毕业论文设计小型风力供电系统设计说明.docx

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毕业论文设计小型风力供电系统设计说明

本科毕业设计说明书

（

中文题目:

小型风力供电系统的设计

学生姓名：

学院：

电力学院

系别：

自动化

专业：

自动化

班级：

自动化07-2

指导教师：

摘要

风能作为一种清洁的可再生能源越来越受到人们的重视，风力发电也逐渐成为了时下的产业。

本论文详细阐明了小型独立风力供电系统的设计方案，对风力发电机进行了简单的介绍和对蓄电池的充、放电做了深入的研究。

本文的题目是小型风力供电系统的设计，要可以在连续两天无风的情况下持续提供10w的12v的直流电，并有缺电报警和输出保护功能。

本文提出的解决方案为，风力发电机发出的电，通过DC—DC变换为需要的标准直流电，并且考虑到风力的不稳定性，在系统中并入蓄电池组，通过控制电路的监控实现系统的控制，保证系统在风能充足时可蓄能，在两天无风时可以连续为负载供电。

系统的运行状况主要采用单片机控制。

本论文的重点在于控制电路的设计，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：

发电机、DC-DC变换、蓄电池、单片机

Abstract

Asacleanandrenewableenergy,Windpowerhasarousedmoreandmoreattentionandgraduallybecomeasunriseindustrynowadays。

Thispaperspellsoutthesmallindependentwindpowersystemdesign,windgeneratorsonasimplepresentationandthebatterychargeanddischargedepthstudydone。

Thistopicissmall-scalewindpowersystemdesign,requirementsfortwoconsecutivedaysinthecaseofnowindcontinuestoprovidethe12v10wDC,andlackofelectricityandoutputprotectionalarms，Theproposedsolution,giventhepowerofwindgenerator,throughtheDC-DCconversionfortherequiredstandardDC，Andtakingintoaccounttheinstabilityofthewindaddingbatteriesinthesystem,controlcircuitmonitoringandcontrolbythecontrolsystemtoensurethesystemcanbesufficientinwindenergystorage,inthedayswhennowindisacontinuousload.。

Healthofthesystemmainlyusesthemicrocontroller

Thispaperfocusesonthedesignofthecontrolcircuit,andavarietyofwindconditionsintheoperationalstatusofthesystemconductedacomprehensiveandrigorousanalysis。

朗读

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Keywords:

generator,DC-DCconversion,battery,MCU

第一章绪论1

1.1课题的目的和意义1

1.1.1风力发电的优点1

1.1.2课题的目的和意义2

1.2风力发电概述2

1.2.1国外风力发展2

1.2.2国风力发电的基本情况3

1.2.3风力发电的特点3

1.3本文的主要研究容3

第二章小型风力发电系统的基本组成5

2.1风力发电机组5

2.1.1小型风力发电机的分类5

2.1.2小型风力发电机的结构6

2.2整流器7

2.3DC-DC变换器8

2.4蓄电池9

2.4.1蓄电池的工作原理9

2.4.2影响铅酸蓄电池寿命的因素11

2.4.3阀控式铅酸蓄电池的使用原则12

2.4.4铅酸蓄电池的充电方法12

2.5控制器13

2.5.1控制器的作用13

2.5.2控制器的类型13

2.5.3控制器的其他功能14

第三章供电系统电路的硬件设计及及软件实现14

3.1发电机、蓄电池的选择14

3.2设计实例15

3.3DC-DC变换芯片及单片机的选择16

3.3.1DC-DC芯片的选择16

3.3.2单片机的选择17

3.4控制器电路图的设计21

3.4.1.工作原理21

3.4.2系统电路图组成21

3.5统软件的实现24

第四章结论26

参考文献27

致28

第一章绪论

风能是一种清洁的、储量极为丰富的可再生能源，它和存在于自然界的矿物质燃料能源，如煤、石油、天然气等不同，它不会随着其本身的转化和利用而减少，因此可以说是一种取之不尽、用之不竭的能源。

而矿物质燃料储量有限，正在日趋减少，况且其带来的严重的污染问题和温室效应正越来越困扰着人们。

因此风力发电正越来越引起人们的关注。

1.1课题的目的和意义

1.1.1风力发电的优点

风是人类最熟悉的一种自然现象，风无处不在。

太阳辐射造成地球表面大气层受热不均，引起大气压力分布不均。

在不均压力作用下，空气沿水平方向运动就形成风。

风能是一种最具活力的可再生能源，它实质上是太阳能的转化形式，因此是取之不尽的

风能中的风向和风速在时空分布上较为复杂，如有海陆差异对气流运动的影响而形成的季风和海陆风，在山区由于热力原因引起的谷风和山风，风力的随机性和风速的变化多端使得它的利用效率较低，在风能的实际利用上仍存在很多技术困难。

尽管如此，风能资源具有如下优越性：

（1）边远地区由于远离电网，同时这些地区的居民用电和所设置的微波中继站、气象台、电视调频差转台以及边防哨所需要的电功率大都在10千瓦以下，在这种条件下，由输电线将电力输送到边远地区耗资巨大显然是不利的。

