成果1.4.1成果形式公开发表论文实物、产品；模型；图纸；磁盘；现场演示；图片；录像； 样品。1.4.2知识产权无专利申报说明及软件著作权登记说明2 项目执行方案2.1 拟采取的研究方法通过对于电力电子口下的两个主要模块进行设计与实验。主要通过实验来进行检验是否这两个模块能够起到稳流的作用。另外还需对于实验中所用的风力的叶片的发电的实际功率进行考察，检

34、验其是否符合风力发电的固有理论。在风速为 33mph（约 15米 /秒）的情况下，多数大型涡轮机能够达到其额定功率，在45mph（ 20米 /秒）下，多数大型涡轮机关闭。有许多可在风速威胁结构时关闭涡轮机的安全系统，其中包括一种部分涡轮机所用的非常简单的振动传感器，这类传感器的基本组成是一个位于小底座上的与链条相连的金属球。如果涡轮机的振动开始超过某个阈值，球将从底座上落下，拉动链条并触发关闭。涡轮机中最常用的敏感性安全系统可能是受超过阈值的风速触发的“制动 ”系统 。这些装置使用电源控制系统，当风速过高时启动制动装置，当风速下降低于45mph（ 20米 /秒）时 “松开制动装置”。现代大型涡

35、轮机设计使用多种不同类型的制动系统：角度控制 涡轮机的电子控制器监视涡轮的功率输出。当风速高于45mph （ 20米 /秒）时，输出功率将过高，此时控制器通知叶片改变角度，使叶片与风向不一致。这样做可以减慢叶片的转动。角度控制系统要求（转子上的）叶片安装角度是可调整的。被动停止控制 叶片以固定角度安装在转子上，但设计使得叶片中的扭曲角度可在风速过高时对叶片进行制动。叶片具有一个特殊的角度，可在风速超过某一值时导致叶片的逆风面产生湍流，从而使叶片停止转动。简单来说，当面对风向的叶片角度过陡，以至于开始消除上升力，从而降低叶片速度时，空气动力学作用将停止。主动停止控制 这种功率控制系统的叶片可以调

36、整角度，类似角度控制系统中的叶片。主动停止系统按照角度控制系统的方式读取功率输出，但不是调整叶片角度使其与风向不一致，而是调整角度使它们停止转动。2.2 技术路线（或实施方案）在垂直轴风力涡轮机中，转轴安装在垂直轴上，与地面垂直。与水平轴式的同类产品不同，垂直轴风力涡轮机始终与风向保持一致，因此当风向改变时无需调整；但垂直轴风力涡轮机不能自己启动 它需要电力系统的推动才能启动。它通常使用拉索而不是塔架进行支撑，因此转子高度较低。较低的高度意味着风速因地面阻碍而较慢，所以垂直轴风力涡轮机的效率通常要比水平轴风力涡轮机低。从有利的一面来说，所有设备都处于地面高度便于安装和维修；但这意味着涡轮机的占

37、地面积较大，对于农作物种植区来说，这是相当不利的一面。2.3 可行性分析风力发电的原理，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。把风能转变为电能是风能利用中最基本的一种方式。风力发电机一般有风轮、发电机（包括装置） 、调向器（尾翼） 、塔架、限速安全机构和储能装置等构件组成。7北京理工大学导航通信技术与应用2012-2013-2结课论文风力发电机的工作原理比较简单，风轮在风力的作用下旋转，它把风的动能转变为风轮轴的机械能。发电机在风轮轴的带动下旋转发电。风轮是集风装置，它的作用是把流动空气具有的动能转变为风轮旋转的机械能。一般风力发电机的风轮由2个或 3个叶

38、片构成。在风力发电机中，已采用的发电机有3种，即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机。风力发电机中调向器的功能是使风力发电机的风轮随时都迎着风向，从而能最大限度地获取风能。一般风力发电机几乎全部是利用尾翼来控制风轮的迎风方向的。尾翼的材料通常采用镀锌薄钢板。限速安全机构是用来保证风力发电机运行安全的。限速安全机构的设置可以使风力发电机风轮的转速在一定的风速范围内保持基本不变。塔架是风力发电机的支撑机构，稍大的风力发电机塔架一般采用由角钢或圆钢组成的桁架结构。风力机的输出功率与风速的大小有关。由于自然界的风速是极不稳定的，风力发电机的输出功率也极不稳定。风力发电机发出的电能一般是不能直接用

39、在电器上的，先要储存起来。目前风力发电机用的蓄电池多为铅酸蓄电池。风力发电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。依据目前的风车技术，大约是每秒的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。风力发电风力发电正在世界上形成一股热潮，为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在西部地区大力提倡。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机充电器数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组

