第2章風(fēng)力發(fā)電與控制技術(shù)

1電氣工程學(xué)院第2章風(fēng)能、風(fēng)力發(fā)電與控制技術(shù)2電氣工程學(xué)院

本章主要內(nèi)容2.1緒論2.2風(fēng)的特性及風(fēng)能利用2.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及工作原理2.4風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略2.5風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行和功率補(bǔ)償2.5風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性評(píng)價(jià)2.6小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理及應(yīng)用3電氣工程學(xué)院

2.1緒論

在新能源發(fā)電技術(shù)中，風(fēng)力發(fā)電是其中最接近實(shí)用和推廣的一種。風(fēng)力發(fā)電是一個(gè)綜合性較強(qiáng)的系統(tǒng)，涉及空氣動(dòng)力學(xué)、機(jī)械、電機(jī)和控制技術(shù)等領(lǐng)域。風(fēng)能是太陽(yáng)能的一種轉(zhuǎn)化形式，是一種清潔的、可再生的自然能源。風(fēng)能的開(kāi)發(fā)利用已有數(shù)千年的歷史。在蒸汽機(jī)發(fā)明以前，風(fēng)能就曾作為重要的動(dòng)力，用于船舶航行、提水飲用和灌溉、排水造田、磨面和鋸木等。

風(fēng)力發(fā)電是在大量利用風(fēng)力提水的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它首先起源于丹麥，目前丹麥已成為世界上生產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的大國(guó)。風(fēng)力發(fā)電是近期內(nèi)最具開(kāi)發(fā)利用前景的可再生能源，也將是21世紀(jì)中發(fā)展最快的一種可再生能源。452.1.1世界風(fēng)電發(fā)展?fàn)顩r

2003-2008年世界風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量前十位國(guó)家6世界累計(jì)裝機(jī)容量增長(zhǎng)狀況（MW）72008年世界排名前十位的整機(jī)制造商8主要風(fēng)電國(guó)家新增及累計(jì)裝機(jī)容量對(duì)比（MW）9近年陸海風(fēng)力發(fā)電對(duì)比圖（MW）10根據(jù)世界風(fēng)能協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，2012年底，美國(guó)風(fēng)電的累計(jì)裝機(jī)量已經(jīng)達(dá)到60GW，其中新增裝機(jī)量為13.1GW，漲幅創(chuàng)下了2009年以來(lái)的新高。2012年，歐洲風(fēng)電市場(chǎng)顯示出強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭，風(fēng)能發(fā)展取得了里程碑式的進(jìn)步——風(fēng)電裝機(jī)總量達(dá)到109GW。令人矚目的是，東歐的新興市場(chǎng)增速也很迅猛。2012年，羅馬尼亞的新增風(fēng)電裝機(jī)量為923MW，烏克蘭的風(fēng)電裝機(jī)量也增長(zhǎng)驚人。另外，歐洲的海上風(fēng)電也正經(jīng)歷著蓬勃發(fā)展。其中，2012年12月，英國(guó)近海風(fēng)電場(chǎng)倫敦陣列項(xiàng)目(LondonArray)完成了最后一批渦輪機(jī)的安裝，標(biāo)志著裝機(jī)高達(dá)630MW的全球最大海上風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目完成了主要基建安裝。112.1.2中國(guó)風(fēng)力發(fā)電發(fā)展?fàn)顩r

中國(guó)風(fēng)能資源

本世紀(jì)初據(jù)中國(guó)氣象科學(xué)研究院的初步測(cè)算在陸地離地10m高度處，可開(kāi)發(fā)儲(chǔ)量為2.53億kW；海上可開(kāi)發(fā)儲(chǔ)量為7.5億kW，總計(jì)約10億kW。2007年中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽(yáng)能研究中心提供的最新測(cè)算數(shù)據(jù)，中國(guó)可開(kāi)發(fā)利用風(fēng)力資源約為：陸上8億千瓦，近海1.5億千瓦。主要分布在東南沿海及附近島嶼，內(nèi)蒙古、新疆和甘肅河西走廊，以及華北和青藏高原的部分地區(qū)。12中國(guó)風(fēng)力發(fā)電快速發(fā)展

隨著《可再生能源法》的實(shí)施和京都議定書(shū)協(xié)議的生效，國(guó)家加大了對(duì)可再生能源支持的力度，風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)得到了連續(xù)快速發(fā)展，出現(xiàn)了風(fēng)電熱。世界風(fēng)能協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2012年中國(guó)新增風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量13200MW(其中海上風(fēng)電裝機(jī)容量127MW)，累計(jì)風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量75564MW，均位居世界第一，美國(guó)緊隨其后。風(fēng)電已超過(guò)核電，成為繼煤電和水電之后中國(guó)的第三大主力電源。13中國(guó)風(fēng)力發(fā)電快速發(fā)展中國(guó)2001-2009年風(fēng)能發(fā)展?fàn)顩r14新疆達(dá)板城風(fēng)電場(chǎng)15廣東南澳風(fēng)電場(chǎng)16承德風(fēng)電場(chǎng)17內(nèi)蒙輝騰西勒18根據(jù)國(guó)家能源局最新規(guī)劃，2020年全國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)將達(dá)到1億千瓦。從2009年到2020年國(guó)內(nèi)新增風(fēng)電裝機(jī)容量平均每年將達(dá)到740萬(wàn)千瓦，投入風(fēng)電場(chǎng)的資金將達(dá)到660億元—740億元，其中風(fēng)機(jī)設(shè)備將達(dá)到444億元。國(guó)家能源局已規(guī)劃將在6個(gè)地區(qū)建設(shè)千萬(wàn)千瓦級(jí)的風(fēng)電場(chǎng)：甘肅酒泉1100萬(wàn)千瓦；新疆哈密2000萬(wàn)千瓦；內(nèi)蒙西部2000萬(wàn)千瓦；內(nèi)蒙東部3000萬(wàn)千瓦；河北1000萬(wàn)千瓦；江蘇1000萬(wàn)千瓦（含700萬(wàn)海上風(fēng)場(chǎng)）中國(guó)風(fēng)電市場(chǎng)將持續(xù)高速發(fā)展19電氣工程學(xué)院2.2風(fēng)的特性及風(fēng)能利用2.2.1風(fēng)的產(chǎn)生 風(fēng)是地球上的一種自然現(xiàn)象，由太陽(yáng)輻射熱和地球自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)和地表差異等引起，大氣是這種能源轉(zhuǎn)換的媒介。圖3-1地球上風(fēng)的運(yùn)動(dòng)20電氣工程學(xué)院2.2.2風(fēng)的特性與風(fēng)能隨機(jī)性風(fēng)隨高度的變化而變化

不同高度風(fēng)速的表達(dá)式：

式中ν——距地面高度為h處的風(fēng)速（m/s）；

ν0——高度為h0處的風(fēng)速（m/s），一般取h0為10m；

k——修正指數(shù)，它取決于大氣穩(wěn)定度和地面粗糙度等，其值約為0.125～0.5。

21電氣工程學(xué)院2.2.3風(fēng)的表示及應(yīng)用1、風(fēng)向

風(fēng)向一般用16個(gè)方位表示，也可以用角度表示。圖示方向方位圖圖3-2風(fēng)向方位圖22電氣工程學(xué)院2、風(fēng)速

由于風(fēng)時(shí)有時(shí)無(wú)、時(shí)大時(shí)小，每一瞬時(shí)的速度都不相同，所以風(fēng)速是指一段時(shí)間內(nèi)的平均值，即平均風(fēng)速。

3、風(fēng)力

風(fēng)力等級(jí)是根據(jù)風(fēng)對(duì)地面或海面物體影響而引起的各種現(xiàn)象，按風(fēng)力的強(qiáng)度等級(jí)來(lái)估計(jì)風(fēng)力的大小。國(guó)際上采用的為蒲福風(fēng)級(jí)，從靜風(fēng)到颶風(fēng)共分為13個(gè)等級(jí)。

風(fēng)力等級(jí)與風(fēng)速的關(guān)系：式中VN——N級(jí)風(fēng)的平均風(fēng)速(m/s)；N——風(fēng)的級(jí)數(shù)。23電氣工程學(xué)院4、風(fēng)能風(fēng)能密度，空氣在一秒鐘內(nèi)以速度ν流過(guò)單位面積產(chǎn)生的動(dòng)能。

