电子设计风力模拟发电装置

㈠ 如何用电力电子装置提高电力系统的稳定性

浅谈电力电子装置在电力系统中的应用

电力系统的任务是为人们日常生活、企业科研生产提供电力资源，而是社会经济能否稳定发展的重要依托。电力电子装置的应用贯穿电力系统的发电、配电、变电和输电等各个阶段，电力系统若想实现高可靠性、高稳定性和高效性，必须采用高度智能化的电力电子装置。与此同时，传统电力系统的发电方式往往使用不可再生能源，在造成严重的环境污染的同时能源的利用率低下，已不能满足社会的需求，对电力系统进行改进势在必行。在构建新型电力系统中必然会使用电具有较高科技水平的电力电子装置。因此，研究电力电子装置在电力系统中的应用具有重要的现实意义。
1 电力电子装置和电力系统的发展
随着大容量、远距离电力资源传输的需求逐渐提高，电力系统势必步入智能化、自动化发展的道路。目前，我国电力系统的智能化水平逐渐提升，在全国各地均可以使用电能，电力系统的规模位于世界前列。电力电子装置作为电力系统的重要基础，虽然起步较晚，但发展速度迅猛。电力电子装置的不断发展与改善同时也极大促进了电力网络的迅速发展。较为突出的改进为电力能源传输介质由传统的电缆传输转变为光纤传输；关键技术壁垒由硬件设计转变为软件设计；装置由传统的半控型装置逐步发展为全控型装置，目前已经发展到复合型装置；控制方法由传统的模拟控制转变为数字控制等等。然而，我国电力系统与发达国家相比仍存在着一定的差距，主要表现为智能化水平较低、科技含量较低、创新性技术应用较少等等。因此，我国电力行业的相关科技人才应该对电力电子装置进行深入的科学研究并将其先进的应用到电力系统的构建中，从而促进我国电力行业以及社会经济的进一步发展。
2.我国电力电子装置在电力系统中的应用
2.1 发电阶段
传统的电力系统通常利用不可再生能源进行发电，资源有限且会造成一定的环境污染。新型电力系统应因地制宜，利用当地环保的可再生能源，如风能、势能等，同时致力于进一步提高能源的利用效率，提高环保能源的使用率，本文将从风力发电、水力发电和太阳能发电三方面进行介绍电子电力装置在发电中的应用。
2.1.1 风力发电
由于风力变化极快，需要电力电子装置对风能进行整流、逆变后将其转变为可供人使用、具有稳定电压、频率的电能资源，最为普遍的装置为风力变流器。利用变流器中拓扑结构分层改变电能的容量和电压，增加了风力发电的效率。
2.1.2 水力发电
水力发电装置通过调节水库的高低位置的变化通过水力势能的改变进行发电。水力发电中发电机采用交流励磁技术，极大地加快了发电的速度，其核心电力电子装置为交流发电机组励磁。在交流励磁的控制系统原理简单，利用交流频率的改变直接调节对水压及流量的大小，可以实现快速、准确的水力发电，有效改善了水力发电站的发电。效率
2.1.3太阳能发电
太阳能发电需要的电力电子装置包括将太阳能转变为电能的光伏阵列原件、处理不稳定电能的滤波器、变压器、逆变器等装置。目前，太阳能发电系统的应用还存在一定的不足，如光伏阵列存在多峰值问题，有待进一步进行深入研究。
2.2 储能阶段
由于可再生能源的产生具有季节性、实时性，同时生活生产中使用电能也存在高峰期和低谷期，这就要求进行电能的储存，从而提高现有电力系统的稳定性和可靠性。本文将从目前在我国应用较为广泛的电池储能装置、水力储能装置和风力储能装置几个方面进行概述。
2.2.1 电池储能装置
我国对于电池储能装置的研究与其他其他储能方式相比时间较早，可以将任意发电装置产生的电力资源转化为电池中的电能。其原理为利用小功率直流变换器是电池中的电流平稳；利用拓扑结构将电池集成实现电压的高低和电流的变化；利用电压型四象限变换器在实现功率的调节。利用电力电子装置实现储能的最优化、损耗的最小化的储能系统。
2.2.2 水力储能装置
水力发电的储能装置一般采用抽水储能，常见的方法为利用抽水蓄能机组中励磁电流的频率和幅值的转换实现电力功率的转换，从而实现电力供能中调峰填谷、备用紧急能源等不同的作用。
2.2.3 风力储能装置
风力储能装置利用压缩空气进行储能，利用空气压缩机将剩余的电力资源用空气的压力进行存储，电能不足时，将空气的势能转化为电能进行发电。
2.3 输电阶段
电力系统若想在输电领域中实现长距离、高容量和低损耗的电力传输，需要电力电子装置进行协助降低电能的损耗，如换流器、变流器。在输电过程中长距离、高容量的电力传输一旦遇到意外灾害可能会造成严重的经济损失，电力电子装置能够及时的发现传输电力过程中的异常状况，根据具体的情况进行决策，以免产生重大的经济损失和资源浪费。
2.4 智能电网
智能电网是高度自动化、高度智能化的电力资源传输网络，利用自动化控制技术可对任意网络节点进行监控，实现节点间电力资源的双向流动。智能电网中采用功率变换器对用户的功率进行调节。利用电力电子装置的集成可实现电网中控制器通过通信系统进行协同工作，实现电网的自动化控制，增强智能电网的稳定性和可靠性。
2.5 提高电能利用率
由于自然中可再生资源如水力、风力或是太阳能并非是长时间供应的，但是对于电能的需求却逐年增加，因此电力系统必须降低电能的损耗、提高电能的使用效率。其中，链式静止同步补偿器可以通过无功补偿降低电压的扰动、维护电力系统的稳定性；谐波治理装置可以降低电网中的谐波，抑制不必要的能量损耗；动态电压恢复器通过对电压暂降进行补偿，降低电压引起的电力设备的损害，从而保障电力系统的稳定性和可靠性运行。
3 电力电子装置发展的建议
目前，我国在电力电子装置的应用方面已经取得了较大的突破，但是距离世界顶级的电力系统中电力电子装置的应用还有一定的差距。针对电力资源的大量需求和电力系统改善的需要，电力电子装置应该加强以下几个方面的研究。首先，增强电力系统的智能化，通过电力电子装置的一体化设计，实现电力系统的自动化控制。其次，在发电阶段加强风力发电换流器的可靠性与太阳能发电中逆变器的稳定性。再次，研究其他可再生能源发电的可行性与适用性。最后，增加电力系统出现故障时的应急措施，通过不断改进控制算法增强电力系统进行资源优化配置的能力，提高电力能源的使用效率。
4 总结
电力电子装置是电力系统的重要基础，在保障电力系统及时、准确和可靠运行等方面发挥举足轻重的作用。换言之，电力电子装置科技水平的高低直接影响电力系统自动化水平的高低，直接决定我国经济的发展。因此，我国必须注重电力电子装置的科研与开发，促进电力单位或企业与高校或其他科研单位的合作，致力于将先进的电力电子装置应用于电力系统中，以便进一步满足社会发展对电力资源日益增加的需求。