从世界风能分布图上可以看出全世界约有三分之二的地区具有风能利用价值，若合理地利用太阳能、风能，建设独立的小功率发电装置，具有明显的优越性。

（2）风力发电的经济性日益提高，不存在建厂房、筑坝、淹地、移民等问题，风力发电机分散安装，占地面积少。

发电后除折旧费和维护费外，不消耗燃料，无三废处理问题，其成本接近火电，低于油电、核电和光伏发电，从综合经济效益看，具有较强的竞争力。

（3）人类在利用矿物燃料的过程中，必然释放出大量有害物质，使人类赖以生存的环境受到破坏和污染。

此外，其他新能源中的水电、核能、地热能等，在开发利用的过程中，也都存在着一些不能忽视的环境问题。

但风能在利用中不会给空气带来污染，也不破坏生态，是一种清洁安全的能源。

（4）风力发电在新能源发电术最为成熟。

是一种安全、可靠的能源。

综上所述，风力发电对于改善能源结构、推动生态环境建设，特别是对边远地区的生产、生活用电等诸多领域的发展将发挥积极作用，具有广阔的市场前景。

1.1.2课题的目的和意义

风能利用的能量密度低且具有随机性、不稳定性和分布的不均匀性，这些给风能的利用带来了许多问题。

本文研究的目的是在分析现有的小型风力发电系统的基础上，设计一套独立运行的小型风力发电供电系统为野外无电地区独立的小型设备提供电力。

1.2风力发电概述

1.2.1国外风力发展

国际能源研究报告表明,如果各取有力措施,风力发电到2010年可提供世界电力需求的10%,创造170万个就业机会,并在全球围减少100多亿吨二氧化碳废气。

风能将成为发展最快的能源,到2010年风电总装机容量达到40.00GW,2020年达到0.1TW,到2010年德国新增500万千瓦,西班牙新增520万千瓦,年生产能力将达到800万千瓦,可满足全国电力需求的10%。

美国和加拿大是北美利用风能最好的国家。

在美国的50个州中,大约有30个州已经开始利用风能资源。

在1998-2004年期间,美国风力发电的总装机容量已经超过6740MW,可以满足160万个中等家庭的日常用电需求。

随着技术的进步和规模的扩大,风电发电成本继续下降,估计10年后它完全可以和清洁的燃煤电厂竞争。

由于风力发电是可再生洁净能源,其环境效益也十分明显,随着风力发电技术的日益成熟,发电成本的进一步降低,风力发电会越来越被更多的人认识和接受。

这也是全世界很多国家都热衷风力发电的主要原因。

风力发电的迅猛发展也使那些本地能源短缺的发展中国家收益,如巴西、阿根廷、摩洛哥、埃及和哥斯达黎加等国是发展中国家风力发电的佼佼者。

中国、印度也在积极发展风电。

1.2.2国风力发电的基本情况

我国幅员辽阔,陆疆总长2万多千米,海岸线1.8万多千米,是一个风力资源丰富的国家,全国约有2/3的地带为多风带。

风能总储量为32.26亿千瓦,实际可开发的风能储量为2.53亿千瓦,为可再生能源和新能源利用技术提供了强大的资源条件。

两大风能地带——西北、华北、东北和东南沿海为风能资源丰富区,跨全国21个省、市、自治区。

到1999年底已开发微小户用型风力发电机16万台,并网型风电场24座,总装机容量26万千瓦,其中绝大多数机组是从丹麦、德国、美国、比利时、瑞典引进的,最大单机容量为600kW。

据相关资料报道,到2020年,预计我国将新增发电能力500GW,其中121GW为可再生能源。

2010年以前,我国计划新建20座风力发电场,每座风场的发电能力达到100MW以上,且达到4000MW的风力发电总目标,并要求风力发电设备本土化。

1.2.3风力发电的特点

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。

（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。

本论文讨论的是前者，即独立运行风电系统的解决方案。

1.3本文的主要研究容

本文以小型风力发电系统为研究对象，对风力发电原理、系统结构以及小型风力发电系统中的储能装置蓄电池的充放电控制等方面做了较为深入的理论分析和研究，对实现运行及可靠运行具有一定的参考价值。

本文的主要研究容和章节安排如下。

第一章介绍课题提出的背景、目的和意义，论述国外风力发电发展概况，概括总结风力发电相关技术的发展概况，第二章介绍了小型风力发电原理及系统的基本组成，并详细介绍各个部分的组成以及原理。

第三章讲述了小型风力供电系统电路的设计及各部分器件的选择，以及部分计算。

第四章本章简述了小型风力供电系统软件的实现，及部分编程，

第二章小型风力发电系统的基本组成

风力发电系统的组成

本文的独立运行小型风力发电机系统，如图2-1所示，它主要包括风力发电机、整流器、DC-DC变换器、蓄电池以及控制系统几个部分。

图2-1小型风力发电系统的框图

2.1风力发电机组

　一般