家用小型风力发电系统的初步设计(共45页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上2015年度本科生毕业论文（设计）家用小型风力发电系统的初步设计院 系： 工学院 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 2011级 学生姓名： 学 号： 导师及职称： 2015年6月2015 Annual Graduation Thesis (Project) of the College Undergraduate The preliminary design of small household wind power generation system Department: Electrical Engineering and Automation Major: Institute of Technology Grade: 2011Students Name: Xu Yun DongStudent No.: 0Tutor: The lecturer Hua Jing Finished by June, 2015摘 要风能作为一种清洁的可再生能源正逐渐受到了人们的重视，风力发电也成为了时下的朝阳产业。本论文详细阐明了小型独立风力发电系统的设计方案，对风力发电机组的结构和电能的变换及继电控制电路做了初步的研究。本论文首先介绍了课题的目的和意义，综述了国内外风力发电的发展概况，简要概括了风力发电相关技术的发展状况，论述了常见小型风力发电系统的基本组成和各部分的作用，同时对本论文的系统方案做了简要的概括，着重分析了整流电路与Buck降压电路的配合，蓄电池充放电继电保护以及电能输出的有效性等。还引入了市电切换电路，作为在发电机故障或蓄电池电量不足的情况下为负载供电。为了使能量的利用达到最大化，本系统还引入了并网电路。所以本论文设计的小型风力发电机组不但适合偏远的地区，也适合市区家庭使用。本文提出的解决方案为：风力传动装置带动三相永磁交流发电机，然后通过ACDCDCAC变换为交流电，并且考虑到风力的不稳定性，在系统中并入蓄电池组和稳压器，通过继电控制电路的监控以实现系统的自动控制，同时并入市电投切，保证系统在风能充足时可蓄能，在风能不充足时亦可为负载供电。系统的运行状况采用继电控制电路监控和切换。本论文的重点在于继电控制电路的设计，并对各种不同风力情况下系统的运行状况进行了全面而严谨的分析。关键词：小型风力发电机组；整流：逆变；继电控制：蓄电池ABSTRACTWind energy as a clean and renewable energy has been paid more and more attention, wind power generation has become the sunrise industry. This paper expounds the design scheme of small independent wind power generation system, transform and relay control circuit and the power structure of the wind turbine to do in-depth study.This paper firstly introduces the purpose and significance of the topic, summarizes the general situation of development of wind power at home and abroad, summarized the development situation of wind power generation technology, discusses the small wind power generation system, the basic composition and function of each part of the system, at the same time, this paper made a brief summary, focuses on the analysis of the coordination rectifier circuit