参考文献：
[1] 姜建国.乔树通.郜登科.电力电子装置在电力系统中的应用[J].电力系统自动化，2014，3：2-5.
[2] 周孝信.陈树勇.鲁宗相.电网和电网技术发展的回顾与展望——试论三代电网[J].中国电机工程学报，2013，33（22）：1-11.
[3] 国家电网公司“电网新技术前景研究”项目咨询组.大规模储能技术在电力系统中的应用前景分析[J].电力系统自动化，2013，37（1）：3-8.

㈡ 怎麼做一个小型风力发电机，求操作原理，步骤，工具，材料

制作风力发电机是一个多学科的产品，设计到的计算理论有空气动力学，气象学，机械传动学，机械结构学，电机设计计算，电子控制等。
打算自己动手制造一个简装的风力发电机建议一切从简，借用一些配件，根据自己的地理条件定义自己的产品模型。
风力发电的原理，是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。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。小型风力发电系统效率很高，但它不是只由一个发电机头组成的，而是一个有一定科技含量的小系统：风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。机械连接与功率传递水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连,将转矩传递到发电机的传动轴,此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和震动的特性，表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。另一种为直驱型风机桨叶不通过齿轮箱直接与电机相连风机电机类型
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㈢ 全国大学生电子设计竞赛的历届赛题

