独立运行风力发电系统设计+CAD图纸(3)
增加了整机文护成本，不合理使用主要是充电方式与蓄电池可接受特性相距甚远。电池
使用寿命短，则会使得度电成本居高不下，从而使小型风力发电系统难于推广应用；还
如小型风力发电系统由于成本原因，发电机和蓄电池的保护措施比较简单，这就导致系
统的综合可靠性和效率较差，往往达不到设计使用寿命。
在偏远及沿海等风力资源丰富但远离大电网的地区，独立运行风力发电系统是理想
的供电设备，而且节能环保。而且对独立运行风力发电系统的作技术性研究，解决目前
存在的一些问题，设计一套成本低，运行稳定高效的独立运行风力发电系统是一项极具
意义的课题。
1.3 独立运行风力发电系统的结构
独立运行风力发电系统主要由风轮、发电机、整流器、控制器、蓄电池、逆变器、
负载等部分组成，系统结构如图 1.1 所示。该系统是集风能、整流电路、蓄电池储能等
多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统[2]
。 整个系统是利用风力机将风能转换为机械能，然后通过风力发电机将机械能转换为
电能，经过整流器的交-直流电转换，再通对蓄电池充电，然后再通过逆变器进行直-交
流电转换对负载供电。通过控制器来控制系统电路，保护蓄电池。
控制器根据风速及负载的变化，不断切换和调节蓄电池组的工作状态：一方面把调
节后的电能送往直流或交流负载。另一方面把多余的电能通过蓄电池组进行存储。当发
电量不能及时满足负载需求时，控制器把蓄电池里的电能送往负载，保证了整个系统供
应的连续性和稳定性。
逆变系统由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电转变成标准的220V交流电，保证
交流电负载设备的正常使用。同时逆变器还具有自动稳压功能，可改善该风力发电系统
的供电质量。
蓄电池组部分由多块蓄电池组成，在系统中同时起着能量调节和平衡负载两大作
用。它将风力发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备系统在无风或风力过小
无法满足发电要求时供电使用。 1.4 独立运行风力发电系统的发展及新技术
1.4.1 发展现状
利用风力发电的尝试，早在 19世纪三十年代就已经开始了，丹麦、瑞典、苏联和美
国应用航空工业的旋翼技术，成功地研制了一些小型风力发电装置。这种小型风力发电机，
广泛在多风的海岛和偏僻的乡村使用，它所获得的电力成本比小型内燃机的发电成本低得
多。不过，当时的发电量较低，大都在 5kW以下[3]
。
近年来，美国、英国、日本、韩国等国家都已经推行相应的产品。日本神钢公司开发
的家用风力发电机，采用垂直轴风车叶片，可以利用来自各个方向的风，而且采用静音设
计。英国Quiet evolution 公司制造的新型垂直风力发电机，适用于风速较低，风向变化频
繁的地区[4-6]
。韩国 IR wind power 公司的小型风力发电系统应用之一就是垂直轴涡轮风力
发电路灯，以自然风为动力发电，并利用储存在蓄电池的电，根据光照度自动点亮。
我国自行研制开发的小型风力发电机组具有启动风速低，低速性能好，限速可靠，具
有较宽的工作范围，而且成本低，价格便宜，可在我国广大地区使用。
具有代表性的新概念型风力发电机是有内蒙古农业大学研制的浓缩型风力发电机。该
型风力发电机将稀薄的风能经浓缩风能装置加速，整流和均匀化后驱动叶轮旋转发电，提