《新能源发电技术》课程中风力发电的开发与利用

内燃机与配件

《新能源发电技术》课程中风力发电的开发与利用

张亚妮

(重庆水利电力职业技术学院电气工程系，重庆402160)

摘要:在能源短缺和环境趋向恶化的今天，风能作为一种可再生清洁能源，日益为世界各国所重视和开发。风力发电技术是把风

能转变为电能的技术。通过风力发电机实现，利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。

关键词：新能源发电；课程开发利用；风力发电

1 CPU核心模块

根据风机阵列电压、电流采样信号进行最大功率跟踪 的程序设计和调试。这部分硬件对用户完全开放，用户可 以编写不同的MPPT算法实现最大功率跟踪，并将调节参 数（占空比参数）通过串□发送给PWM驱动模块进行调 节。微处理器采用51系列单片机，具有在线下载功能，方 便用户编程调试，实现MPPT控制算法。

2组成与功能

为防止电池过度充电，控制器自动控制最高停充电压，不 得大于15V(对于12V电池）或30V(对于24V电池），大于 此值“ + ”键不起作用。蓄电池出来的直流电压由并网逆变 器逆变为与电网电压同频、同相、同幅的正弦交流电以实 现与电网的并网连接；电量监测仪来监测逆变输出端的电 能参数；逆变输出的交流电压一部分经过隔离变压器升压 为220V与电网并网连接，一部分供给本地负载。

3并网逆变控制系统

并网逆变器主要由并网逆变器、逆变输出电量表、隔 并网逆变控制系统主要由核心模块、接□模块、液 离变压器、直流负载、交流负载等组成。经常保持蓄电池处 晶显示模块、键盘接□模块、驱动模块、直流电压升压模 于饱满状态。防止蓄电池过度充电。防止蓄电池过度放电。 块、直流电压采样模块、交流电压采样模块、交流电流采 防止夜间蓄电池向太阳能板反向充电。蓄电池反接保护。 样模块、过温告警模块、通信模块、开关电源、直流电机、 蓄电池达到设定的停充电压后，断开充电回路，同时自动 方形指示灯、直流电压表、直流电流表、多功能数显表、

DC24V; 检测风力发电机输出电压，当风力发电机输出电压过高 变压器等组成。主要技术参数：额定输入电压：

220V ±10%、0Hz ±lHz ;额定功率： 时，自动控制风力发电机刹车。电流过大时控制器自动保 额定输出电压：护并控制风力发电机刹车。风力发电机手动刹车保护。太

阳能极板反接保护。负载电流超过控制器额定电流，控制 器自动保护并锁死，显示“Load OverCurrent”。控制器可以 对雷击进行保护。控制器长期累计并存储蓄电池充电安时 数、发电机和太阳能发电总度数、放电安时数。控制器开机 时会自动根据电池电压等级（12V/24V)自动设置停充电