and Buck circuit, battery charging and discharging of relay protection and electric energy output efficiency. Also introduced the power switching circuit, as for the load of the power supply in the generator or battery power shortage. In order to make the use of energy to achieve the maximization, this system also introduced the grid circuit. So small wind turbines are designed in this paper is not only suitable for remote areas, but also suitable for family use.The solution proposed in this paper is: the wind turbine driven by three-phase AC generator, and then through the AC - DC - DC - AC transform as the standard alternating current user needs, and considering the wind instability, batteries are incorporated in the system, the relay control circuit of the control system achieves automatic control, to ensure the system can storage in the wind in the wind energy is not sufficient enough, also to supply power for the load. The running status of the system with the relay control circuit and switch control.The focus of this paper is the design of relay control circuit, and the running state of the system under the conditions of different wind has made a comprehensive and rigorous analysis.Keywords:Small wind turbines;Rectifier;  relay control;Battery目 录专心-专注-专业第一章 绪论风能是种可再生、无污染、取之不尽用之不竭的新能源，也称之为“绿色能源”。风能的特点：不需要采购、运输，不需要开采，不消耗资源，清洁卫生。风能具有广阔的发展前景，在国内外得到了广泛的应用。它是通过空气流动做功而产生的一种可利用的能量。空气流动而产生的动能称风能。空气流速越高，动能就越大。人们可以用风力机把空气流的动能转化为旋转的机械能去带动发电机。到2010年为止，全世界以风力产生的电力约有 105.1 百万千瓦，供应的电力已超过全世界用量的1.5%。风能虽然对大多数国家而言还不是主要的能源，但在1999年到2013年之间已经成长了十倍以上。 1.1 小型风力发电概述 1.1.1 小型风力发电发展历程与展望 在二十世纪80年代初，国家领导人视察我国的西北部地区后，向科技部提出了要解决偏远地区农牧民用电问题的批示。科技部组织专家考察了这些地区后，提出了使用小型风力发电系统解决偏远地区农牧民供电问题的方案，并列入了国家“六五”科技攻关计划。当时，南京航空学院、沈阳工业大学、清华大学、长沙铁道学院等一批院校和航空部602所、机械部呼和浩特牧机所、中科院电工所、北京农机化研究院、浙江机电研究院、中国气象科学院等一批院所以及中国船舶工业总公司884厂、内蒙古动力机厂、包头电机厂、商都牧机厂、北京联合收割机厂、北京电机总厂、浙江电力修造厂等企业都参与了小型风力发电机的设计、研制工作。  