第一届（1994年）全国大学生电子设计竞赛
A.简易数控直流电源
B.多路数据采集系统 第二届（1995年）全国大学生电子设计竞赛
A.实用低频功率放大器
B.实用信号源的设计和制作
C.简易无线电遥控系统
D.简易电阻、电容和电感测试仪 第三届（1997年）全国大学生电子设计竞赛
A.直流稳定电源
B.简易数字频率计
C.水温控制系统
D.调幅广播收音机 第四届（1999年）全国大学生电子设计竞赛
A.测量放大器
B.数字式工频有效值多用表
C.频率特性测试仪
D.短波调频接收机
E.数字化语音存储与回放系统 第五届（2001年）全国大学生电子设计竞赛
A.波形发生器
B.简易数字存储示波器
C.自动往返电动小汽车
D.高效率音频功率放大器
E.数据采集与传输系统
F.调频收音机 第六届（2003年）全国大学生电子设计竞赛
A.电压控制LC振荡器
B.宽带放大器
C.低频数字式相位测量仪
D.简易逻辑分析仪
E.简易智能电动车
F.液体点滴速度监控装置 第七届（2005年）全国大学生电子设计竞赛
A.正弦信号发生器
B.集成运放测试仪
C.简易频谱分析仪
D.单工无线呼叫系统
E.悬挂运动控制系统
F.数控恒流源
G.三相正弦波变频电源 第八届（2007年）全国大学生电子设计竞赛
A.音频信号分析仪
B.无线识别
C.数字示波器
D.程控滤波器
E.开关稳压电源
F.电动车跷跷板
G.积分式直流数字电压表
H.信号发生器
I.可控放大器
J.电动车跷跷板 第九届（2009年）全国大学生电子设计竞赛
A.光伏并网发电模拟装置
B.声音导引系统
C.宽带直流放大器
D.无线环境监测模拟装置
E.电能收集充电器
F.数字幅频均衡功率放大器
G.低频功率放大器
H.LED点阵书写显示屏
I.模拟路灯控制系统 A.开关电源模块并联供电系统
B.基于自由摆的平板控制系统
C.智能小车
D. LC 谐振放大器
E.简易数字信号传输性能分析仪
F.帆板控制系统
G.简易自动电阻测试仪
H.波形采集、存储与回放系统 A.单相AC-DC变换电路
B.四旋翼自主飞行器
C.简易旋转倒立摆及控制装置
D.射频宽带放大器
E.简易频率特性测试仪
F.红外光通信装置
G.手写绘图板
J.电磁控制运动装置
K.简易照明线路探测仪
L.直流稳压电源及漏电保护装置 【本科组】双向DC-DC变换器（A题）风力摆控制系统(B题）多旋翼自主飞行器（C题）增益可控射频放大器（D题）80MHz-100MHz频谱分析仪（E题）数字频率计（F题）短距视频信号无线通信网络（G题）【高职高专组】LED闪光灯电源（H题）风板控制装置（I题）小球滚动控制系统（J题）

㈣ 如何制作一个简单的风力发电小制作

风力发电机的制作需要在风叶轴与发电机转轴间做一组齿轮，用以改变转速。因为一般风叶轴都比较小，转速也慢。需要装一个大的齿轮盘然后再接一个小的齿轮盘接到发电机的转子轴上面。转速与齿轮大小比成正比。这一部分是动力装置。风力发电机就是利用动能转化成电能的。
然后就是发电机部分啦。这一部分有成品可以买。发电机的原理同电动机刚好相反。一个是将电能转成动力。一个是将动力转化成电能。
具体的操作是有一定困难的。
只要购买一个直流发电机并安装叶片就行，太阳能发电机不容易自制，可以购买太阳能电池组。
最简单的风力发电机：
一个水平安装的微风吊扇。注意发出的电压较高，额定转速时可以达到220伏

㈤ 风力发电使用设备是什么

基本原理和部件组成如下：

大部分风电机具有恒定转速，转子叶片末的转速为64米/秒，在轴心部分转速为零。距轴心四分之一叶片长度处的转速为16米/秒。图中的黄色带子比红色带子，被吹得更加指向风电机的背部。这是显而易见的，因为叶片末端的转速是撞击风电机前部的风速的八倍。

为什么转子叶片呈螺旋状？

大型风电机的转子叶片通常呈螺旋状。从转子叶片看过去，并向叶片的根部移动，直至到转子中心，你会发现风从很陡的角度进入（比地面的通常风向陡得多）。如果叶片从特别陡的角度受到撞击，转子叶片将停止运转。因此，转子叶片需要被设计成螺旋状，以保证叶片后面的刀口，沿地面上的风向被推离。

风电机结构

机舱：机舱包容着风电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风电机塔进入机舱。机舱左端是风电机转子，即转子叶片及轴。

转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。现代600千瓦风电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米，而且被设计得很象飞机的机翼。

轴心：转子轴心附着在风电机的低速轴上。

低速轴：风电机的低速轴将转子轴心与齿轮箱连接在一起。在现代600千瓦风电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。

齿轮箱：齿轮箱左边是低速轴，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。

高速轴及其机械闸：高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风电机被维修时。

发电机：通常被称为感应电机或异步发电机。在现代风电机上，最大电力输出通常为500至1500千瓦。

偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子正对着风。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来感觉风向。图中显示了风电机偏航。通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。