表達(dá)式為：

風(fēng)能，空氣在一秒鐘時(shí)間內(nèi)以速度ν流過(guò)面積為S截面的動(dòng)能。

表達(dá)式為：

風(fēng)能特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是蘊(yùn)量巨大、可以再生、分布廣泛、沒(méi)有污染。缺點(diǎn)是，密度低、不穩(wěn)定、地區(qū)差異大。24電氣工程學(xué)院中國(guó)風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量及在全球所占比重(單位：MW，%)1996-2009年我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量25電氣工程學(xué)院我國(guó)風(fēng)電發(fā)展路線2005年累計(jì)裝機(jī)容量126萬(wàn)千萬(wàn)。當(dāng)年并網(wǎng)電量占全國(guó)用電量0.06%。2010年并網(wǎng)裝機(jī)容量3131萬(wàn)千瓦。發(fā)電量占全國(guó)總發(fā)電量1.2%。2015年預(yù)計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)1億千瓦。發(fā)電量將占全國(guó)發(fā)電量的3%。2020年預(yù)計(jì)裝機(jī)容量達(dá)2億千瓦。將滿足全國(guó)5%電力需求。2030年預(yù)計(jì)裝機(jī)容量達(dá)4億千瓦。將滿足全國(guó)8%電力需求。2050年預(yù)計(jì)裝機(jī)容量達(dá)10億千瓦。將滿足全國(guó)17%的電力需求。我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)26電氣工程學(xué)院我國(guó)風(fēng)能資源主要包括陸地資源與近海離岸資源兩部分，總計(jì)7～12億千瓦。陸上經(jīng)濟(jì)可開(kāi)發(fā)量6～10億千瓦，海上1～2億千瓦。風(fēng)能資源豐富區(qū)主要分布在我國(guó)北部和沿海兩大地帶，“三北”（華北北部、東北、西北）是我國(guó)最大的成片風(fēng)能資源豐富帶。

我國(guó)風(fēng)能資源狀況27電氣工程學(xué)院圖3-3全國(guó)平均風(fēng)速分布圖28電氣工程學(xué)院圖3-4中國(guó)全年風(fēng)速大于3m/s小時(shí)數(shù)分布圖29電氣工程學(xué)院測(cè)算機(jī)構(gòu)陸上海上距地面高度

(m)理論技術(shù)可開(kāi)發(fā)量(億kW)距地面高度(m)理論技術(shù)可開(kāi)發(fā)量(億kW)中國(guó)氣象局第二次普查

(20世紀(jì)90年代)102.53107.5中國(guó)氣象局第三次普查(2005)102.97501.8聯(lián)合國(guó)環(huán)境署(2004)5014.2106中國(guó)氣象局風(fēng)資源評(píng)估(2007)5026.8501.8能源研究所估算(2007)-6～10-1.5我國(guó)風(fēng)能資源狀況30電氣工程學(xué)院風(fēng)能轉(zhuǎn)換及應(yīng)用情況如圖所示:圖3-5風(fēng)能轉(zhuǎn)換與應(yīng)用情況312.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及工作原理2.3.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)及分類

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類按其容量劃分小型（10KW以下)中型（10~100KW)大型（100KW以上））風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置按其主軸與地面的相對(duì)位置水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（主軸與地面平行）垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組（主軸與地面垂直）32水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)33垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)34水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)：水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪圍繞一個(gè)水平軸旋轉(zhuǎn)，風(fēng)輪軸與風(fēng)向平行，風(fēng)輪上的葉片是徑向安裝的，與旋轉(zhuǎn)軸垂直，并與風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)平面成一角度（稱為安裝角）。風(fēng)輪葉片數(shù)目為1~10片（大多為3片、5片、6片），它在高速運(yùn)行時(shí)有較高的風(fēng)能利用率，但啟動(dòng)時(shí)需要較高的風(fēng)速。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)35垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)：風(fēng)輪圍繞一個(gè)垂直軸旋轉(zhuǎn)，風(fēng)輪軸與風(fēng)向垂直。其優(yōu)點(diǎn)是可以接受來(lái)自任何方向的風(fēng)，因而當(dāng)風(fēng)向改變時(shí)，無(wú)需對(duì)風(fēng)。36小型及大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組37電氣工程學(xué)院獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

水平軸獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要由風(fēng)輪(包括尾舵)、發(fā)電機(jī)、支架、電纜、充電控制器、逆變器、蓄電池組等組成，其主要結(jié)構(gòu)見(jiàn)右圖。

圖3-6水平軸獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要結(jié)構(gòu)2、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)38電氣工程學(xué)院

并網(wǎng)運(yùn)行的水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由風(fēng)輪、增速齒輪箱、發(fā)電機(jī)、偏航裝置、控制系統(tǒng)、塔架等部件組成并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組圖3-7并網(wǎng)運(yùn)行的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的原理框圖39電氣工程學(xué)院

并網(wǎng)運(yùn)行的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)，它由葉片、輪轂、主軸、增速齒輪箱、調(diào)向機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)、塔架、控制系統(tǒng)及附屬部件（機(jī)艙、機(jī)座、回轉(zhuǎn)體、制動(dòng)器）等組成，結(jié)構(gòu)如右圖。

大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組圖3-8大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本結(jié)構(gòu)402.3.2風(fēng)力機(jī)

風(fēng)力機(jī)又稱為風(fēng)輪，是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的動(dòng)力機(jī)械，風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪葉片在風(fēng)的作用下產(chǎn)成空氣動(dòng)力使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。主要有水平軸風(fēng)力機(jī)和垂直軸風(fēng)力機(jī)。1、水平軸風(fēng)力機(jī)：a.荷蘭式b.農(nóng)莊式c.自行車式d.槳葉式

圖3-9水平軸風(fēng)力機(jī)41電氣工程學(xué)院2、垂直軸風(fēng)力機(jī)：a.薩窩紐斯式b.達(dá)里厄式c.旋翼式垂直軸風(fēng)力機(jī)42電氣工程學(xué)院水平軸垂直軸43電氣工程學(xué)院水平軸與垂直軸風(fēng)力機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)垂直軸風(fēng)力機(jī)優(yōu)點(diǎn)：可以吸收來(lái)自任意方向風(fēng)的能量，不需要調(diào)向機(jī)構(gòu)；齒輪箱和發(fā)電機(jī)可以安裝在地面，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方面。

缺點(diǎn)：最大功率系數(shù)較低；要在相對(duì)較低的尖速比下運(yùn)行；不能自行啟動(dòng)；大型垂直軸風(fēng)力機(jī)的氣彈性問(wèn)題和機(jī)械振動(dòng)問(wèn)題也較為復(fù)雜。水平軸風(fēng)力機(jī)

缺點(diǎn)：需要調(diào)向機(jī)構(gòu)；齒輪箱和發(fā)電機(jī)安裝在位于塔頂?shù)臋C(jī)艙內(nèi)，安裝維護(hù)不方便。44電氣工程學(xué)院新一代風(fēng)力機(jī)的特點(diǎn)是：增強(qiáng)抗風(fēng)暴能力；風(fēng)輪葉片廣泛采用輕質(zhì)材料,如玻璃纖維復(fù)合材料等;運(yùn)用近代航空氣體動(dòng)力學(xué)成就使風(fēng)能利用系數(shù)提高到0.45左右；用微處理機(jī)控制，使風(fēng)力機(jī)保持在最佳運(yùn)行狀態(tài);發(fā)展風(fēng)力機(jī)陣列系統(tǒng);風(fēng)輪結(jié)構(gòu)形式多樣化。45電氣工程學(xué)院2.3.3風(fēng)力發(fā)電機(jī)

在由機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程中，發(fā)電機(jī)及其控制器是整個(gè)系統(tǒng)的核心。獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中所用的發(fā)電機(jī)主要有直流發(fā)電機(jī)、永磁式交流發(fā)電機(jī)、硅整流自勵(lì)式交流發(fā)電機(jī)及電容式自勵(lì)異步發(fā)電機(jī)。并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組中使用的發(fā)電機(jī)主要有同步發(fā)電機(jī)、異步發(fā)電機(jī)、雙饋發(fā)電機(jī)、低速交流發(fā)電機(jī)、無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī)、交流整流子發(fā)電機(jī)、高壓同步發(fā)電機(jī)及開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)等。46電氣工程學(xué)院1、獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中的發(fā)電機(jī)

獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)一般容量較小，與蓄電池和功率變換器配合實(shí)現(xiàn)直流電和交流電的持續(xù)供給。獨(dú)立運(yùn)行的交流風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖3-14獨(dú)立運(yùn)行的交流風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)47電氣工程學(xué)院（1）直流發(fā)電機(jī)