八十年代中后期，我国的小型风力发电机已形成了规模化生产的能力，在内蒙古等偏远地区推广小型风力发电机将近二十万台，到1992年在丹东召开全国风力机械行业协会成立大会时，会员单位多达五十多家。但由于没有适时建立产品质量检测体系和市场监督机制，致使大批低质量低价的小型风力发电机涌入市场，导致产品的成本与市场价格错位，优质产品的企业失去了市场，也丧失了产品更新换代和进一步研发的能力。又加上产品的售后服务体系不完善，导致小型风力发电机产品大多出现了质量问题，用户对小风机产品失去了信心，市场急剧萎缩，从而使得整个小型风力发电机制造行业全面萎缩。根据全国风力机械行业协会2002年对全国小型风力发电机产品销售量的统计，全国共销售小型风力发电机产品15670台套，其中3000W以下的产品12000台套，并且是低质低价的产品为主，工业产值不足2500万元，不及一个中小企业的年产值。我国目前的新能源行业中，小型风力发电机是为数不多的与国外技术水平差距不大的产业，如果这个产业能做大，将成为极具国际市场竞争力的产品，为我国出口创汇作出贡献。希望我国相关部门能把我国高可靠性、质量优良的小型风力发电机产品纳入对外援助的产品目录中。风能约3.53亿千瓦（依据地面以上10米高度风力资料计算），近海可开发利用的风能约10.5亿千瓦(15 米深的浅海地带)，共计约14亿千瓦以上。风能利用的主要方式仍是风力发电。风力发电的利用方式主要有两类，一类是独立运行（离网型）供电系统。即电网未通达的偏远地区，如高山、草原和海岛等，用小型风力发电机组为蓄电池充电，再通过逆变器转换成交流电向终端电器供电，单机容量一般在100W-10KW；或者采用中型风电机与柴油发电机或光伏太阳电池组成混合供电系统，目前系统的容量约10KW-200KW，解决小社区用电问题。另一类是作为常规电网的电源，并网运行。商业化的机组单机容量为150KW-1700KW，既可单独并网，也可以由多台，直至成百上千台风机组成风力发电场。目前中国风力发电并网起步虽然相对较晚，但增长却十分显著。到2005年底，我国大陆累计安装风电机组1852 台，累计风电场总装机容量为1264MW，新增17个风电场。总共已有59个风电项目上网发电，预计到2020 年中国风电装机容量有望突破3000 万千瓦，其中20062010 年底风电装机容量复合增长率有望达到38，20102020 年底风电装机容量复合增长率有望达到43.1。目前我国大风机的研发，走的是技术引进、与国际大公司联合开发之路，技术水平与研究开发能力与国外相比都存在较大的差距。但在小型风机的开发上已积累了丰富的开发经验，与国外相比差距并不大。 小型风机的未来发展方向小型风力发电机未来的发展趋势如何？我认为应该包括以下几个方面：（1） 小型风力机与太阳能电池相结合作为最合理的独立发电系统的应用领域还相当广泛，包括风光互补便携式电源、风光互补泵水系统、风光互补供暖系统等等。随着小型风力发电机产品的多样化，风光互补独立供电系统在市政项目、在边防哨所、在偏远地区都有着极广的应用前景。（2）小型风力机并网发电系统众所周知，德国和日本的光伏屋顶计划促进了太阳能电池产业的发展。但在英国等阳光资源不好的国家，正在推广风力发电机屋顶发电计划。小型风力发电机系统并网发电，不仅可以改善电网供电结构，也是分布式可再生能源发电的理想方式。目前，国内的小风机产品也开始接受英国等国外的应用测试，开始走向国外。英国、美国等国家已立法鼓励家庭安装小型风力发电机并网发电系统，这样一来就为小型风力发电机并网运行提供了很大的发展空间。但随着小型风力发电机在家庭的推广这就对产品提出了更高的要求，低风速发电、低噪音、高可靠性、美观性、安全性等都有了更高的要求。小型风力发电机的技术进步是促进产业发展的根本保证。 对我国规模化发展小型风力产业的建议我国的小型风力发电机产业是有技术基础的，而且产品都是自主知识产权和100%的国产化，要保证产业的健康发展，必须：（1）建立完善的产品质量监督体系小型风力发电机产业经常由于产品质量的问题一直不受人们重视，当下只有健全产品质量监督体系才能杜绝劣质产品充斥市场，只有这样才能给产业一个公平竞争、健康发展的环境。（2）政府项目为小型风力发电机产品提供一个推广的机会“送电到乡”工程采用的是太阳能发电系统，这让我国的小型风力发电失去了一个推广和发展的机会，希望“送电到村”工程能充分考虑采用风光互补发电系统，给我国的小型风力机产业提供一个推广和发展的机会。