传统小型离网风电系统往往需要配备蓄电池组作为主要的供能储能装置,以此来平抑风电的波动性和间歇性。然而,蓄电池组的价格昂贵,大约占离网系统总成本的50%,因而导致了小型离网风电系统的单位投资成本居高不下。为了研究小型离网风电系统的储能难题,构建了一套小型离网风电制冷系统,并利用风电制冷储能的方式代替部分蓄电池储能。本文以提升小型离网风电制冷系统的风-冷转化效率为核心开展了以下研究工作:(1)搭建了一套小型离网风电制冷系统,详细介绍了系统的组成结构和运行原理,并以当地风力资源特性为依据确定了系统各主要部件的选型。此外,建立了系统各主要部件的能量传递理论模型,为后续实验分析提供了理论基础和计算依据。(2)实验比较分析了系统在边蓄电边制冷(Storage while Cooling Mode,文中简称为SCM)和先蓄电后制冷(First Charge and then Cooling Mode,文中简称为FCCM)两种工作模式下的运行特性,并验证了风电制冷代替部分蓄电池储能的SCM运行模式具有更高可行性。实验结果表明,在低实验风速工况下,系统采用SCM模式运行时,压缩机和蓄电池并联运行,可以有效降低负载等效阻抗并降低蓄电池钳位作用的影响,系统的风-冷转换效率为52.0%,优于FCCM模式下的41.0%;在高实验风速条件下,系统采用SCM模式运行时,可以提升负载的功率消纳能力,降低风力发电机转速过载的风险,其系统的风-冷转换效率为51.4%,优于FCCM模式下的38.1%。(3)实验对比研究了系统在不同风速以及荷电状态下的风电制冷性能特性。结果表明,在实验工况条件下,当室外实验平均风速为4.46 m/s时,风功率与压缩机功率需求较为匹配,此时系统的蓄电池能量占比最低、风-冷转换效率最高,分别为0.67和52.0%;此外,在实验工况条件下,当蓄电池处于有电的工作状态时,能保障系统的运行稳定,此种状态下系统压缩机的制冷效率和系统风-冷转换效率分别为2.33和50%,均优于蓄电池亏电的状态下的2.11和41.3%。因此,提高风功率与压缩机功率的匹配度可以提升系统有效风能利用率并减少蓄电池储电容量,是提升系统风-冷转换效率的关键因素。(4)基于提升风功率与压缩机功率匹配度的目的,采用了一种利用PMW脉宽调制技术改变压缩机运行功率来追踪风功率变化的控制算法,并开展了系统在采用控制算法前后的风电制冷对比实验,验证了控制算法的有效性。实验结果表明,系统在采用控制算法优化后,其压缩机功率与风功率的匹配度得到提升,从而降低了系统负载的能量损失并提高了系统的风电转换效率,在实验工况条件下,系统的风-冷转换效率为41.89%,较采用控制算法优化前提升19.8%;同时,采用控制算法优化后,实验工况条件下系统实际所需的蓄电池储能容量为24.8 kJ,较采用控制算法优化前减少43.9%。综上,采用控制算法优化后,在提升系统的风-冷转换效率的同时降低了系统的蓄电池储能成本。