小型風(fēng)力發(fā)電控制器設(shè)計(jì)

1、小型風(fēng)力發(fā)電控制器設(shè)計(jì)11引言引言11本課題的意義本課題的意義1.1.11.1.1風(fēng)力發(fā)電的意義風(fēng)力發(fā)電的意義隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)供電持續(xù)性和供電量的要求也越來越高。而煤炭、石油的日趨減少，開發(fā)新能源成為當(dāng)今社會(huì)最熱門的話題之一。風(fēng)能作為一種自然資源，它有取之不盡、清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)，所以被人們稱為“綠色資源”受到青睞[1]。利用可再生能源可以節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，而風(fēng)力發(fā)電與其它再生能源相比，更具競爭潛力，因而發(fā)展迅速。

2、我國幅員遼闊，居民分布東多西少?？紤]到生活在邊遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)、牧民以及沿海地區(qū)島嶼上的漁民、邊、海防哨所、通訊塔站及微波中繼站等居民的用電特點(diǎn)，用常規(guī)電網(wǎng)覆蓋他們十分困難，而且也很不經(jīng)濟(jì)。因此在我國的許多邊遠(yuǎn)地區(qū)，電力短缺造成經(jīng)濟(jì)，文化與教育的嚴(yán)重落后。但由于這些地區(qū)一般風(fēng)力資源比較豐富，因此在這些地區(qū)大力推廣小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用也將是一種比較理想的策略[2]。1.1.21.1.2目前戶用小型風(fēng)力發(fā)電存在的問題目前戶用小型風(fēng)力發(fā)電存在的

3、問題風(fēng)力發(fā)電是涉及電機(jī)、電力電子、電化學(xué)、機(jī)械、空氣動(dòng)力學(xué)、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、氣象等多種學(xué)科的綜合課題，大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能直接并到電網(wǎng)上，向電網(wǎng)饋電；小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的電能用除能設(shè)備儲(chǔ)存起來(一般用蓄電池)，需要時(shí)再提供給負(fù)載(可直流供電，亦可用逆變器變換為交流供給用戶)。常見的獨(dú)立運(yùn)行小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)框圖如圖1.1所示[3]。控制器交流負(fù)載蓄電池逆變器直流負(fù)載由于風(fēng)能的隨機(jī)性和不穩(wěn)定性以及負(fù)載的隨時(shí)變化使得

4、現(xiàn)有小型風(fēng)電系統(tǒng)仍然存在不少問題。1、效率較低，現(xiàn)有系統(tǒng)一般采用發(fā)電機(jī)輸出直接對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，并沒有對(duì)風(fēng)電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，使得風(fēng)能利用系數(shù)比較低，一般在0.3左右。據(jù)貝茨理論風(fēng)能利用圖1.1小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)框圖小型風(fēng)力發(fā)電控制器設(shè)計(jì)327%～37%濃度的硫酸作為電解液的電池，即通常所說的鉛酸蓄電池。依據(jù)哥來德斯東和特利浦雙硫酸化理論：鉛酸電池釋放化學(xué)能的過程是負(fù)極進(jìn)行氧化，正極進(jìn)行還原的過程；電池補(bǔ)充化學(xué)能的過程則是負(fù)極進(jìn)行還原，正

5、極進(jìn)行氧化的過程[7]。鉛蓄電池充電時(shí)，正極上的硫酸鉛氧化成二氧化鉛，負(fù)極上的硫酸鉛還原成金屬鉛；放電后正、負(fù)兩極都生成硫酸鉛(PbSO4)這種硫酸鹽。放電反應(yīng)和充電反應(yīng)互為可逆反應(yīng)。放電反應(yīng)消耗電解液中的硫酸，生成水，結(jié)果是硫酸溶液的濃度下降。充電時(shí)極板中的硫酸鉛轉(zhuǎn)變成鉛和二氧化鉛，把硫酸根放回電解液，與水形成硫酸(H2SO4)，濃度又逐漸上升，最后達(dá)到一穩(wěn)定值。因此，可以用電池中硫酸溶液的密度來衡量電池充放電的程度。鉛蓄電池放電時(shí)，

6、它的大部分化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能供給外電路，一小部分化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能散失掉。同時(shí)活性物質(zhì)和電解液轉(zhuǎn)變成PbSO42H2OPbSO4這個(gè)物質(zhì)體系。在放電過程中，蓄電池內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)吸收熱量，內(nèi)阻產(chǎn)生的熱量被電化學(xué)反應(yīng)吸收，所以放電時(shí)蓄電池溫升較低。充電時(shí)，蓄電池把外界傳輸給它的電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲(chǔ)蓄到Pb2H2S04S02這個(gè)物質(zhì)體系之中。這個(gè)物質(zhì)體系比PbSO42H20PbSO4含有更多的化學(xué)能。因此，剛充足電的蓄電池電壓高，電解液濃，能量多。

7、所以要特別注意和小心避免發(fā)生短路。在充電過程中，蓄電池內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)釋放熱量；此外，充電電流流過蓄電池的內(nèi)阻時(shí)，也產(chǎn)生熱量，蓄電他的溫度因此升高[8]。蓄電池充電電流越大，溫升越高，就是這個(gè)緣故。充電時(shí)還伴隨著一個(gè)很難避免的副反應(yīng)，就是電解水生成氫氣和氧氣。特別是充電后期，電壓升高了，電能主要消耗在電解水方面，而且對(duì)極板活性物質(zhì)很不利。因此在充電過程中要對(duì)蓄電池進(jìn)行過充電保護(hù)。1.2.11.2.1蓄電池充電器的發(fā)展蓄電池充電器的發(fā)展充電

8、方式的選擇直接影響著電池的使用效率和使用壽命，充電技術(shù)近年來發(fā)展非常迅速。充電器的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：1、限流限壓式充電器最原始的就是限壓式充電，然后過渡到限流限壓式充電，它使用的方式就是淺充淺壽命表述就是時(shí)間，沒有次數(shù)，比如10年[9]。這種充電模式的效果較差。2、恒流限壓式充電器是充電器發(fā)展的第二階段，這種模式的充電器占據(jù)了充電器市場近半個(gè)世紀(jì)。首恒電流充電至預(yù)定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。一般兩階段之換電壓就是第二階