（3）关注小型风力发电机产业的技术进步在我国的新能源行业中，小型风力发电机是为数不多的与国外技术水平差距不大的产业，如果能把这个产业做大，就能成为极具国际市场竞争力的产品，为我国出口创汇作出贡献。希望我国相关部门能把我国高可靠性、质量优良的小型风力发电机产品纳入对外援助的产品目录中。 1.1.2 常见风力发电系统概述 常见的小型风力发电系统如图1-1所示。图1-1 小型风力发电系统框图小型风力发电是我国远离电网的山区、偏远地区、移动施工队、牧区和特殊地区解决基本用电问题的主要方式，除具有风力发电的一般优点外，其自身优点主要有：小型发电机可根据需要变更组件大小，机动性高；也可根据需要随时安装，使用方便，快速解决日常用电问题；小型发电机能源使用多元化，可与多种不同的可再生能源组合，方便可靠。风力发电的运行方式主要有两种：一类是离网独立运行的供电系统，。离网型风力发电系统通常采用蓄电池组进行储能，通过逆变器实现交流工频电能输出，其单机容量多在10kW以下，是边远缺电地区一种重要的电力生产方式。在缺电地区，采用小型风力发电系统为局部负载供电，不但减少了一次性巨额投资，还可以免除火力发电的温室气体排放，起到改善环境，增强能源的多样化的作用，有益于能源的可持续性发展。目前我国小型风力发电机组的研究和制造已具备相当丰富的经验，技术上已日趋成熟，形成了我国的系列型谱，并有部分出口。另一类是作为常规电网的电源，与电网并联运行。并网型发电是大规模利用风能最常见最经济的方式，已成为当今世界风能利用的主要形式。并网型风力发电系统是指风力发电机组的负载是电网的发电系统，其控制方式随风力发电机和风力机的不同而不同。并网型风力发电机组的控制关键是功率调节，控制方式从定桨距失速控制发展到变桨距控制又发展到近年来的变速控制技术。 本论文讨论的是前者，即独立运行风电系统的解决方案。 1.2 论文系统概述该独立运行的风力发电系统结构框图如图1-2所示：图1-2 系统结构框图风力发电系统的硬件构成基本上决定了电力变换的效率和系统的成本，因此如何构造硬件结构就显得尤为重要。硬件回路设计的时候，在满足性能要求的前提下，应使主回路的结构尽量简化，这样就能够在提高能量变换效率的同时降低系统成本。主电路是指从三相永磁同步发电机发出的电能到达负载和蓄电池所经过的电路，主要包括三相不可控整流电路， Buck 变换电路和蓄电池保护电路等。系统主电路如图1-3所示。 图1-3 系统主电路图 其具体运行状况为：（1）气流吹动风轮转动。（2）风力发电机组通过连接的齿轮变速箱来提高输出端转轴的转速，该轴与发电机相连。（3）转轴带动三相交流发电机（三相Y型连接）转动，开始发电。（此时发出的是频率和幅值都不稳定的交流电）。（4）引出的三相交流电通过整流器变成稳定的直流电。（5）因为整流器输出的电压较高，不能直接与逆变器和蓄电池相连，故采用bust降压电路将整流器输出的电压降至蓄电池和逆变器的额定输入电压范围内。（6）a.若风能充足，直流电经控制电路流向逆变器，并向蓄电池充电； b.若风能不足，控制电路切换为蓄电池供电状态； C.若出现恶劣天气，风速高于发电机组的最大风速时或需要检修系统电路时，可手动关断刀闸Q1，避免发电机产生高压烧坏其它电子设备。（7） 直流电经逆变器变换为恒频稳定交流电。此时由于逆变器输出的电压波动范围较大，所以加了一个稳压装置在逆变器后面，经稳压器输出的电才可供给负载使用。（8） 若出现多天无风且蓄电池电量不足，则自动切入市电，以保证负载的正常供电。（9） 若出现系统故障需要检修，又不想影响负载供电的情况，可手动闭合刀闸Q2，其设计详见第三章。第二章 风力机原理及其结构 风力机经过多年的演变和发展，已经有很多形式，但是归纳起来，可分为两类：水平轴风力机，风轮的旋转轴与风向平行；垂直轴风力机，风轮的旋转轴垂直于地面或气流方向。本系统中采用的是水平轴风力机。 2.1 风力机的气动原理风力发电机组主要利用气动升力的风轮。气动升力是由飞行器的机翼产生的一种力，如图2-1。 图2-1 气动升力图从图可以看出，机翼附近气流方向有所变化，在其上表面形成低压区，在其下表面形成高压区，产生向上的合力，且垂直于气流方向。在产生升力的同时也产生阻力，风速也会有所下降。升力总是推动叶片绕中心轴转动。 2.2 风力机的主要部件查阅资料可知水平轴风力机的主要部件有风轮、塔架、对风装置和齿轮箱，其整体结构如图22所示：（1） 风轮：本论文所选风力机由3个叶片组成，用来吸收风能。