直流發(fā)電機(jī)從磁場(chǎng)產(chǎn)生（勵(lì)磁）的角度來(lái)分，可分為永磁式直流發(fā)電機(jī)和電磁式直流發(fā)電機(jī)，典型結(jié)構(gòu)如圖示。直流發(fā)電機(jī)可直接將電能送給蓄電池蓄能，可省去整流器，隨著永磁材料的發(fā)展及直流發(fā)電機(jī)的無(wú)刷化，永磁直流發(fā)電機(jī)的功率不斷做大，性能大大提高，是一種很有發(fā)展前途的發(fā)電機(jī)。

圖3-15電磁式直流發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)48電氣工程學(xué)院（2）永磁式交流同步發(fā)電機(jī)

永磁式交流同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒(méi)有勵(lì)磁繞組，因此無(wú)勵(lì)磁繞組的銅損耗，發(fā)電機(jī)的效率高；轉(zhuǎn)子上無(wú)集電環(huán)，發(fā)電機(jī)運(yùn)行更可靠；采用釹鐵硼永磁材料制造的發(fā)電機(jī)體積小，重量輕，制造工藝簡(jiǎn)便，因此廣泛應(yīng)用于小型及微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中。圖3-17凸極式永磁發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1—定子齒2—定子軛3—永磁體轉(zhuǎn)子4—轉(zhuǎn)子軸5—?dú)庀?—定子繞組49電氣工程學(xué)院（3）硅整流自勵(lì)式交流同步發(fā)電機(jī)

硅整流自勵(lì)式交流同步發(fā)電機(jī)一般帶有勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小，來(lái)抵消因風(fēng)速變化而導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化對(duì)發(fā)電機(jī)端電壓的影響，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，提高供電質(zhì)量。圖3-18硅整流自勵(lì)式交流同步發(fā)電機(jī)電路原理圖50電氣工程學(xué)院（4）電容自勵(lì)式異步發(fā)電機(jī)

電容自勵(lì)式異步發(fā)電機(jī)是在異步發(fā)電機(jī)定子繞組的輸出端接上電容，以產(chǎn)生超前于電壓的容性電流建立磁場(chǎng)，從而建立電壓。其電路示意圖如下圖所示。

圖3-19電容自勵(lì)式異步發(fā)電機(jī)電路原理51電氣工程學(xué)院并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中所用的發(fā)電機(jī)（1）異步發(fā)電機(jī)

風(fēng)力異步發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，只要發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速就可以并網(wǎng)，對(duì)機(jī)組的調(diào)速要求不高，不需要同步設(shè)備和整步操作。異步發(fā)電機(jī)的輸出功率與轉(zhuǎn)速近似成線性關(guān)系，可通過(guò)轉(zhuǎn)差率來(lái)調(diào)整負(fù)載。（2）同步發(fā)電機(jī)當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一定時(shí)，同步發(fā)電機(jī)的頻率穩(wěn)定，電能質(zhì)量高；同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)節(jié)功率因數(shù)，既能輸出有功功率，也可提供無(wú)功功率，可使功率因數(shù)為1，因此被電力系統(tǒng)廣泛接受。52電氣工程學(xué)院53電氣工程學(xué)院（3）雙饋異步發(fā)電機(jī)雙饋異步發(fā)電機(jī)是當(dāng)今最有發(fā)展前途的一種發(fā)電機(jī)，其結(jié)構(gòu)是由一臺(tái)帶集電環(huán)的繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)和變頻器組成，變頻器有交－交變頻器、交－直－交變頻器及正弦波脈寬調(diào)制雙向變頻器三種，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖3-25雙饋異步發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)54電氣工程學(xué)院55電氣工程學(xué)院雙饋異步發(fā)電機(jī)工作原理：異步發(fā)電機(jī)中定、轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)始終是相對(duì)靜止的，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化而頻率不變時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和定、轉(zhuǎn)子電流的頻率關(guān)系可表示為：

式中

f1——定子電流的頻率（Hz），f1=pn1/60，n1

為同步轉(zhuǎn)速；

p——發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)；

n——轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（r/min）；

f2——轉(zhuǎn)子電流的頻率（Hz），因f2=sf1，故f2又稱為轉(zhuǎn)差頻率。56電氣工程學(xué)院根據(jù)雙饋異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化，雙饋異步發(fā)電機(jī)可以有三種運(yùn)行狀態(tài)：1）亞同步運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)n<n1，轉(zhuǎn)差率s>0，頻率為f2的轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同方向，功率流向如圖所示。57電氣工程學(xué)院2）超同步運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)n>n1，轉(zhuǎn)差率s<0，轉(zhuǎn)子中的電流相序發(fā)生了改變，頻率為f2的轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速反方向，功率流向如圖所示。3）同步運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)n=n1，f2=0，轉(zhuǎn)子中的電流為直流，與同步發(fā)電機(jī)相同。

58電氣工程學(xué)院（4）無(wú)刷雙饋異步發(fā)電機(jī)

無(wú)刷雙饋異步發(fā)電機(jī)(BrushlessDoubly－FedMachine，簡(jiǎn)稱BDFM)的基本原理與雙饋異步發(fā)電機(jī)相同，不同之處是取消了電刷和集電環(huán)，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性增大，但系統(tǒng)體積也相應(yīng)增大，常用的有級(jí)聯(lián)式和磁場(chǎng)調(diào)制型兩種類型。圖3-27級(jí)聯(lián)式無(wú)刷雙饋異步發(fā)電機(jī)

圖3-28磁場(chǎng)調(diào)制型無(wú)刷雙饋異步發(fā)電機(jī)

59電氣工程學(xué)院（5）開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)

開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)又稱為雙凸極式發(fā)電機(jī)（簡(jiǎn)稱SRG），定、轉(zhuǎn)子的凸極均由普通硅鋼片疊壓而成，定子極數(shù)一般比轉(zhuǎn)子的極數(shù)多，轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組，定子凸極上安放有彼此獨(dú)立的集中繞組，徑向獨(dú)立的兩個(gè)繞組串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成一相。

圖3-29三相（6/4極）開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)

60電氣工程學(xué)院開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)用作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)時(shí)，其系統(tǒng)一般由風(fēng)力機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)及其功率變換器、控制器、蓄電池、逆變器、負(fù)載以及輔助電源等組成，其系統(tǒng)構(gòu)成如圖所示。

開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活，效率高而且轉(zhuǎn)矩密度大，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中可用于直接驅(qū)動(dòng)、變速運(yùn)行，有一定的開(kāi)發(fā)、研究?jī)r(jià)值。圖3-30開(kāi)關(guān)磁阻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成61電氣工程學(xué)院2.4風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制策略 與一般工業(yè)控制系統(tǒng)不同，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)是一個(gè)綜合性復(fù)雜控制系統(tǒng)。尤其是對(duì)于并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，控制系統(tǒng)不僅要監(jiān)視電網(wǎng)、風(fēng)況和機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)機(jī)組進(jìn)行并網(wǎng)與脫網(wǎng)控制，以確保運(yùn)行過(guò)程的安全性和可靠性，還需要根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)向的變化，對(duì)機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化控制，以提高機(jī)組的運(yùn)行效率和發(fā)電質(zhì)量，而這正是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制中的關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一般都采用微機(jī)控制，如下圖所示。62電氣工程學(xué)院2－A/D轉(zhuǎn)換模塊3－風(fēng)向標(biāo)4－風(fēng)速計(jì)5－頻率計(jì)6－電壓表7－電流表8－控制機(jī)構(gòu)9－執(zhí)行機(jī)構(gòu)10－液壓調(diào)速油缸11－調(diào)向電機(jī)12－其他傳感器

圖3-32風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的微機(jī)自控原理框圖63電氣工程學(xué)院2.4.1風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)及控制要求風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)控制的目標(biāo)主要有四個(gè)：保證系統(tǒng)的可靠運(yùn)行、能量利用率最大、電能質(zhì)量高、機(jī)組壽命延長(zhǎng)。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)常規(guī)的控制功能有七個(gè)：①在運(yùn)行的風(fēng)速范圍內(nèi)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；②低風(fēng)速時(shí)，跟蹤最佳葉尖速比，獲取最大風(fēng)能；③高風(fēng)速時(shí)，限制風(fēng)能的捕獲，保持風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率為額定值；④減小陣風(fēng)引起的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)峰值，減小風(fēng)輪的機(jī)械應(yīng)力和輸出功率的波動(dòng)，避免共振；64電氣工程學(xué)院⑤減小功率傳動(dòng)鏈的暫態(tài)響應(yīng)；⑥控制器簡(jiǎn)單，控制代價(jià)小，對(duì)一些輸入信號(hào)進(jìn)行限幅；⑦調(diào)節(jié)機(jī)組的功率，確保機(jī)組輸出電壓和頻率的穩(wěn)定。 為實(shí)現(xiàn)上述所要求的部分或全部控制功能，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制技術(shù)經(jīng)歷了三個(gè)主要發(fā)展階段：從最初的定槳距失速恒頻控制到后來(lái)的變槳距恒速恒頻控制，目前主要發(fā)展變槳距或定槳距變速恒頻控制。65首臺(tái)國(guó)產(chǎn)化率超過(guò)90%的600kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1999年國(guó)內(nèi)首臺(tái)國(guó)產(chǎn)化率到達(dá)到93%的風(fēng)電機(jī)組新疆金風(fēng)科技公司600KW主機(jī)，中航惠騰公司葉片66750kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組750kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(新疆金風(fēng)科技股份有限公司)(浙江運(yùn)達(dá)風(fēng)力發(fā)電工程有限公司)750KW風(fēng)機(jī)67雙饋?zhàn)兯俸泐l型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

