山东华宇职业技术学院高职毕业生毕业设计<论文）课题名称小型垂直轴风力发电系统设计专业机电一体化班级 09高职机电5班学号 ***********姓名张晟铭指导教师王爱玲毕业设计<论文）任务书毕业设计<论文）题目：小型垂直轴风力发电系统设计专业：机电一体化专业姓名：张晟铭毕业设计<论文）工作起止时间：2018年10月——2018年11月毕业设计<论文）的内容要求：<1）本设计主要讨论大规模风电并网引起的电力系统运行与稳定问题及其相关技术解决措施,主要包括大规模风电并网对电压的影响及风电场的电压控制问题。
<2）大规模风电并网对稳定性的影响及风电机低电压穿越能力的问题。
大规模风电并网对调度运行的影响和风电功率预测的必要性3方面内容,并针对每一个问题提出了相关的应对策略。
<3）本设计对大规模风电并网引起的电力系统运行与稳定的问题进行了分析探讨, 并在此基础上提出了相关的技术解决措施。
指导教师<签名）：年月日毕业设计开题报告一、课题设计<论文）目的及意义风力发电是21世纪重要的绿色能源,也是化石能源的重要替代能源之一。
加快发展风力发电,是世界许多国家解决能源可持续利用的重要举措。
我国风电发展迅速,但同时也带来了大规模风电并网的问题。
本设计主要讨论大规模风电并网引起的电力系统运行与稳定问题及其相关技术解决措施,主要包括大规模风电并网对电压的影响及风电场的电压控制问题。
大规模风电并网对稳定性的影响及风电机低电压穿越能力的问题。
大规模风电并网对调度运行的影响和风电功率预测的必要性3方面内容,并针对每一个问题提出了相关的应对策略。
1、培养学生综合运用理论知识，及独立分析原因。
2、根据风力发电机工作性能的要求，运用所学专业知识，学会制定故障诊断过程的能力。
3、培养学生学习和应用各种先进技术资料，特别是对风力发电的技术资料有一定的涉及，以便能掌握其故障诊断、检测的方法和步骤。
4、进一步增强自己独立分析问题、独立思考问题的基本能力，为今后工作打下良好的基础。
二、课题设计<论文）提纲1、对于风力发电机的结构和基本配置以及要求2、风力发电机叶轮的基本运动流程3、具体的实施步骤和应注意事项三、课题设计<论文）思路、方法及进度安排设计思路1、查阅相技术资料，回顾并掌握专业理论知识。
2、结合目前科技成果，查阅了大量的相关资料，利用先进的技术，合理的方法，利用相关的专业知识，设计了这种技术较先进、性能可靠、自动化程度较高的风力发电系统。
3、完成小型垂直轴风力发电机的相关步骤和注意事项。
4、整理资料。
进度安排第一周：1）明确并熟悉垂直轴风力发电机的各种资料，对其各零部件进行分析。
2）经过分析讨论，初步列出参考提纲。
第二周至第三周：1）进一步查阅资料对初步提纲进行补充，完善。
2）补充完毕，交予老师指导。
3）根据指导老师提出的意见对论文进行修改和进一步完善。
第四周至第五周：1）咨询指导老师。
2）根据老师指导进行修改调整格式内容。
第六周：毕业答辩四、课题设计<论文）参考文献：[1] 叶杭冶. 风力发电系统的设计、运行与维护[M].北京：电子工业出版社， 2018年4月.[2] 薛桁，朱瑞兆，杨振斌. 中国风能资源贮量估算[J]. 太阳能学报. 2001年第22卷第2期：P168-P170.[3] 中国可再生能源学会风能专业委员会<CWEA）. 2009年中国风电装机容量统计. 2009年.[4] 宋丽莉，毛慧琴，钱光明. 热带气旋对风力发电的影响分析[J]. 太阳能学报，2006年第27卷第9期：P962-P965.[5] 芮晓明，马志勇，康传明. 并网型垂直轴风力机的基本构成与气动特性[J]. 太阳能学报, 2007年第2期：P28-P31.[6] 孙云峰. 小型垂直轴风力发电机组的设计与实验[D]. 内蒙古：内蒙古农业大学, 2008年.[7] 聂珣. 基于自适应转速观测器的双馈风力发电控制系统的研究[D]. 长沙：中南大学, 2009年.[8] 张国铭. 论制造兆瓦级垂直轴风力发电机的合理性[J]. 风力发电，2001年第4期：P55-P61[9] 宋海辉. 风力发电技术及工程[M]. 中国水利水电出版社，2009年.[10] 王心尘. 基于Matlab_Simulink的垂直轴风力发电系统设计[D]. 厦门：厦门大学, 2008年.[11] 芮晓明，柳亦兵，马志勇. 风力发电机组设计[M]. 北京：机械工业出版社，2018年.[12] 杨国良，高瑞斌，张纯. 垂直轴风力发电系统制动及保护电路设计[J]. 电力电子技术，2009年第43卷第10期：P53-P59.[13] 赵永强，侯红玲，施绍宁. 蓄电池智能充电系统的设计与研究[J]. 陕西理工学院学报，2018年第26卷第3期：P5-P8.