当风轮转动时，叶片受到离心力和气动力的推动，离心力对叶片施加一个拉力，同时气动力使叶片弯曲。为防止风速高于风力机的设计风速使叶片损坏，需对风轮进行控制，控制风轮主要有如下两种方法：a，改变叶片角度；b，利用扰流器，产生阻力，以降低风轮转速；c，使风轮偏离主方向等。 图2-2 风力主要部件结构图（2）塔架：风轮需要在距地面一定高度的位置才能使风轮在较高的风速下运行。由于塔架需要承受两个主要的载荷：一个是风力机的重量，向下压在塔架上；另一个是阻力，使得塔架向风的下游方向弯曲。实际选择塔架时必须考虑其成本。 （3）对风装置：由于自然界的风向及风速一直变化，为了得到较高的风能利用率，应使风轮叶片的旋转面经常对准风向这就需要一个对风装置。本论文只介绍小型风力机的对风装置，如图24所示，利用尾舵控制对风。由尾翼带动水平轴旋转，使风轮总朝向风吹来的方向。图2-3 对风装置（4）齿轮箱由于自然风带动风轮的转速较低，而且风速的大小经常变化，这就使得风轮机转速不稳定，不能直接带动发电机。所以，还必须安装一个升速齿轮箱，再加一个调速装置使得转速相对保持稳定，然后才能连接到发电机上。齿轮箱的主要作用是将风轮的转速升高并传递给发电机，考虑到齿轮箱的制动能力，在齿轮箱的输入端或输出端应设置刹车装置配合叶尖制动装置实现联合制动。 2.3 风力机的功率风的动能和风速的平方成正比，功率是力和速度的乘积，也可用于风轮功率的计算。风力与速度平方成正比，所以风的功率与风度的三次方成正比。如果风速增加一倍，风的功率便会增加8倍。风轮从风中吸收的功率如下： (21) (22)式中：P为输出功率，为能利用系数，为空气密度，R为风轮半径，v为风速，为齿轮箱和传动系统的机械效率（0.80-0.95）,为发电机效率（0.7-0.98）。众所周知，假设接近风力机的空气的动能全部都被风力机全部吸收，那么风轮后的空气就不静止了，然而空气不可能完全停止，能量在传递过程中也会损失一部分，所以风力机的效率一定小于1。 2.4风力机组选型 2.4.1风力机选型本论文基于蒙自常年的气象条件选取某地区一处适合架设小型风力发电系统的地方进行为期一年气象考察。根据我自己考察得到的数据再与有关部门对该地区常年风速统计整理后如表2-1所示。表2-1 气象资料统计表风级名称风速(m/s)(km/h)陆地地面物象年均天数（天）0无风0.0-0.2<1静,烟直上10-201软风0.3-1.51-5烟示风向20-302轻风1.6-3.36-11感觉有风20-503微风3.4-5.412-19旌旗展开50-1004和风5.5-7.920-28吹起尘土180-2505劲风8.0-10.729-38小树摇摆50-806强风10.8-13.839-49电线有声10-157疾风13.9-17.150-61步行困难1-28大风17.2-20.762-74折毁树枝0-19烈风20.8-24.475-88小损房屋010狂风24.5-28.489-102拔起树木011暴风28.5-32.6103-117损毁重大012飓风>32.6>117摧毁极大0由上表可知，该地区以轻风，微风，和风，劲风为主。我们又对该地区多天风速进行测量，粗略统计出每天的风速见表2-2。表2-2 日风速持续时间表风速（m/s）3-88>8持续时间（小时/天）732本论文设计用电对象为单个家庭用户，因此选择风力机还必须考虑该风力机发出的电能是否能够满足该用户。可以根据该地区某用户平均每天耗电量来选择风力机组的安装容量，假设该用户的家用负荷有节能灯5个，彩色电视，洗衣机，冰箱，风扇各一台。查阅资料可得到这些负载用电量情况统计如表2-3所示。表2-3 家用负荷原始资料统计表 负荷 节能灯 彩色电视 洗衣机 冰箱 风扇额定功率/W1520015012050平均日用电 时间/h552108（69月） 台数51111日用电总量/KW.h 0.37510.31.20.05日用电总计 2.925 KW.h由表中可以看出该用户平均每天的用电量约3kwh。根据该地区风能资源情况，这里初步选择额定功率为1kW、额定风速为8m/s的风力机，由风力机输出功率的公式 （2-3）可知，对于设计定型的风力机，其输出功率与风速的三次方成正比关系，风机的平均输出功率可以用下式计算 （2-4）式中，为额定风速，单位 m/s； P 为风力机组的额定输出功率，单位 W；V为实际风速，单位 m/s。风力机组输出电能为 （2-5）式中，是机组的输出总电能，单位 kWh； 是平均风速为 m时的输出功率，单位W； Tm 是平均风速为 m 时的时间，单位 h。 