100VA;输出功率因数：逸0.80(感性负载、容性负载）；逆

变效率：逸80%。

4并网逆变控制单元模块说明

并网逆变器：将蓄电池组过来的直流电转换为交流 电输出。逆变输出电量表：监测电量参数，如电压、电流、 有功功率、无功功率、功率因数、电压/电流谐波畸变率

将逆变出来的交流电升压为220V合并 压、负载停机电压、负载恢复电压、刹车电流、刹车时间等 等。隔离变压器：

给电网供电，同时起保护作用。直流负载： 参数。用户可以根据自己的需要，自行设置停充电压、负载 到电网中去，

停机电压、负载恢复电压、刹车电流、刹车时间五个参数。24V直流电机作本地负载用。交流负载：6V交流指示灯

作本地负载用。Boost电路模块：Boost升压电路主要将直

基金项目：重庆水利电力职业技术学院校级教改重点项目（《新能

流母排输出直流电压变换成能满足并网要求的母线电

源发电技术》课程的校本应用与开发）的阶段性成果

压。驱动电路模块：驱动电路将该直流母线电压经过DC/

(关于批准2015年度校级教改项目立项的通知渝水职

AC逆变成与电网电压同频、同相、同幅的正弦交流电以 院教〔2015〕24号，项目编号：2015003 )。

滤波器（滤波板）：滤除逆变器输 作者简介：张亚妮（1980-)女，陕西宝鸡人，重庆水利电力职业技 实现与电网的并网连接。

减小进网电流中的高频环流，又 术学院电气工程系，副教授，研究方向为电气工程及其 出高频PWM谐波电流，

自动化。

接的关系，相关企业比必须对职工加以培训，落实严格的

能在逆变器与电网间进行能量的传递，使并网逆变器获

的运行模式，确保耗损率控制在合理的范围内。

参考文献：调度计划，树立他们正确的素质理念和职业道德，组织好

[1] 冯松起，罗卫华，施毅斌.基于智能电网调度技术支持系统 集体培训，用科学的技术合理电网调度。

的电网风险防范措施研究「J1.东北电力技术，2011( 06 ) ： 1-5.

3结束语

[2] 王秀丽，李骏，黄镔，李焰.促进风电消纳的区省两级电力

总而言之，电力资源的安全运输直接关系到电网的调

系统调度模型[J1.电网技术，2015(07)： 1833-1838.

度和耗损的减少。基于现阶段电力资源能耗过高的问题， [3] 罗广锋.合理安排电网调度以减少电网损耗的探讨[J].科技 各电网运输机构要从实际出发，制定合理的调度体系，对 信息,2009( 19)713,760.电网的经济运行状况和运行方式作出分析选择，并推行电 [4] 王长胜.浅谈合理安排电网调度降损节能[J].科技创新与应

用，2013(15)161.网的无功电压管理模式，优化网络结构体系，安排好主变

Internal Combustion Engine & Parts

得一定的阻尼特性，减小冲击电流、有利于系统的稳定运 行。母线电压采样模块：母线电压检测，完成电压闭环及 保护作用；电流采样模块：输出电流检测，完成电流闭环 及保护作用；电网电压采样模块：并网电压检测，完成电 网电压锁相、电压前馈及保护作用；隔离驱动信号1:完 成对Boost电路模块开关管的隔离驱动作用；隔离驱动信 号2：完成对驱动电路IPM智能模块的隔离驱动作用； DSP控制电路：执行并网逆变器的软件算法功能；键盘接 □模块：设置影响并网电流质量的参数；液晶显示模块： • 129 •

观察逆变器输入电压、电流表的数值，通过改变电流环

PID参数的设定，观察逆变输出电量表的数值。观察谐波 波形：按逆变输出电量表SET键，进入主菜单界面，按上 键或下键选择谐波波形项目，按回车键进入谐波波形界 面，该界面显示A相电压和电流的波形，按上键或下键可 切换显示B相电压和电流的波形、C相电压和电流的波 形、三相电压波形和三相电流波形。操作人机界面，通过键 盘移动光标来选择“参数设定”母线电压U=120V，电流环 比例系数P=1500,电流环积分系数1=300,前馈电压FW= 显示并网参数。操作说明。

5性能指标输入网络：单相2线。输入频率：5Hz耀65Hz。输入电 压：额定值AC100V;过负荷1.2额定值（连续），2倍额定 值1秒；功耗小于0.2VA。输入电流:额定值AC5A;过负荷 1.2额定值(连续），10倍额定值1秒；功耗小于0.2VA。输

出电能：集电极开路的光耦脉冲。通信：RS485接口、 Modbus-RTU协议。开关量输入：接点输入，内置电源。开 关量输出：输出方式:继电器常开触点输出；触点容量:AC: 250V 3A，DC:30V 3A。测量精度：频率0.05Hz、无功电度1 级、其他0.5级。电源:AC/DC 85耀270V;功耗小于6VA。安 全性：工频耐压：电源、电压电流输入回路之间，各输入端 子（并联）和外壳之间AC 2kV/1min;电源与开关量输入回 路、通信回路、变送输出回路，各输入端子与各输出端子之 间AC 1.5kV/1min。绝缘：输入、输出端对机壳大于 i00Mn。

