風力光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析【任務(wù)書+畢業(yè)論文+開題報告】

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.............................................. 6 電池充電狀態(tài)的檢測 ...................................... 6 電池的容量計算 .......................................... 7 5控制電路 ...................................................... 8 制電路原理 .............................................. 8 051單 片機 ............................................... 8 次逼近式 8位 A/.......................... 9 性介紹 ....................................... 9 單片機的連 接 ................................. 10 示接口電路 ............................................. 11 ................................................. 11 ........................................... 12 電隔離器工作電路 ....................................... 13 ................................................. 13 6 軟件設(shè)計 ..................................................... 15 7 抗干擾問題 ................................................... 17 結(jié)論 ........................................................... 18 致謝 ........................................................... 19 參考資料 ....................................................... 20 附錄 1 ......................................................... 21 附錄 2 ......................................................... 23 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 1 1 緒論 電力在現(xiàn)實生活中占主導地位，但是受客觀環(huán)境的限制，有些地區(qū)根本無法實現(xiàn)電業(yè)的發(fā)展和建設(shè)。太陽能光伏發(fā)電 ,無運動部件 ,穩(wěn)定可靠 ,但目前成本較高 ,而風力發(fā)電成本低但隨機性大 ,供電可靠性差 ,將兩者結(jié)合起來 ,可實現(xiàn)晝夜發(fā)電。在太陽光資源和風 資源豐富的地區(qū) ,風光互補發(fā)電系統(tǒng)與單一風電系統(tǒng)和光電系統(tǒng)相比具有供電的連續(xù)性好、穩(wěn)定性和可靠性高等特點 ,風光互補發(fā)電系統(tǒng)是相對較好的獨立電源系統(tǒng) ,已經(jīng)在我國的西部很多地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用 ,解決了農(nóng)牧民的用電問題。此系統(tǒng)就是利用風和光兩種自然能源相互補充發(fā)電，由太陽能電池板與風力發(fā)電機發(fā)電，經(jīng)蓄電池充電，給負載供電的一種新型能源。它既不消耗任何礦物燃料，又完成了對自然能源的合理利用。此系統(tǒng)可以應(yīng)用于微波通訊、基站、電臺、野外活動、高速公路、無電扇區(qū)、村莊、海島的電力提供。而且為了適應(yīng)偏遠地區(qū)不便利的地理環(huán)境。 風光互補發(fā)電控制系統(tǒng)幾乎完成了智能化，免維護。尤其適合在內(nèi)蒙古風力大的偏遠山區(qū)。風光互補發(fā)電系統(tǒng)還可以根據(jù)用戶的用電負荷情況和資源條件進行系統(tǒng)容量的合理配置，既可保證系統(tǒng)供電的可靠性，又可降低發(fā)電系統(tǒng)的造價。無論是怎樣的環(huán)境和用電要求，風光互補發(fā)電系統(tǒng)都可做出最優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計方案來滿足用戶的要求。因此，風光互補發(fā)電系統(tǒng)可以說是最合理的獨立電源系統(tǒng)。這種合理性既表現(xiàn)在資源配置上，又體現(xiàn)在技術(shù)方案和性能價格上，正是這種合理性保證了風光互補發(fā)電系統(tǒng)的可靠性，從而為它的應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。 2 系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖如圖 1 所示。