雙饋?zhàn)兯俸泐l型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪葉片槳距角可以調(diào)節(jié)，同時(shí)采用雙饋型發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)可以變速，并輸出恒頻恒壓電能。在低于額定風(fēng)速時(shí)，它通過(guò)改變轉(zhuǎn)速和葉片槳距角使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在最佳尖速比下運(yùn)行，輸出最大的功率，而在高風(fēng)速時(shí)通過(guò)改變?nèi)~片槳距角使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率輸出穩(wěn)定在額定功率。68雙饋?zhàn)兯俸泐l型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)69華銳（大連重工）1.5兆瓦風(fēng)機(jī)701.5MW變速恒頻雙饋型風(fēng)電機(jī)組東方汽輪機(jī)廠71直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是無(wú)齒輪箱的變槳距變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，風(fēng)輪軸直接與低速發(fā)電機(jī)連接。直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組要采用全功率變流器。72直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組1基座2偏航系統(tǒng)3發(fā)電機(jī)定子4發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子輪轂6葉片73直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組74ENERCONE112風(fēng)力發(fā)電機(jī)組751.5MW直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組首臺(tái)樣機(jī)已于2005年5月安裝投入試運(yùn)行(國(guó)產(chǎn)化率40%)2007年，1.5MW直驅(qū)型風(fēng)機(jī)已裝官?gòu)d水庫(kù)33臺(tái)（其中有3臺(tái)用惠騰葉片）76混合型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組混合型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用單級(jí)齒輪箱和中速發(fā)電機(jī)，是直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和傳統(tǒng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的混合?；旌闲惋L(fēng)力發(fā)電機(jī)組也要采用全功率變流器。

771軸承2單級(jí)行星齒輪3永磁發(fā)電機(jī)4電驅(qū)變距系統(tǒng)WinWinDWWD-1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組78海上風(fēng)力發(fā)電快速發(fā)展發(fā)展海上風(fēng)電是國(guó)際上風(fēng)電發(fā)展的一個(gè)方向。目前，海上風(fēng)電技術(shù)日趨成熟，并開(kāi)始進(jìn)入規(guī)?；_(kāi)發(fā)階段。至2006年止，世界海上風(fēng)電總裝機(jī)容量已達(dá)80萬(wàn)千瓦，主要集中在丹麥和英國(guó)。歐洲在開(kāi)發(fā)海上風(fēng)能方面依然走在世界前列。2012年，歐洲為全球海上風(fēng)電市場(chǎng)貢獻(xiàn)了大部分的份額，尤其是英國(guó)、德國(guó)和比利時(shí)表現(xiàn)突出，比2011年增長(zhǎng)33%。截至2012年底，歐洲已經(jīng)累計(jì)有1662臺(tái)風(fēng)電機(jī)組安裝和并網(wǎng)，這些機(jī)組分別安裝在10個(gè)國(guó)家的55個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)中。79海上風(fēng)力發(fā)電快速發(fā)展(續(xù))從海上風(fēng)電總裝機(jī)量的排名來(lái)看，依次是英國(guó)(2948MW)、丹麥(921MW)、比利時(shí)(380MW)、德國(guó)(280MW)、荷蘭(247MW)、瑞典(164MW)、芬蘭(27MW)、愛(ài)爾蘭(25MW)、挪威(2MW)和葡萄牙(2MW)。2012年已經(jīng)并網(wǎng)的9個(gè)風(fēng)電場(chǎng)中，英國(guó)占了6個(gè)，總裝機(jī)容量為854MW，共安裝了34臺(tái)風(fēng)電機(jī)組。據(jù)專家預(yù)計(jì)，到2020年，歐洲海上風(fēng)電總裝機(jī)容量將達(dá)到7000萬(wàn)千瓦。80海上風(fēng)力發(fā)電快速發(fā)展81

丹麥海灘風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)82海上風(fēng)電場(chǎng)83海上風(fēng)電場(chǎng)84MultibridM5000風(fēng)力發(fā)電機(jī)組85Repower5MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組86電氣工程學(xué)院2.4.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)技術(shù)和功率補(bǔ)償

由于風(fēng)能是一個(gè)不穩(wěn)定的能源，風(fēng)力發(fā)電本身難以提供穩(wěn)定的電能輸出，因此風(fēng)力發(fā)電必須采用儲(chǔ)能裝置或與其他發(fā)電裝置互補(bǔ)運(yùn)行。

10kW以下的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要采用直流發(fā)電系統(tǒng)并配合蓄電池儲(chǔ)能裝置獨(dú)立運(yùn)行。

為解決風(fēng)力發(fā)電穩(wěn)定供電的問(wèn)題，目前一般采用的方法是：

1000kW以上的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行；幾十kW～幾百kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以并網(wǎng)運(yùn)行，或者與其他發(fā)電裝置互補(bǔ)運(yùn)行（如風(fēng)光互補(bǔ)、風(fēng)力－柴油發(fā)電聯(lián)合運(yùn)行）；87電氣工程學(xué)院1、風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)條件和并網(wǎng)方法

風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的電路如圖3－59所示，圖中同步發(fā)電機(jī)的定子繞組通過(guò)斷路器與電網(wǎng)相連，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制。1）并網(wǎng)條件圖3－59同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)的電路風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行

88電氣工程學(xué)院

風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組并聯(lián)到電網(wǎng)時(shí)，為防止過(guò)大的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的各相端電壓的瞬時(shí)值要與電網(wǎng)端對(duì)應(yīng)相電壓的瞬時(shí)值完全一致。具體有五個(gè)條件：①波形相同；②幅值相同；③頻率相同；④相序相同；

在并網(wǎng)時(shí)，因風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變，只要使發(fā)電機(jī)的各相繞組輸出端與電網(wǎng)各相互相對(duì)應(yīng)，條件④就可以滿足；而條件①可由發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)、制造和安裝保證；因此并網(wǎng)時(shí)，主要是其他三條的檢測(cè)和控制，這其中第③條頻率相同是必須滿足的條件。

⑤相位相同。89電氣工程學(xué)院

自動(dòng)準(zhǔn)同步并網(wǎng)風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)與并網(wǎng)過(guò)程如下：偏航系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)向傳感器測(cè)量的風(fēng)向信號(hào)驅(qū)動(dòng)風(fēng)力機(jī)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到風(fēng)力機(jī)的起動(dòng)風(fēng)速時(shí)，槳距控制器調(diào)節(jié)葉片槳距角使風(fēng)力機(jī)起動(dòng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)在風(fēng)力機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器給發(fā)電機(jī)輸入勵(lì)磁電流，通過(guò)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)使發(fā)電機(jī)輸出的端電壓與電網(wǎng)電壓相近。2）并網(wǎng)方法90電氣工程學(xué)院在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速幾乎達(dá)到同步轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)的端電壓與電網(wǎng)電壓的幅值大致相同和斷路器兩端的電位差為零或很小時(shí)，控制斷路器合閘并網(wǎng)。風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后通過(guò)自整步作用牽入同步，使發(fā)電機(jī)電壓頻率與電網(wǎng)一致。以上的檢測(cè)與控制過(guò)程一般通過(guò)微機(jī)實(shí)現(xiàn)。91電氣工程學(xué)院

自同步并網(wǎng)