40、成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13 25V 变化的交流电， 须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。通常人们认为，风力发电的功率完全由风力发电机的功率决定，总想选购大一点的风力发电机，而这是不正确的。目前的风力发电机只是给电瓶充电，而由电瓶把电能贮存起来，人们最终使

41、用电功率的大小与电瓶大小有更密切的关系。功率的大小更主要取决于风量的大小，而不仅是机头功率的大小。在内地，小的风力发电机会比大的更合适。因为它更容易被小风量带动而发电，持续不断的小风，会比一时狂风更能供给较大的能量。当无风时人们还可以正常使用风力带来的电能，也就是说一台200W 风力发电机也可以通过大电瓶与逆变器的配合使用，获得500W 甚至 1000W 乃至更大的功率出。使用风力发电机，就是源源不断地把风能变成我们家庭使用的标准市电，其节约的程度是明显的，一个家庭一年的用电只需 20元电瓶液的代价。而现在的风力发电机比几年前的性能有很大改进，以前只是在少数边远地区使用，风力发电机接一个 15

42、W 的灯泡直接用电，一明一暗并会经常损坏灯泡。而现在由于技术进步，采用先进的充电器、逆变器，风力发电成为有一定科技含量的小系统，并能在一定条件下代替正常的市电。山区可以借此系统做一个常年不花钱的路灯；高速公路可用它做夜晚的路标灯；山区的孩子可以在日光灯下晚自习； 城市小高层楼顶也可用风力电机， 这不但节约而且是真正绿色电源。 家庭用风力发电机，不但可以防止停电，而且还能增加生活情趣。在旅游景区、边防、学校、部队乃至落后的山区，风力发电机正在成为人们的采购热点。无线电爱好者可用自己的技术在风力发电方面为山区人民服务，使人们看电视及照明用电与城市同步，也能使自己劳动致富。2.4 项目特色与创新之处

43、2.4.1 该项目的主要贡献( 创新部分 )该项目打破了原有的风力发电机的固有框架，采用了内蓄电的方式使得其能起到稳流的作用。该项目还一种全新的理论诠释了风力发电的新利用。最重要的是这项研究给后来的风力发电研究提供了范本，给大家提供了风力发电的新思路。人们对于风力发电这样的领域的拓展范围也因此而变得格外广阔。此外，8北京理工大学导航通信技术与应用2012-2013-2结课论文这个项目的研究还填补了国内对于风力发电的稳流设计的技术与理论空白。2.4.2论文工作的创新性该论文填补了国内风力发电研究的稳流部分，使得人们对于风力发电的现实化应用有了更加深刻的认识。该论文以其独特的内蓄电稳流技术使人们对

44、于风力发电的理论有了更加深刻的理解。2.4.3预期研究成果的展示说明说明研究成果所处的阶段为： 实验室阶段； 中试阶段； 生产阶段，2.4.4项目研究及论文成果和学术影响该项目打破了原有的风力发电机的固有框架，采用了内蓄电的方式使得其能起到稳流的作用。该项目还一种全新的理论诠释了风力发电的新利用。最重要的是这项研究给后来的风力发电研究提供了范本，给大家提供了风力发电的新思路。人们对于风力发电这样的领域的拓展范围也因此而变得格外广阔。此外，这个项目的研究还填补了国内对于风力发电的稳流设计的技术与理论空白。该论文填补了国内风力发电研究的稳流部分，使得人们对于风力发电的现实化应用有了更加深刻的认识。

45、该论文以其独特的内蓄电稳流技术使人们对于风力发电的理论有了更加深刻的理解。2.5 已有的研究基础2.5.1 对自身研究创新能力的具体评价2.5.2 已经完成的主要工作集体项目中自身的工作分工2.6 进一步完善该项目的设想3 研究进度安排与经费预算表 1 经费预算（金额单位：元）进度内容（计划进度安排、实验环境要求、完成时间、经费预进度时间计依据与执行时间说明等）预计经费2013/6/1对于电力电子接口的研究与实验。1000 元2013/7/1实验风力发电机的实际发电功率。2000 元2013/8/1对于买来的内蓄电池进行研究测试。1500 元2013/9/1将已经测试过的器件组装，调试。500 元可涉及以下费用：测试/ 计算 / 分析费，会议费/ 差旅费，出版物/ 文献 / 信息传播费，实验材料费，小型仪器设备费，国际合作与交流费，劳务费，专家咨询费等9北京理工大学导航通信技术与应用2012-2013-2结课论文4 项目检查、验收、鉴定时间与方法4.1项目查新结论4.1.1文献检索结果分析检索词：风力发电对风力发电系统中蓄电池组的分析内蒙古轻化工设计院应新宇介绍了蓄电池在风