电子控制器：包含一台不断监控风电机状态的计算机，并控制偏航装置。为防止任何故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风电机的转动，并通过电话调制解调器来呼叫风电机操作员。

液压系统：用于重置风电机的空气动力闸。

冷却元件：包含一个风扇，用于冷却发电机。此外，它包含一个油冷却元件，用于冷却齿轮箱内的油。一些风电机具有水冷发电机。

塔：风电机塔载有机舱及转子。通常高的塔具有优势，因为离地面越高，风速越大。现代600千瓦风汽轮机的塔高为40至60米。它可以为管状的塔，也可以是格子状的塔。管状的塔对于维修人员更为安全，因为他们可以通过内部的梯子到达塔顶。格状的塔的优点在于它比较便宜。

风速计及风向标：用于测量风速及风向。
风电机发电机

风电机发电机将机械能转化为电能。风电机上的发电机与你通常看到的，电网上的发电设备相比，有点不同。原因是，发电机需要在波动的机械能条件下运转。

输出电压
大型风电机（100-150千瓦）通常产生690伏特的三相交流电。然后电流通过风电机旁的变压器（或在塔内），电压被提高至一万至三万伏，这取决于当地电网的标准。
大型制造商可以提供50赫兹风电机类型（用于世界大部分的电网），或60赫兹类型（用于美国电网）。

冷却系统
发电机在运转时需要冷却。在大部分风电机上，发电机被放置在管内，并使用大型风扇来空冷；一部分制造商采用水冷。水冷发电机更加小巧，而且电效高，但这种方式需要在机舱内设置散热器，来消除液体冷却系统产生的热量。

启动及停止发电机
如果你通过弹开一个普通开关，将大型风电机发电机与电网连接或解开，你很可能会损毁发电机、齿轮箱及邻近电网。

发电机电网的设计
风电机可以使用同步或异步发电机，并直接或非直接地将发电机连接在电网上。直接电网连接指的是将发电机直接连接在交流电网上。非直接电网连接指的是，风电机的电流通过一系列电力设备，经调节与电网匹配。采用异步发电机，这个调节过程自动完成。
转子叶片

转子叶片轮廓（横切面）
风电机转子叶片看起来像航行器的机翼。实际上，转子叶片设计师通常将叶片最远端的部分的横切面设计得类似于正统飞机的机翼。但是叶片内端的厚轮廓，通常是专门为风电机设计的。为转子叶片选择轮廓涉及很多折衷的方面，诸如可靠的运转与延时特性。叶片的轮廓设计，即使在表面有污垢时，叶片也可以运转良好。

转子叶片的材质
大型风电机上的大部分转子叶片用玻璃纤维强化塑料（GRP）制造。采用碳纤维或芳族聚酰胺作为强化材料是另外一种选择，但这种叶片对大型风电机是不经济的。木材、环氧木材、或环氧木纤维合成物目前还没有在转子叶片市场出现，尽管目前在这一领域已经有了发展。钢及铝合金分别存在重量及金属疲劳等问题，他们目前只用在小型风电机上。

风电机齿轮箱

为什么要使用齿轮箱？
风电机转子旋转产生的能量，通过主轴、齿轮箱及高速轴传送到发电机。
为什么要使用齿轮箱？为什么我们不能通过主轴直接驱动发电机？
如果我们使用普通发电机，并使用两个、四个或六个电极直接连接在50赫兹交流三相电网上，我们将不得不使用转速为1000至3000转每分钟的风电机。对于43米转子直径的风电机，这意味着转子末端的速度比声速的两倍还要高。另外一种可能性是建造一个带许多电极的交流发电机。但如果你要将发电机直接连在电网上，你需要使用200个电极的发电机，来获得30转每分钟的转速。另外一个问题是，发电机转子的质量需要与转矩大小成比例。因此直接驱动的发电机会非常重。

更低的转矩，更高的速度

使用齿轮箱，你可以将风电机转子上的较低转速、较高转矩，转换为用于发电机上的较高转速、较低转矩。风电机上的齿轮箱，通常在转子及发电机转速之间具有单一的齿轮比。对于600千瓦或750千瓦机器，齿轮比大约为1比50。

下图显示了用于风电机的1.5兆瓦的齿轮箱。这个齿轮箱有些不同寻常，因为在高速点的两个发电机上安装有法兰。右侧安装在发电机下的橙黄色配件，是液压驱动的紧急盘状刹车。在背景处你可以看到用于1.5MW风电机的机舱的下半部分