同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組先通過(guò)限流電阻短接，電機(jī)中無(wú)勵(lì)磁磁場(chǎng)。用原動(dòng)機(jī)將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子拖到同步轉(zhuǎn)速附近（差值小于5%）時(shí)，將發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)，再立刻給發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，在定、轉(zhuǎn)子之間的電磁力作用下，發(fā)電機(jī)自動(dòng)牽入同步。由于發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組中無(wú)勵(lì)磁電流，因而發(fā)電機(jī)定子繞組中沒(méi)有感應(yīng)電勢(shì)，不需要對(duì)發(fā)電機(jī)的電壓和相角進(jìn)行調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)，控制簡(jiǎn)單，并且從根本上排除不同步合閘的可能性。這種并網(wǎng)方法的缺點(diǎn)是合閘后有電流沖擊和電網(wǎng)電壓的短時(shí)下降現(xiàn)象。92電氣工程學(xué)院2、帶變頻器的風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)

同步發(fā)電機(jī)可通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流，方便地實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功功率的調(diào)節(jié)，這是其他發(fā)電機(jī)難以與其相比的優(yōu)點(diǎn)。但恒速恒頻的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)之間為“剛性連接”，發(fā)電機(jī)輸出頻率完全取決于原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)之前發(fā)電機(jī)必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的整步和（準(zhǔn)）同步，并網(wǎng)后也必須保持轉(zhuǎn)速恒定，因此對(duì)控制器的要求高，控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜。93電氣工程學(xué)院圖3－62變速恒頻風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組經(jīng)變頻器與電網(wǎng)的連接圖

在變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)的定子繞組通過(guò)變頻器與電網(wǎng)相連接，如圖3－62所示。圖中交流發(fā)電機(jī)為同步發(fā)電機(jī)，變頻器為交－直－交變頻器。94電氣工程學(xué)院當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，為實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之變化，發(fā)電機(jī)發(fā)出的為變頻交流電，通過(guò)變頻器轉(zhuǎn)化后獲得恒頻交流電輸出，再與電網(wǎng)并聯(lián)。由于同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間通過(guò)變頻器相連接，發(fā)電機(jī)的頻率和電網(wǎng)的頻率彼此獨(dú)立，并網(wǎng)時(shí)一般不會(huì)發(fā)生因頻率差而產(chǎn)生的較大的電流沖擊和轉(zhuǎn)矩沖擊，并網(wǎng)過(guò)程比較平穩(wěn)。缺點(diǎn)是電力電子裝置價(jià)格較高、控制較復(fù)雜，同時(shí)非正弦逆變器在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的高頻諧波電流流入電網(wǎng)，將影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。帶變頻器的風(fēng)力同步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)95電氣工程學(xué)院2.5風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)技術(shù)性評(píng)價(jià)

風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)主要由其經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)來(lái)衡量。2.5.1風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)單位千瓦造價(jià)單位千瓦時(shí)投資成本財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值投資回收期投資源利潤(rùn)率96電氣工程學(xué)院1單位千瓦造價(jià)

單位千瓦造價(jià)表示風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)每千瓦的投資成本，其計(jì)算公式為（3－32）

總裝機(jī)容量是指風(fēng)電場(chǎng)全部風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的總?cè)萘俊?7電氣工程學(xué)院

風(fēng)電項(xiàng)目的總投資由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、土建工程、電氣工程、安裝工程、財(cái)務(wù)成本及其他（含征地、設(shè)計(jì)勘測(cè)）等組成，其各部分所占的比例大致如圖3－66所示。

圖3－66風(fēng)電項(xiàng)目投資中各部分所占的比例

98電氣工程學(xué)院2單位千瓦時(shí)投資成本

其中：年固定費(fèi)用包括設(shè)備的年折舊費(fèi)、攤銷貸款利息、人工費(fèi)、管理費(fèi)、稅金等。運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用包括計(jì)劃內(nèi)的保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行所進(jìn)行的正常維修費(fèi)用。

單位千瓦時(shí)投資成本表示在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的使用期限（一般20～30年）內(nèi)，每生產(chǎn)單位千瓦時(shí)的電量所需要的投資費(fèi)用，其計(jì)算公式為（3－33）

大修費(fèi)用指的是風(fēng)力發(fā)電設(shè)備在使用期內(nèi)大修的年平均費(fèi)用。一般風(fēng)力發(fā)電機(jī)組每隔5年、10年、15年大修一次，主要維修機(jī)械部件。

99電氣工程學(xué)院3財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(FIRR)和財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值(FNPV)

式中

CI——現(xiàn)金流入量；

CO——現(xiàn)金流出量(CI－CO)t——第t年的凈現(xiàn)金流量；n——計(jì)算期，t=1、2…n。

財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(FIRR)是指風(fēng)電項(xiàng)目在整個(gè)計(jì)算期內(nèi)各年凈現(xiàn)金流量現(xiàn)值累計(jì)等于零時(shí)的折現(xiàn)率。它反映項(xiàng)目所占資金的盈利率，是考察項(xiàng)目盈利能力的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)。其計(jì)算公式為（3－34）

只有在風(fēng)電項(xiàng)目的財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率大于電力行業(yè)基準(zhǔn)的財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率時(shí)，其項(xiàng)目的盈利能力才能滿足最低要求，在財(cái)務(wù)上才可以被接受。

100電氣工程學(xué)院

財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值可以通過(guò)現(xiàn)金流量表計(jì)算得到，只有財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值大于或等于零的項(xiàng)目才可以被接受。

財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值（FNPV）是指行業(yè)的基準(zhǔn)收益率或設(shè)定的折現(xiàn)率，將項(xiàng)目計(jì)算期內(nèi)各年凈現(xiàn)金流量折現(xiàn)到建設(shè)期初的現(xiàn)值之和。是考察項(xiàng)目在計(jì)算期內(nèi)盈利能力的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)。其計(jì)算公式為（3－35）其中，Ic——項(xiàng)目所屬行業(yè)的基準(zhǔn)收益率。101電氣工程學(xué)院

投資回收期可根據(jù)財(cái)務(wù)現(xiàn)金流量表（全部投資）中累計(jì)凈現(xiàn)金流量計(jì)算出，所計(jì)算的結(jié)果應(yīng)小于行業(yè)的基準(zhǔn)投資回收期。4投資回收期（Pt）

投資回收期或投資還本年限Pt是以項(xiàng)目的凈收益抵償全部投資（包括固定資產(chǎn)投資和流動(dòng)資金投資）所需要的時(shí)間。它是考察項(xiàng)目在財(cái)務(wù)上的投資回收能力的主要靜態(tài)指標(biāo)。投資回收期（以年表示）一般從建設(shè)開(kāi)始年算起，其計(jì)算公式為（3－36）102電氣工程學(xué)院5投資利潤(rùn)率

風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目除了上面的直接經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)外，其項(xiàng)目還有巨大的社會(huì)效益。風(fēng)能是一種可再生能源，取之不盡、用之不竭。風(fēng)力發(fā)電是一種潔凈的、無(wú)污染的發(fā)電方式，對(duì)人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境沒(méi)有任何破壞，環(huán)境效益十分明顯。

投資源利潤(rùn)率是指項(xiàng)目達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力后的一個(gè)正常年份的年利潤(rùn)總額與現(xiàn)項(xiàng)目總投資的比率。它是考察項(xiàng)目單位投資盈利能力的靜態(tài)指標(biāo)。其計(jì)算公式為（3－37）103電氣工程學(xué)院2.5.2影響風(fēng)力發(fā)電經(jīng)濟(jì)性的主要因素１）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的投資

在風(fēng)電項(xiàng)目的投資中，風(fēng)電機(jī)組的投資占到70%～80%左右，因此降低風(fēng)電機(jī)組的造價(jià)是降低風(fēng)電成本最有效的方法。

1、初期建設(shè)投資104電氣工程學(xué)院２）風(fēng)電場(chǎng)配套部分投資風(fēng)電場(chǎng)配套部分投資占到總投資的20%～30%，這部分投資主要與風(fēng)電場(chǎng)選址、風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)的距離、風(fēng)電場(chǎng)的配套設(shè)施及接入電網(wǎng)的系統(tǒng)等有關(guān)。３）融資的成本風(fēng)電場(chǎng)的投資很大，一般本金只占到20%左右，大部分資金由貸款和融資獲得，因此貸款的利息和還款的期限都直接影響風(fēng)電場(chǎng)的投資及將來(lái)的財(cái)務(wù)成本。105電氣工程學(xué)院2、發(fā)電量影響發(fā)電量的因素主要有：