6并网逆变器模块说明

6.1并网逆变器参数设置操作说明控制器上电，系统初始化，接□模块的工作指示灯和 故障指示灯全亮，液晶屏显示“初始化…”3耀5秒后，指示 灯灭，参数设定步骤如下：点击键盘上“确定”按键，出现参 数设定界面，通过键盘上的“▼”或安键，液晶屏上光 标移动，选择要设置的参数，默认选择母线设定，点击“设 置”键，通过键盘上的数字键设定需要的值，例如输入“ 1 ” “0’’“0’’，显示U=100,点击“确认”完成参数设定。其他参 数设定类似与母线设定，操参数设置说明，为了保证系统 能够安全运行，参数设置有效范围作如下限定：母线电压 有效设置范围：0耀120V；电流环比例系数P有效设置范 围：150耀1500；电流环积分系数I有效设置范围：30耀300； 前馈电压有效设置范围：0耀50V;死区设置有效值:2560ns、 2780ns、2990ns、3200ns。

6.2并网发电操作说明

用短的航空连接线将“能源储存控制单元”的“连接模

块XS5 ”与“并网逆变控制单元”的“连接模块XS6”连接好，

使并网逆变控制单元接入蓄电池。打开“能源储存控制单

元”的“总电源”和“蓄电池”空气开关，再打开“并网逆变控

制单元”的“总电源”和“控制器”开关，并网逆变控制器上

电，液晶屏初始化。依次打开“蓄电池”和“并网发电”开关。操作人机界面，通过键盘移动光标来选择“参数设定” 母线电压U=120V，电流环比例系数P=150,电流环积分系 数1=30,前馈电压FW=38V，死区时间DB=2560us;点击 “返回”键，返回初始界面，再点击“启/停”键，启动逆变器。38V，死区时间DB=2560us;点击“返回”键，返回初始界面。 通过改变死区时间DB参数的设定，观察逆变输出电量表 的数值。依次打开“直流负载”和“交流负载”开关，作为直 流负载的直流电机旋转，交流负载灯循环亮。点击“启/停” 键使逆变器停止工作。依次关闭“并网逆变控制单元”的

“并网发电”“直流负载”、“交流负载”、“蓄电池”、“控制

器”空气开关和“能源储存控制单元”的“蓄电池”空气开 关，最后再关闭各控制系统的“总电源”开关。7风机对象操作说明根据图纸检查接线是否正确，确认无误后打开总电源 开关，用万用表检查各电压是否正常。在西门子编程软件 STEP 7-MicroWIN中打开样例程序或由用户编写控制程 序，进行编译，当程序有错误时根据提示信息进行相应的 修改，直至编译无误为止，编译完成后，用PC/PPI编程电 缆连接计算机串□与PLC通讯□，将PLC的“RUN/STOP” 开关拨至“STOP”状态，将程序下载到PLC中，下载完毕后 再将PLC的“ RUN/STOP’’开关拨至“ RUN’’状态，运行PLC。 按下控制柜下方的“启动”按钮对象系统和变频器得电，同 时“启动”按钮灯常亮。根据变频器参数设定表（见第九节） 完成各参数的设置。手动控制：系统上电后将开关盒上的 “手/自”开关打到“手”状态，按下“开始”按钮主轴电机在 恒定的频率下转动。开关盒上的二个三位旋钮分别控制偏 航电机和桨叶电机的正反转。按下开关盒上的“停止”按钮 系统停止运动，按下“开始”按钮系统继续运动。自动控制： 系统上电后将开关盒上的“手/自”开关打到“自”状态，按 下“复位”按钮系统开始复位，复位完成后按下“开始”按钮 主轴电机根据外部给定的风速条件下转动，偏航系统是根 据上位机软件内给定的偏航角度值进行工作，偏航运行到 上位机给定的角度值后停止，相对应的指示灯点亮，上位 机软件界面内显示当前偏航角度。变桨系统是根据上位机 软件内给定的变桨角度值来实现的，同时上位机软件界面 内显示当前变桨角度。按下“停止”按钮后系统停止工作，

之后按下“开始”按钮系统继续工作（当风速超过最大值、

触发光幕或者遇到紧急情况时油泵刹车系统开始工作，油

泵压力电磁阀和刹车电磁阀得电，刹车片闭合主轴电机停

止转动）。

参考文献：

[1]李家坤.新能源发电技术「Ml.北京：中国水利水电出版社，

2015,7.「2]王长贵.新能源发电技术「Ml.北京：中国电力出版社， 2003,10.「3]王海云.风力发电基础「Ml.重庆：重庆大学出版社,2010,9.