风电机偏航装置

风电机偏航装置用于将风电机转子转动到迎风的方向。

偏航误差
当转子不垂直于风向时，风电机存在偏航误差。偏航误差意味着，风中的能量只有很少一部分可以在转子区域流动。如果只发生这种情况，偏航控制将是控制向风电机转子电力输入的极佳方式。但是，转子靠近风源的部分受到的力比其它部分要大。一方面，这意味着转子倾向于自动对着风偏转，逆风或顺风的汽轮机都存在这种情况。另一方面，这意味着叶片在转子每一次转动时，都会沿着受力方向前后弯曲。存在偏航误差的风电机，与沿垂直于风向偏航的风电机相比，将承受更大的疲劳负载。

偏航机构
几乎所有水平轴的风电机都会强迫偏航。即，使用一个带有电动机及齿轮箱的机构来保持风电机对着风偏转。本图显示的是750千瓦风电机上的偏航机构。我们可以看到环绕外沿的偏航轴承，及内部偏航马达及偏航闸的轮子。几乎所有逆风设备的制造商都喜欢在不需要的情况下，停止偏航机构。偏航机构由电子控制器来激发。

电缆扭曲计数器
电缆用来将电流从风电机运载到塔下。但是当风电机偶然沿一个方向偏转太长时间时，电缆将越来越扭曲。因此风电机配备有电缆扭曲计数器，用于提醒操作员应该将电缆解开了。类似于所有风电机上的安全机构，系统具有冗余。风电机还会配备有拉动开关，在电缆扭曲太厉害时被激发。

http://www.tosafe.net/riskman/ShowArticle.asp?ArticleID=262

㈥ 风力发电是什么原理，需用什么设备，大约需要多大的风

机舱：机舱包容着风电机的关键设备，包括齿轮箱、发电机。维护人员可以通过风电机塔进入机舱。机舱前端是风电机转子，即转子叶片和轴。

转子叶片：捉获风，并将风力传送到转子轴心。在600千瓦级别的风电机上，每个转子叶片的测量长度大约为20米；而在5兆瓦级别的风电机上，叶片长度可以达到近60米。叶片的设计很类似飞机的机翼，制造材料却大不相同，多采用纤维而不是轻型合金。大部分转子叶片用玻璃纤维强化塑料（GRP）制造。采用碳纤维或芳族聚酰胺作为强化材料是另外一种选择，但这种叶片对大型风电机是不经济的。木材、环氧木材、或环氧木纤维合成物目前还没有在转子叶片市场出现，尽管目前在这一领域已经有了发展。钢及铝合金分别存在重量及金属疲劳等问题，目前只用在小型风电机上。。实际上，转子叶片设计师通常将叶片最远端的部分的横切面设计得类似于正统飞机的机翼。但是叶片内端的厚轮廓，通常是专门为风电机设计的。为转子叶片选择轮廓涉及很多折衷的方面，诸如可靠的运转与延时特性。叶片的轮廓设计，即使在表面有污垢时，叶片也可以运转良好
轴心：转子轴心附着在风电机的低速轴上。

低速轴：风电机的低速轴将转子轴心与变速齿轮箱连接在一起。在一般的风电机上，转子转速相当慢，大约为19至30转每分钟。轴中有用于液压系统的导管，来激发空气动力闸的运行。

齿轮箱：齿轮箱连接低速轴和高速轴的变速装置，它可以将高速轴的转速提高至低速轴的50倍。

高速轴及其机械闸：高速轴以超过1500转/分钟运转，并驱动发电机。它装备有紧急机械闸，用于空气动力闸失效时，或风电机被维修时。

发电机：风电机发电机将机械能转化为电能。风电机上的发电机与普通电网上的发电设备相比，有所不同：风电机发电机需要在波动的机械能条件下运转。通常使用的风电机发电机是感应电机或异步发电机，最新的风电机已经开始使用永磁同步发电机。目前世界上单机最大电力输出超过6000千瓦（德国enercon的E-112/114）。

偏航装置：借助电动机转动机舱，以使转子叶片调整风向的最佳切入角度。偏航装置由电子控制器操作，电子控制器可以通过风向标来探知风向。通常，在风改变其方向时，风电机一次只会偏转几度。值得注意的是，小功率级别的风电机都是通过统一的偏航装置调整所有叶片的角度，而最新的风电机大都是每个叶片设置单独的偏航系统。

电子控制器：一般都使用一台或多台不断监控风电机状态的计算机，用于控制偏航装置。一旦风电机发生故障（即齿轮箱或发电机的过热），该控制器可以自动停止风电机的转动，并通过网络信号通知风电机管理中心。

液压系统：用于重置风电机的空气动力闸。