当风速为 8m/s 时，风力机的平均功率为 （2-6）根据该地区每天风速变化规律可知风速为3-8m/s的持续时间为7小时，这里取4m/s代入计算，当风速为4m/s时风力机发出的平均功率为 （2-7）当风速大于8m/s时，这里取9m/s代入计算得该时段平均功率为 （2-8）这样，风力机每天发出的电能为 （2-9） 由以上计算可知，风力发电机组每天约发电6.7kWh，超过用户平均每天耗电量3kWh，基本可以满足该用户的用电需求。因此选择额定功率为1kW，额定风速为8m/s的风力发电机组，在当地风能资源条件下，能满足用户的用电需求。 2.4.2发电机选型 发电机把风轮的机械能转化为电能。其性能好坏直接影响到整个风力发电系统的效率。我国现有的小型离网风力发电系统中，发电机大多采用的是永磁同步发电机 。永磁同步发电机采用的是永磁体励磁，不需要外加励磁装置，这就减少了励磁损耗，同时它也无需换向装置，所以永磁同步电机一般有较高的输出效率。图2-4为三相异步发电机的功率流程图，其中，P1为输入功率；为内机械功率；为电磁功率；P2为输出功率；为附加损耗功率；为转子回路的铜损耗功率；为定子回路的铜损耗功率；为铁损耗功率 。图2-4 三相异步发电机功率流程图由于永磁同步电机的转子是永磁体，也就不存在异步发电机转子回路的铜耗问题，也就没有图2-4上的消耗。在输入功率相同，其他的功率损耗也大致相同的情况下，永磁同步电机的输出功率相对较大。同时，由于不需要励磁绕组和直流励磁电源，也就取消了容易出问题的集电环和电刷装置，成为无刷电机，因此，结构简单，运行更为可靠。若选择异步发电机则必须靠电网或蓄电池提供励磁，一方面消耗了蓄电池的电能，另一方面不利于风能利用的最大化。另外，由于风速变化就会影响励磁调节过快从而影响蓄电池及励磁调节器的寿命。虽然用并联电容等方式也可用于离网小型风力发电系统中，但由于电容器体积较大，投切不方便，价格较昂贵，所以就各方面考虑，本论文采用的发电机是稀土永磁发电机。根据上述风力发电机组安装容量和选取原则，选定型号为FD4-1/8小型风力机组作为设计依据。主要技术参数见表2-4。表2-4 FD4-1/8型风力机组参数启动风速4m/s风轮直径4m额定风速8m/s工作风速范围520m/s最高安全风速20m/s输出电压AC56V额定功率1000W额定转速300r/min最大功率1500W 发电机 稀土永磁发电机发电机效率71% 噪音<65dB工作环境温度-40+50塔架高度8m重量350kg风能利用系数0.41寿命20年 GB10760.1-89规定，额定功率1kW小型风力发电机的额定电压为56V，转速工作范围为65%150%额定转速。当风力发电机组工作在该范围内时输出电压为36V84V。第三章 电气设计部分 3.1 整流部分由于自然界风力的不稳定性，交流发电机输出的是不稳定的交流电，频率和幅值都在不断地变化，而用户需要的是正常频率（即220V/50HZ）的稳定交流电，因此必须进行ACDCDCAC变换，即先经过整流变成直流电，然后经过BUST变换器降压，最后再经过逆变电路将之变成标准的交流电。如果电能足够充足的话或者空载时还可以将多余的直流电储存在蓄电池组内。 3.1.1 整流电路图和工作原理 整流器的主要功能是将风力发电机输出的三相交流电变为直流电， 经过整流后的直流电经过DC/DC变换器再对蓄电池进行充电。一般采用的都是三相桥式整流电路。在小型风力系统中整流器还有另外一个重要的用途，就是当外界风速过小或者基本没风时，发电机的输出功率也随之减小，由于三相整流桥由二极管构成，其导通方向只能是由发电机的输出端到蓄电池，这就防止了蓄电池对发电机的反向供电，对发电机组起到了保护的作用。 根据系统容量可将整流器分为可控和不可控两种，可控整流器主要应用在大功率的系统中；不可控整流器主要应用于小功率系统中。因为桥式不可控整流电路由二极管组成，具有功耗低、电路简单等优点。是目前我国独立运行的小型风力发电系统中大量使用的运行方式，其原理如图3-1所示图3-1 三相桥式不可控整流电路如图31所示，习惯将阴极连接在一起的3个二极管（D1、D3、D5）称为共阴极组；阳极连在一起的3个二极管（D2、D4、D6）称为共阳极组。此外，习惯上希望二极管按照从16的顺序导通，为此将二极管按照图示顺序编号，按此编号，二极管的导通顺序为D1、D2、D3、D4、D5、D6。