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2.1 风能资源评估 ... 8
2.2 水平轴风力机的设计 ... 8
2.2.1 风力机的气动设计 8
2.2.2 轮毂的设计 .. 16
2.2.3 整流罩的设计 .. 18
2.2.4 发电机的设计 .. 18
2.2.5 机械刹车装置的设计 .. 19
2.2.6 机舱的设计 .. 20
2.2.7调向对风装置 ... 20
2.2.8 塔架的设计 .. 22
2.3 整流器的设计 . 23
2.3.1 整流器及其电路原理 .. 23
2.3.2 整流器选型 .. 24
2.4 蓄电池的设计 . 24
2.4.1 蓄电池类型选择 .. 24
2.4.2 蓄电池容量设计 .. 25
2.4.3 蓄电池组串、并联设计 .. 26
2.5 控制器部分 . 26
2.5.1 控制器的分类 .. 27
2.5.2 控制器的选型 .. 27
2.6 逆变器部分 . 28
2.6.1 逆变器的分类 .. 28
2.6.2 逆变器的选型 .. 28
2.7 小结 . 29
3 设计方案的总结... 30
4 经济和社会效益分析... 32
5 结论与展望 ... 33
5.1 结论 . 33
5.2 展望 . 33
致谢 ... 34
参考文献 ... 35
附录 ... 37
1 绪论
1.1 引言
能源是人们生活和国民经济发展必须的重要物质基础，在过去的200多年里，建立在
石油、煤炭、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大地推动了人类社会的发展。但是人
类在使用化石燃料的同时，却带来了严重的环境污染问题造成生态系统的破坏。近年来，
世界各国逐渐认识到能源对于人类的重要性，更认识到常规能源在使用过程中严重破坏了
环境和生态系统，各国纷纷开始根据国情，控制和缓解已经恶化的环境生态系统，并把可
再生、无污染的新能源发展作为可持续发展的重要内容。而风能均被看作是最具有代表性
的新能源和可再生能源之一，作为这种能源的高级利用技术：风力发电，早已受到了世界
各国的高度重视。 风力发电既可以并网也可以离网独立运行， 还可与其它能源组成互补发
电系统，应用十分灵活。并网运行风力发电系统可以为公共电网输送电力，离网型独立运
行的风力发电系统可为偏远农村及沿海地区居民提供生产、生活用电， 其发电成本比内燃
机发电成本低得多。在所有可再生能源中，相对而言，风力发电技术比较成熟，应用成本
相对较低，开发应用前景广阔[1]
。
1.2 独立运行风力发电技术的背景及意义
风力发电环境友好、技术成熟、可靠性高、成本低且规模效益显著，是发展最快的
新型能源。目前我国农村地区电价相对较高，且据统计仍有超过 3000 万农村人口缺乏
稳定电力供应，而我国的大多数此类农村都处于风力资源较为丰富地区。所以开发低风
速、易于安装的小型独立运行的风力发电系统，辅助解决农村及沿海渔民生活用电问题
是具有深远经济意义的。
独立运行风力发电系统的技术研究虽然已较为成熟，但由于风能的随机性和不稳定
性以及负载的随时变化使得现有独立运行风电系统仍然存在一些问题。
首先系统效率较低，现有系统一般采用发电机输出直接对蓄电池进行充电，并没有
对风电转换环节进行控制，使得风能利用系数比较低，一般在0.3左右。据贝茨理论风能
利用系数的极限值为0.593，如果控制风力机总是以最佳叶尖速比运行，年发电量可以提
20%~30%；其次蓄电池的工作状态不尽合理，使得其寿命短暂，一般两三年就得更换，
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