風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)能資源，包括風(fēng)力機(jī)輪轂點(diǎn)的平均風(fēng)速、風(fēng)速頻率分布、主風(fēng)向是否明顯、空氣密度等；風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的排列應(yīng)合理，應(yīng)充分利用場(chǎng)地，減少風(fēng)力機(jī)之間的影響，使整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電量達(dá)到最優(yōu)；106電氣工程學(xué)院發(fā)電機(jī)的選型，應(yīng)根據(jù)風(fēng)資源情況選擇合適類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)；風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的運(yùn)行管理水平。3、運(yùn)行管理成本運(yùn)行管理成本主要包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的維護(hù)費(fèi)用及人員工資等。政府對(duì)風(fēng)力發(fā)電的稅收政策對(duì)其影響也很大。107電氣工程學(xué)院風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的特點(diǎn)和趨勢(shì)主要表現(xiàn)在四個(gè)方面：成本更低，性能更完善；單機(jī)容量越來(lái)越大，在風(fēng)能豐富的地區(qū)競(jìng)相建設(shè)大型風(fēng)電場(chǎng)，提高風(fēng)力機(jī)安裝的高度及增大風(fēng)力機(jī)葉片的直徑，以此降低風(fēng)力發(fā)電的成本，提高風(fēng)能的捕獲；中小型風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為牧區(qū)或海島居民用電的主要來(lái)源，提高了邊遠(yuǎn)地區(qū)人們的生活質(zhì)量；各國(guó)政府在稅收、入網(wǎng)電價(jià)、資金等方面對(duì)各種新能源發(fā)電技術(shù)都出臺(tái)了一些鼓勵(lì)政策，進(jìn)一步推動(dòng)了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。108電氣工程學(xué)院

我國(guó)風(fēng)電發(fā)展目標(biāo)西北電網(wǎng)華中電網(wǎng)

臺(tái)灣千萬(wàn)千瓦風(fēng)電基地華北電網(wǎng)華東電網(wǎng)東北電網(wǎng)風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃（2020）風(fēng)電1.5億kW7個(gè)千萬(wàn)千瓦風(fēng)電基地109電氣工程學(xué)院風(fēng)電在未來(lái)的幾十年內(nèi)仍具有廣泛的發(fā)展空間我國(guó)風(fēng)電發(fā)展預(yù)測(cè)中國(guó)工程院、發(fā)改委對(duì)中國(guó)風(fēng)電發(fā)展情景預(yù)測(cè)中國(guó)其他專家對(duì)中國(guó)風(fēng)電發(fā)展情景預(yù)測(cè)1102.6小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理及應(yīng)用111

各式小型風(fēng)機(jī)2.6小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理及應(yīng)用1121131141151、定義 一般把發(fā)電功率在10千瓦及其以下的風(fēng)力發(fā)電機(jī)稱作小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)。結(jié)構(gòu) 小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要有以下幾部分組成：風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、回轉(zhuǎn)體、調(diào)速機(jī)構(gòu)、調(diào)向機(jī)構(gòu)、剎車機(jī)構(gòu)和塔架。風(fēng)輪:大多用2～3個(gè)葉片組成,它把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。發(fā)電機(jī)：一般采用永磁式交流發(fā)電機(jī),風(fēng)輪驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生交流電,經(jīng)過(guò)整流后變成直流電儲(chǔ)存在蓄電池中。116回轉(zhuǎn)體：支撐安裝發(fā)電機(jī)、風(fēng)輪和尾翼調(diào)速機(jī)構(gòu)等，并保證上述工作部件按照各自的工作特點(diǎn)隨著風(fēng)速、風(fēng)向的變化在機(jī)架上端自由回轉(zhuǎn)。調(diào)速機(jī)構(gòu)、調(diào)向機(jī)構(gòu)、剎車機(jī)構(gòu)

為了從風(fēng)中獲取能量,風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面應(yīng)垂直于風(fēng)向,在小型風(fēng)力機(jī)中,這一功能靠風(fēng)力機(jī)的尾翼作為調(diào)向機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。同時(shí)隨著風(fēng)速的增加,要對(duì)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速有所限制,這是因?yàn)榧纫乐惯^(guò)快的轉(zhuǎn)速對(duì)風(fēng)輪和風(fēng)力機(jī)的其他部件造成損壞,還要把發(fā)電機(jī)的功率輸出限定在一定范圍內(nèi)。

117 目前小型風(fēng)力機(jī)一般采用葉輪側(cè)偏式調(diào)速方式,這種調(diào)速機(jī)構(gòu)在風(fēng)速風(fēng)向變化轉(zhuǎn)大時(shí)容易造成風(fēng)輪和尾翼的擺動(dòng),從而引起風(fēng)力機(jī)的振動(dòng)。因此,在風(fēng)速較大時(shí),特別是蓄電池已經(jīng)充滿的情況下,應(yīng)人工控制風(fēng)力機(jī)停機(jī)。在有的小型風(fēng)力機(jī)中設(shè)計(jì)有手動(dòng)剎車機(jī)構(gòu),另外在實(shí)踐中可采用側(cè)偏停機(jī)方式,即在尾翼上固定一軟繩,當(dāng)需要停機(jī)時(shí),拉動(dòng)尾翼,使風(fēng)輪側(cè)向于風(fēng)向,從而達(dá)到停機(jī)的目的。塔架：一般由塔管和3～4根拉索組成,高度6m～9m。118小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以安全工作的風(fēng)速：小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)風(fēng)速一般在3～4米／秒之間，國(guó)產(chǎn)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定風(fēng)速通常在8～10米／秒之間；小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大工作風(fēng)速(或切出風(fēng)速)為25米／秒左右。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以安全工作的風(fēng)速范圍是3～9級(jí)風(fēng)，即風(fēng)速在3～25米／秒之問(wèn)都可以安全工作。小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)適合應(yīng)用地區(qū)：凡是風(fēng)力資源較好(年平均風(fēng)速大于4米／秒，沒(méi)有臺(tái)風(fēng)災(zāi)害)，電網(wǎng)不能到達(dá)或供電不足的牧區(qū)、農(nóng)區(qū)、湖區(qū)、灘涂、邊遠(yuǎn)哨所和公路道班都適合開(kāi)展小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的推廣應(yīng)用。例如:我國(guó)內(nèi)蒙古草原牧區(qū)應(yīng)用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)非常普遍，切實(shí)解決了牧民的用電問(wèn)題；我國(guó)洪湖地區(qū)應(yīng)用小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)也取得了良好的效果小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作條件119國(guó)內(nèi)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)概況我國(guó)較大規(guī)模地開(kāi)發(fā)和應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電機(jī)，特別是小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，始于70年代，當(dāng)時(shí)研制的風(fēng)力提水機(jī)用于提水灌溉和沿海地區(qū)的鹽場(chǎng)，研制的較大功率的風(fēng)力發(fā)電機(jī)應(yīng)用于浙江和福建沿海，特別是在內(nèi)蒙古地區(qū)由于得到了政府的支持和適應(yīng)了當(dāng)?shù)刈匀毁Y源和當(dāng)?shù)厝罕姷男枨?，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究和推廣得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。對(duì)于解決邊遠(yuǎn)地區(qū)居住分散的農(nóng)牧民群眾的生活用電和部分生產(chǎn)用電起了很大作用。120小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理

小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)一般由風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、尾舵和電氣控制部分等構(gòu)成。尾翼通常由尾桁和尾舵組成，尾桁將尾舵連接到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)身上。尾翼是被動(dòng)的定向控制裝置，它維持風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)輪正對(duì)風(fēng)向，如果風(fēng)向改變，尾舵就會(huì)使風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到風(fēng)的方向，以確保產(chǎn)生最大的電能。121