该电路中，对于共阴极组的3个二极管，阳极所接交流电压值最高的一个导通。而对于共阳极组的3个二极管，则是阴极所接交流电压值最低的导通。这样任意时刻共阴极组与共阳极组中各有一个二极管处于导通状态，施加于负载（或者蓄电池组）的电压为某一线电压。电路工作波形如图32所示。图3-2 电路工作波形从相电压波形看，共阴极组二极管导通时，整流输出电压Ud1为相电压再正半周的包络线；共阳极组导通时，整流输出电压Ud2为相电压在负半周的包络线。总的整流输出电压是两条包络线见的差值，将其对应到线电压波形上，即为线电压在正半周的包络线。为了说明各二级管的工作情况，将波形中的一个周期分为6个阶段，每段为60°，每一段中导通的二极管及输出整流电压的情况如表31所示。该表可见，6个二极管的导通顺序依次为D1、D2、D3、D4、D5、D6。表31整流管导通顺序表时段共阴极组导通二极管D1D1D3D3D5D5共阳极组导通二极管D6D2D2D4D4D6整流输出电压 3.1.2 整流管参数选择由于风力发电机组的输出电压与输出电流是会随着风速的波动而发生很大变化的。如果整流管的参数选择不当，将使元件遭到破坏。整流管的参数应根据其在电路中可能承受的最大正、反向峰值电压和流过的最大工作电流来选择。风力发电机组的输出电压经过整流后，有以下主要数量关系：（1） 输出电压平均值空载时，输出电压平均值最大，为。随着负载加重，输入电压平均值减小，至进入id连续情况后，输入电压波形成为线电压的包络线，其平均值为。可见，在2.34U12.45U1之间变化。由于整流器的输入电压为36V84V，由此可得整流输出电压平均值最大为 （31） 整流输出电压最小值为 （32）（2） 最大负载电流为 （33）元件流过的平均电流为 （34）由上式计算结果，可选择富士康公司生产的型号为MURP20020CT，参数为200A/500V的硅二极管作为整流管。在整流回路中，经常会出现操作过电压或换向过电压。为了防止过电压破坏元件，通常在整流回路的直流侧接入阻容过电压保护。电阻R和电容C的值可参照如下方法估算，即 （35） （36） 式中：为输出的最大整流电压；为输出的最大整流电流；为风力发电机输出功率；为整流器入口交流线电压。此处R取10，C取100。 3.2 蓄电池容量选择 确定蓄电池容量的应考虑以下因素： 系统负荷每天需要的电量； 蓄电池的允许放电深度和自放电率； 蓄电池每天需要存储的电量； 蓄电池这一模块的设计主要是蓄电池容量的设计计算和蓄电池组的串并联设计。常用的蓄电池有镍氢、镍镉和铅酸蓄电池，考虑到技术成熟性和成本等因素，本论文使用铅酸蓄电池。 3.2.1 蓄电池容量的设计计算从第二章的资料及计算结果可知，用户平均每天用电5小时/天，总耗电约为3kWh。假设充一次电能提供3 天的用电量，根据蓄电池的放电量能等于负载的耗电量的原则，蓄电池容量计算式为 （37）式中，为蓄电池的总容量，单位Ah；为用户总耗电功率，单位W；T为放电小时数，单位h；为蓄电池端电压，单位V； 为蓄电池放电深度。从式中得知，蓄电池端电压越高、放电深度越大，则需要的蓄电池容量就越小，需要的蓄电池单体个数就越多，成本也就高。参照变换器的技术参数，选定蓄电池端电压为24V，平均用电时间为5小时，持续用电 3 天，蓄电池放电深度为80%，则计算蓄电池容量为780Ah，实际选用800Ah。 3.2.2 蓄电池的串并联设计每个蓄电池都有它的标称电压。单个蓄电池的标称电压较低，为了达到负载的工作电压，需将蓄电池串联起来给负载供电。蓄电池串并联计算可参照如下公式a.蓄电池串联数=蓄电池端电压÷单个蓄电池标称电压=24÷12=2块b.蓄电池并联数=蓄电池总容量÷每组串联蓄电池容量=800÷200=4块蓄电池串并联方式如图3-3所示 图3-3 蓄电池串并联图 该系统需要使用的蓄电池总数就等于每组串联数乘以并联数。经计算可知蓄电池总容量为800Ah，可由8只12V/200Ah的蓄电池进行串并联构成蓄电池组，串并联方式如图3-3所示。经过调查对比这里选用武汉长光电源有限公司产品型号为CB阀控密封铅酸蓄电池，其技术参数如表3-2所示。表3-2 CB蓄电池参数标准电压最大充电电流单体内阻最大放电电流端子形式12(V)60A4m（25)80AFP-08不同温度下的放电容量单体充电电压（25）标准容量单体自放电残余容量（25）尺寸40102%25100%085%浮充 28V200.00(Ah)20HrTo 12V/单体3个月后90%6个月后8