目录摘要：1第一章绪论51.1国内外风力发电的发展现状及其趋势21.2小型垂直轴风力发电机发展简况3第二章风力发电基本原理52.1 风特性52.1.1 风能量52.1.2 湍流特性52.2 风力发电系统结构框架6第三章小型垂直轴风力发电的总体设计63.1 风力机的种类及选择63.2 垂直轴风力机空气动力学83.2.1 风能利用率103.2.2 Cp-λ功率特性曲线103.2.3 贝茨极限113.2.4 叶尖速比113.2.5 风力机的功率及扭矩计算123.3 叶片选型133.3.1 叶片实度143.3.2 叶片形状及材料15第四章电气设备及传动设计164.1 基本原理164.1.1 法拉第电磁感应原理164.1.2 相位角及功率因数164.2 转化装置174.2.1 直驱式永磁同步发电机174.2.2 电气系统电路设计174.3 传动系统结构设计及计算184.3.1 传动轴的设计184.3.2 轴承的计算及选型20第五章刹车装置及其他部件设计245.1 刹车装置245.1.1 刹车装置原理245.1.2 刹车结构受力计算265.2 塔架的设计275.2.1 支撑件受力分析275.2.2 拉索的受力计算295.3 蓄电池和选型315.3.1 蓄电池的种类及工作基本原理315.3.2 蓄电池选型315.4 箱体的设计315.4.1 箱体的外形设计315.4.2 箱体的防锈与密封32结论33参考文献：34致谢34小型垂直轴风力发电系统设计姓名：张晟铭学号： 20092080544 班级：09高职机电五班指导教师：王爱岭摘要：本文介绍了一种小型垂直轴风力发电系统的设计方案，本系统主要面向沿海高层建筑或边远地区用户。
经过查阅大量文献资料结合必要的理论计算，系统采用四片NACA0012型叶片构成H型达里厄风力机，利对用永磁直驱同步发电机将机械能转化为电能，经过电力电子电路对蓄电池进行充电。
文中对主要支撑件和传动件进行了必要的结构校核，所用的两个角接触球轴承进行了使用寿命校核。
最后以垂直轴风轮和永磁直驱发电机为主要对象，用solidworks软件建立三维模型，设计风力发电系统主要零部件，并简要介绍其控制电路、选择蓄电池型号。
关键词：垂直轴风力发电机达里厄 NACA0012翼型第一章绪论1.1国内外风力发电的发展现状及其趋势随着能源紧缺及化石燃料对环境污染日趋严重，开发新型能源成为各国经济发展的关键，目前可再生能源有太阳能、风能、地热能等。
风能发电是目前为止技术最为成熟，历史最为悠久的发电方式，是具有大规模发展潜力的可再生能源，有可能成为重要的替代能源。
自13世纪起，水平轴风车产业就成为了农村经济结构的主要部分，而利用风力发电的历史可以追溯到19世纪晚期，美国的Brush研制了第一台12kW的直流风力机。
Golding(1955>、Shepherd和Divone(1994>记录了早期的风力机发展史。
1931年，苏联制造了一台100KW、直径30m的Balaclava(巴拉克拉法帽>风力机；19世纪50年代早期，英国制造了一台100KW、直径24m的Andrea Enfield(安德鲁-恩菲>风力机。
1956年，丹麦建造了一台200KW、直径24m的Gedser(盖瑟>风力机，1963年法国电力工业实验了一台功率1.1MW、直径35m的风力机。
在德国，Hutter(胡特>于19世纪50年代和60年代建立了一些新型的风力机。
由于石油价格突然上涨，美国开始建造一系列示范风力机组，如1975年的功率100KW、直径38m的Mod-0风力发电机组和1987年的功率2.5MW、直径97.5m的Mod-5B风力发电机组。
目前世界上最大的风力发电机是德国制造的E-126，高达120m，风轮直径126m，每个叶片长达61.4m，每片重18t，装机功率达到5MW[1]，如图1-1所示。
图1-1 Enercon的E-126型风力发电机我国风能资源丰富，根据第三次风能普查结果，我国技术可开发的陆地面积约为24×104km2。
考虑到风电场中风力发电机组的实际布置能力，按照5MW/km2计算，陆上技术可开发量为120×104MW。
目前我国风能资源开发利用的重点区域有内蒙古自治区、辽宁省、河北省、吉林省、甘肃省、新疆维吾尔自治区、江苏省等，其中内蒙古自治区技术可开发量约为50×104MW，居全国之首[2]如图1-2所示。
图1-2全年平均风能密度分布在国家可再生能源发展规划和风电装备国产化等相关政策的支持下，我过风电产业得到了快速发展，2009年中国<不含台湾省）新增风电装机10129台，容量13803.2MW，年同比增长124%；累计风电装机21581台，容量25805.3MW，年同比增长114%。
台湾省当年新增风电装机37台，容量77.9MW；累计装机227台，容量436.05MW[3]，如图1-3所示。
图1-3历年我国装机储量1.2小型垂直轴风力发电机发展简况垂直轴风力机<Vertical Axis Wind Turbine或VAWT）的风轮轴与风向垂直，风轮的转动与风向无关，但是由于其启动风速较高且功率不稳定，其发展并不像水平轴风力机那么迅速。
随着计算科学的飞速发展，垂直轴风力机的优异空气动力性能<尤其是达里厄风力机）渐渐为世人所认识，近年来广泛受到各国研究人员的关注。
国外较大的风力发电公司有加拿大的Cleanfiled Energy公司，其主导产品是一种额定功率为3.5kW的升力型叶轮风力发电机，整套系统由玻璃钢纤维和钢材组成，约重181.4kg，叶轮高3m，轮辐直径 2.5m。
2006年，中国垂直风力发电机实验基地在内蒙古化德县启动运行，目前50kW小样机组已投入运行开始发电，如图1-4所示。