常規(guī)的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多由感應(yīng)發(fā)電機(jī)或永磁同步發(fā)電機(jī)加AC/DC變換器、蓄電池、逆變器組成。在風(fēng)的吹動(dòng)下，風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，使空氣動(dòng)力能轉(zhuǎn)變成了機(jī)械能（轉(zhuǎn)速+扭矩）。風(fēng)輪的輪轂固定在發(fā)電機(jī)軸上，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)了發(fā)電機(jī)軸的旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)永磁三相發(fā)電機(jī)發(fā)出三相交流電。風(fēng)速的不斷變化、忽大忽小，發(fā)電機(jī)發(fā)出的電流和電壓也隨著變化。發(fā)出的電經(jīng)過(guò)控制器的整流，由交流電變成了具有一定電壓的直流電，并向蓄電池進(jìn)行充電。從蓄電池組輸出的直流電，通過(guò)逆變器后變成了220V的交流電，供給用戶的家用電器。122小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電力變換裝置由于風(fēng)能的隨機(jī)性，發(fā)電機(jī)所發(fā)出電能的頻率和電壓都是不穩(wěn)定的，以及蓄電池只能存儲(chǔ)直流電能，無(wú)法為交流負(fù)載直接供電。因此，為了給負(fù)載提供穩(wěn)定、高質(zhì)量的電能和滿足交流負(fù)載用電，需要在發(fā)電機(jī)和負(fù)載之間加入電力變換裝置，這種電力變換裝置主要由整流器、逆變器、控制器、蓄電池等組成。1231整流器整流器的主要功能是對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電進(jìn)行整流，整流后的直流電經(jīng)過(guò)控制器再對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。一般采用的都是三相橋式整流電路。在風(fēng)電支路中整流器的另外一個(gè)重要的功能是，在外界風(fēng)速過(guò)小或者基本沒(méi)風(fēng)的情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率也較小，由于三相整流橋的二極管導(dǎo)通方向只能是由風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端到蓄電池，所以防止了蓄電池對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的反向供電。1242逆變器 逆變器的主要作用是將蓄電池存儲(chǔ)的或由整流橋輸出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)載所能使用的交流電。目前獨(dú)立運(yùn)行小型風(fēng)電系統(tǒng)的逆變器多數(shù)為電壓型單相橋式逆變器。在風(fēng)力發(fā)電中所使用的逆變器要求具有較高的效率，特別是輕載時(shí)的效率要高，這是因?yàn)轱L(fēng)電發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)常運(yùn)行在輕載狀態(tài)。另外，由于輸入的蓄電池電壓隨充、放電狀態(tài)改變而變動(dòng)較大，這就要求逆變器能在較大的直流電壓變化范圍內(nèi)正常工作，而且要保證輸出電壓的穩(wěn)定。125逆變器的保護(hù)功能有：（1）過(guò)充保護(hù)：當(dāng)風(fēng)速持續(xù)較高，蓄電池充電很足，蓄電池組電壓超過(guò)額定電壓1.25倍時(shí)，控制器停止向蓄電池充電，多余的電流流向卸荷器。（2）過(guò)放保護(hù)：當(dāng)風(fēng)速長(zhǎng)期較低，蓄電池充電不足，蓄電池組電壓低于額定電壓0.85倍時(shí)，逆變器停止工作，不再向外供電。當(dāng)風(fēng)速再增高，蓄電池組電壓恢復(fù)到額定電壓的1.1倍時(shí)，逆變器自動(dòng)恢復(fù)工作、向外供電。1263蓄電池

在獨(dú)立運(yùn)行的小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，廣泛采用蓄電池作為蓄能裝置。蓄電池的作用是當(dāng)風(fēng)力較強(qiáng)或負(fù)荷減小時(shí)，可以將來(lái)自風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能中的一部分儲(chǔ)存在蓄電池中，也就是向蓄電池充電。當(dāng)風(fēng)力較弱、無(wú)風(fēng)或用電負(fù)荷增大時(shí)，儲(chǔ)存在蓄電池中的電能向負(fù)荷供電，以補(bǔ)足風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)電能的不足，達(dá)到維持向負(fù)荷持續(xù)穩(wěn)定供電的作用。

閥控式密封鉛酸蓄電池整體采用密封結(jié)構(gòu)，不存在普通鉛酸蓄電池的氣漲、電解液滲漏等現(xiàn)象，使用安全可靠、壽命長(zhǎng)，正常運(yùn)行時(shí)無(wú)須對(duì)電解液進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)酸加水。

127目前在大多數(shù)風(fēng)電系統(tǒng)或太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)中采用的都是閥控式密封鉛酸蓄電池。蓄電池是影響風(fēng)電系統(tǒng)壽命的關(guān)鍵因素，對(duì)閥控式密封鉛酸蓄電池充放電的控制直接影響蓄電池的壽命，不合理的充放電將直接導(dǎo)致蓄電池的崩潰。在大多數(shù)的風(fēng)電系統(tǒng)中，都是由CPU來(lái)監(jiān)測(cè)并控制蓄電池的充放電過(guò)程，較多采用分階段法來(lái)優(yōu)化充電過(guò)程。因?yàn)榉蛛A段充電過(guò)程符合閥控式密封鉛酸蓄電池的特性，能很好地保護(hù)蓄電池，延長(zhǎng)其使用壽命。128小型風(fēng)力發(fā)電組的優(yōu)點(diǎn)機(jī)動(dòng)性高：小型發(fā)電機(jī)可配合需要增加或變更組件大小；安裝方便：可根據(jù)需要隨時(shí)安裝，安裝簡(jiǎn)單，快速解決日常用電問(wèn)題；能源使用多元化：小型發(fā)電機(jī)可與多種不同的可再生能源組合，方便可靠；量身定做的電力使用：某些小型發(fā)電機(jī)種可以配合實(shí)際的電力需求調(diào)節(jié)發(fā)電量,提升發(fā)電效率；可靠且穩(wěn)定：小型發(fā)電機(jī)組容易維修,它屬于小地區(qū)發(fā)電與輸配網(wǎng)路,萬(wàn)一斷電的話,影響較小；減少對(duì)環(huán)境的沖擊：減少因燃燒木柴、干草以及使用電池后遺留下的重金屬對(duì)環(huán)境與地下水的污染。129國(guó)內(nèi)主要風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)商水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)商：深圳艾騰世紀(jì)科技有限公司順德風(fēng)源能源科技有限公司廣州紅鷹能源科技有限公司寧波風(fēng)神風(fēng)電集團(tuán)中科恒源廣州尚能風(fēng)力發(fā)電設(shè)備有限公司垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)商：上海麟風(fēng)風(fēng)能科技有限公司130小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)國(guó)內(nèi)主要廠家及產(chǎn)品型號(hào)：青島風(fēng)之翼風(fēng)力發(fā)電機(jī)有限公司600W風(fēng)力發(fā)電機(jī)（FD2.5-600W）131小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)國(guó)內(nèi)主要廠家及產(chǎn)品型號(hào)：青島風(fēng)之翼風(fēng)力發(fā)電機(jī)有限公司2kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)（FD4-2KW）132揚(yáng)州神州風(fēng)力發(fā)電機(jī)有限公司額定電壓（DCV）：24/48額定電流（DCA）：25/12.5

額定功率（W）：600

啟動(dòng)風(fēng)速（米/秒）：2.5

額定風(fēng)速（米/秒）：10.5

安全風(fēng)速（米/秒）：45

發(fā)電機(jī)工作形式：永磁同步發(fā)電機(jī)

風(fēng)輪直徑（米）：1.6

葉片數(shù)（片）：3

風(fēng)機(jī)壽命（年）：15-20

毛重（kg）：36

型號(hào)：Q-600133兩種風(fēng)力機(jī)的比較水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪圍繞一個(gè)水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，需要有調(diào)向裝置來(lái)保持風(fēng)輪迎風(fēng)。垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)，可以接受來(lái)自任何方向的風(fēng)，無(wú)需調(diào)向裝置，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化。垂直軸發(fā)電機(jī)的齒輪箱和發(fā)電機(jī)可以安裝在地面上，維修方便。而水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)則需要在離地面很高的地方進(jìn)行維修，十分不便。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)風(fēng)速要求較高。而垂直軸發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)風(fēng)速要求較低，可以實(shí)現(xiàn)微風(fēng)啟動(dòng)，比較適合在城市或是風(fēng)力相對(duì)較小的地方使用。134水平軸風(fēng)機(jī)的槳葉上受到正面風(fēng)載荷力、離心力，葉片根部收到很大彎矩產(chǎn)生的力，易發(fā)生葉片根部折斷事故；垂直軸制造風(fēng)輪葉片兩頭與軸固定，猶如一張弓，葉片只受拉應(yīng)力，用料少，壽命長(zhǎng)，不易折斷，可以耐強(qiáng)風(fēng)。 不難看出在小型機(jī)組中垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢(shì)，但目前市場(chǎng)上水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)占絕大多數(shù)，達(dá)里厄型垂直風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于其性能優(yōu)良，正成為水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有力競(jìng)爭(zhēng)者，目前垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)多在北美運(yùn)行。135小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)——水平軸槳葉式實(shí)驗(yàn)室有如下三種類型的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)HY-400W風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)型號(hào)規(guī)格HY400H起動(dòng)風(fēng)速m/s2.5切入風(fēng)速m/s3額定風(fēng)速m/s12額定轉(zhuǎn)速rpm750額定功率w400最大功率w500額定電壓DCV12\24風(fēng)輪直徑m1.5風(fēng)葉數(shù)量3葉片長(zhǎng)度mm725最大抗風(fēng)風(fēng)速m/s50廣州紅鷹能源科技有限公司136小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)——垂直軸達(dá)里厄式

磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)300WCXF300W額定功率:300W尺寸（高度/直）:1.23M/1.09M重量:27KG葉片材質(zhì):鋁合金葉片數(shù)量:3最小啟動(dòng)風(fēng)速:1m/s最小發(fā)電風(fēng)速:2m/s最小充電風(fēng)速:2.7m/s額定風(fēng)速:12m/s深圳市泰瑪風(fēng)光能源科技有限公司137小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)——垂直軸旋翼式138磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)集磁懸浮技術(shù)、電機(jī)工程、動(dòng)力機(jī)械、航空大氣工程、外觀設(shè)計(jì)、實(shí)用設(shè)計(jì)、風(fēng)洞測(cè)驗(yàn)、電腦模擬分式等學(xué)科于一體，采用輕型鋁合金、鈦金、不銹鋼緊固件等輕型特殊材料制造。其工作原理是：采用磁懸浮技術(shù)理論、將電機(jī)線圈懸浮于一定的空間，在沒(méi)有任何機(jī)械摩擦阻力以及在風(fēng)力作用下，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并切割磁力線發(fā)出交流電，微風(fēng)起動(dòng)、高效發(fā)電、運(yùn)行平穩(wěn)、使用安全。廣泛應(yīng)用于城市和農(nóng)村道路照明、庭院照明、景觀照明、廣告燈箱、交通信號(hào)燈、道路測(cè)速供電、無(wú)人值守監(jiān)控設(shè)備以及遠(yuǎn)離電網(wǎng)的各種供電需求等方面。139磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)A、磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)可單獨(dú)輸入或與太陽(yáng)能互補(bǔ)方式組合輸入形成風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)。B、磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用自適應(yīng)功率控制技術(shù)，在低風(fēng)速時(shí)進(jìn)行升壓，使風(fēng)機(jī)在較低轉(zhuǎn)速時(shí)即可對(duì)蓄電池充電；高風(fēng)速時(shí)限制輸出功率，以免損壞蓄電池。C、磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)所使用控制器對(duì)蓄電池嚴(yán)格按限流恒壓方式充電，確保蓄電池既可以充滿，又不會(huì)損壞，并保持恒壓浮充，隨時(shí)補(bǔ)充蓄電池自身漏電損失。D、磁懸浮微風(fēng)發(fā)電機(jī)在蓄電池電量過(guò)低時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)負(fù)載，防止蓄電池過(guò)度放電損壞；待蓄電池補(bǔ)充電量后，自動(dòng)恢復(fù)接通負(fù)載140深圳市泰瑪風(fēng)光能源科技有限公司工程案例——汕頭南澳島工程141海上風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用142遼寧沈陽(yáng)通訊基站風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)143試驗(yàn)平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室對(duì)變頻器的控制，由頻率的變化來(lái)控制風(fēng)洞產(chǎn)生風(fēng)的大?。还た貦C(jī)通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)能夠清晰地觀察實(shí)驗(yàn)室外部的工作情況。144①風(fēng)洞②水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)③H型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)④垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)室外145146室內(nèi)機(jī)部分147小型風(fēng)力發(fā)電平臺(tái)設(shè)備實(shí)驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)用到的設(shè)備主要有：智能電量測(cè)量?jī)x、HY-400W小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)、磁懸浮風(fēng)力發(fā)電機(jī)、CHF100A系列矢量通用型變頻器、風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器、增強(qiáng)智能型采集單元、650線ICR日夜型網(wǎng)絡(luò)槍形攝像機(jī)等。1、智能電量測(cè)量?jī)x

本平臺(tái)采用了PF9802智能電量測(cè)量?jī)x，它可用于交流、直流、交流+直流信號(hào)的測(cè)量。并具備電流、功率上下限設(shè)定、判別及報(bào)警功能。148型號(hào)PF9802三窗口顯示V、A、W/PF/Hz輸入電壓3.0V～300V輸入電流10mA～20A量程切換自動(dòng)功率因素-1.000～+1.000頻率范圍DC/AC:45Hz～130Hz帶寬：5kHz精度（0.4%讀數(shù)+0.1%量程+1字）上下限判定功能具備電流、功率上下限設(shè)定、判別及報(bào)警功能，非常適合產(chǎn)線測(cè)量智能電量測(cè)量?jī)x技術(shù)參數(shù)1492、CHF100A系列矢量通用型變頻器品牌：英威騰規(guī)格型號(hào)：250*160*180CHF100A-5R5G/7R5P-4

CHF100A系列矢量通用型變頻器為CHF系列功能增強(qiáng)型產(chǎn)品，其融合CHF100、CHE100所有優(yōu)點(diǎn)于一身，采用DSP控制系統(tǒng)，完成優(yōu)化的無(wú)速度傳感器控制、V/F控制，功能更優(yōu)化，應(yīng)用更靈活，性能更穩(wěn)定?？蓮V泛應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載及對(duì)速度控制精度、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度、低頻輸出特征有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)合。150 本系統(tǒng)采用此變頻器，將主要應(yīng)用本設(shè)備控制風(fēng)洞產(chǎn)生理想的風(fēng)，從而進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電的模擬試驗(yàn)，以彌補(bǔ)廣西地區(qū)自然風(fēng)力較小的缺點(diǎn)，同時(shí)能夠改善自然風(fēng)難以控制及利用的難點(diǎn)，為試驗(yàn)平臺(tái)的調(diào)試及今后的開(kāi)放提供一個(gè)便利的環(huán)境。 在試驗(yàn)平臺(tái)的控制過(guò)程中，本變頻器的工作頻率為0—50HZ。較為寬廣的頻率區(qū)間能夠使本平臺(tái)產(chǎn)生的較寬的風(fēng)速區(qū)間，提高平臺(tái)的實(shí)際價(jià)值。1513、風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器適合于風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)，尤其適用于風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)，不僅能夠高效率地轉(zhuǎn)化風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽(yáng)能電池所發(fā)出的電能，而且還提供了強(qiáng)大的控制功能。智能型風(fēng)光互補(bǔ)路燈控制器提供了太陽(yáng)能電池防反沖、太陽(yáng)能電池接反、蓄電池過(guò)充電、蓄電池過(guò)放電、蓄電池接反、蓄電池開(kāi)路、風(fēng)機(jī)自動(dòng)剎車和手動(dòng)剎車等多種保護(hù)。本平臺(tái)采用此風(fēng)光互補(bǔ)燈控制器，主要利用它對(duì)蓄電池的充電保護(hù)，同時(shí)由于本平臺(tái)今后還具備同時(shí)模擬太陽(yáng)能發(fā)電的功能，風(fēng)光互補(bǔ)燈控制器都是必不可少的。152風(fēng)光互補(bǔ)控制器安裝使用注意事項(xiàng):1、不可以直接安裝在雨水可以淋到的地方。2、應(yīng)采用豎直壁掛安裝方式。3、蓄電池、負(fù)載、太陽(yáng)能電池板正負(fù)極請(qǐng)勿接反。4、負(fù)載功率請(qǐng)勿超過(guò)額功率或電流。5、保證風(fēng)光互補(bǔ)控制器通風(fēng)流暢，散熱良好。6、應(yīng)定期檢查風(fēng)光互補(bǔ)控制器工作狀態(tài)，及時(shí)性排除不利影響。1534、增強(qiáng)智能型采集單元 增強(qiáng)智能型采集單元應(yīng)用于ZTEE_guard監(jiān)控系統(tǒng)的被控端局，是集數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)、通訊于一身的增強(qiáng)型多功能監(jiān)控設(shè)備，可以同時(shí)監(jiān)控多個(gè)智能設(shè)備、非智能設(shè)備及環(huán)境參量，并支持圖片、圖像監(jiān)控，以及智能門禁系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于本地網(wǎng)機(jī)房、移動(dòng)基站的監(jiān)控。 本系統(tǒng)運(yùn)用了此智能采集單元的8路通用AI/DI測(cè)量通道中的3路，用作模擬信號(hào)。采集風(fēng)力發(fā)電機(jī)直接傳送出來(lái)的模擬信息，同時(shí)采集通過(guò)整流逆變得到的直流電與交流電的信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理，采集單元將采集的信息傳送到工控機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。此外還利用視頻接入擴(kuò)展板，接入了1路視頻，通過(guò)校園網(wǎng)絡(luò)的傳輸，完成了對(duì)本試驗(yàn)平臺(tái)的視頻監(jiān)控。1545、攝像頭：650線ICR日夜型網(wǎng)絡(luò)槍形攝像機(jī) 采用高性能1/3SONYExviewHADCCDII，水平解析度達(dá)650線，ICR濾光片彩轉(zhuǎn)黑功能，實(shí)現(xiàn)日夜監(jiān)控。支持?jǐn)?shù)字寬動(dòng)態(tài)功能，適合逆光環(huán)境的