該系統(tǒng)是集風能、太陽能及蓄電池等多種能源發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)智能控制技術(shù)為一體的復合可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。 圖 1 系統(tǒng)框圖 太陽能電池 風力發(fā)電機 逆變器 蓄電池 微機控制系統(tǒng) 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 2 從圖 1中我們可以看出，它的主要組成設(shè)備有： 風力發(fā)電機：風機采用具有特別適合大多內(nèi)陸地區(qū)低風速、時發(fā)電特性好、發(fā)電量大的特點。具有機械、電子剎車裝置，可以確保在高風速時，風機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定控制在安全可靠的范圍內(nèi)，使最高輸出電壓成為安全可控的電壓 [2]。采用24V/4000 風力 ≥3m/s 工作， 10m/ 400 太陽能光電池板：采用 150W/15V ， 的硅光電池，它能將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，屬于一種半導體元件，它的特點：它是轉(zhuǎn)換效率高達 15%的單晶硅太陽能電池板。具有抗風、防潮、工作穩(wěn)定、無需維護等特點。 鉛酸蓄電池：蓄電池的選擇要求：重量輕、體積小、能量轉(zhuǎn)換率高、自放電慢、充放電循次數(shù)多（即使用壽命長）等。其次，還有些特殊要求如低溫時能大電流放電、維護簡單或無需維護、自放電（析氫）特別慢等。 微機控制系統(tǒng)：微機控制系統(tǒng)是整個設(shè)計的核心內(nèi)容。它是整個系統(tǒng)安全運行的基本保證。另外本系統(tǒng)受應(yīng)用環(huán)境 的要求，本身就要求實現(xiàn)免維護。所以無論從硬件系統(tǒng)還是軟件系統(tǒng)都要對系統(tǒng)有保護作用。例如在本系統(tǒng)硬件設(shè)計中有蓄電池電壓控制，因為直流充電的蓄電池，要求電壓控制在 10～ 12～ 16能安全使用，不至于被燒壞。所以電壓控制用來保證其既不過充又不過放；繼電器工作要求是：在接受到指令后，要按指令要求來動作。而且一旦出錯就要有報警顯示。為了實現(xiàn)繼電器正常工作，系統(tǒng)設(shè)有繼電器動作檢測，并對故障狀態(tài)設(shè)有報警顯示；為了保證整個系統(tǒng)工作的正常，執(zhí)行動作正確，系統(tǒng)對 轉(zhuǎn)換也設(shè)有轉(zhuǎn)換結(jié)果正確與否的檢測，并在 正常工作時報警顯示；整個系統(tǒng)是一個嚴密完整的智能化系統(tǒng)，使用起來方便。 逆變器：逆變系統(tǒng)是把蓄電池中的直流電變成標準的 220證交流電在設(shè)備的正常使用。同時還具有自動穩(wěn)壓功能，可改善風光互補發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量；在逆變器的電路結(jié)構(gòu)形式上，主要是工頻變壓器和高頻變壓器兩種形式。對一個風光發(fā)電系統(tǒng)而言，逆變器是一種電力電子設(shè)備，抗過載，抗沖擊的能力要相對弱一些，是最易出故障的單元。 3 太陽能電池 陽能電池的原理 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 3 太陽能光伏電池 (簡稱光伏電池 )用于把太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能。目前世 界各國正在研究的太陽電池主要有單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽電池。在能量轉(zhuǎn)換效率和使用壽命等綜合性能方面，單晶硅和多晶硅電池優(yōu)于非晶硅電池。多晶硅比單晶硅轉(zhuǎn)換效率略低，但價格更便宜。另外，還有其它類型的太陽電池 [5]。 太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換是應(yīng)用 首先對 二極管做一簡單說明。如圖 2 所示，為一理想的 二極管的電流 性圖，其對應(yīng)的方程式如下： ???????? ?????????????????? ???????? ?? 1e x x k （ 1） k：波爾茲曼常數(shù)（ 0 ） q：電子電荷量（ 0 T：絕對溫度（凱氏溫度 K＝攝氏溫度＋ 273度） 效二極管的逆向飽和電流 電壓（ 太陽能電池將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能是依賴自然光中的的量子 而每個光子所攜帶的能量為 ? ? ?? （ 2） h：普郎克常數(shù)（ 0 ） c：光速（ 3×108m/s ） λ ：光子波長 圖 2 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 4 但并非所有光子都能順利地通過太陽能電池將光能轉(zhuǎn)換為電能，因為在不同的光譜中光子所攜帶的能量不一樣。 當光子所攜帶的能量大于禁帶（ 量時，電子由價電帶（ 遷至導電帶（ 產(chǎn)生所謂的“電流”，所以當光子所攜帶的能量若大于 禁帶能量時，便可以通過光電子轉(zhuǎn)換成電能。 當入射太陽光的能量大于硅半導體的禁帶能量時，太陽光子照射入半導體內(nèi)，把電子從價電帶激發(fā)到導電帶，從而在半導體內(nèi)部產(chǎn)生了許多“電子 ，在內(nèi)建電場的作用下，電子向 N 型區(qū)移動，空穴向 P 型區(qū)移動，這樣， 很多電子， P 區(qū)有很多空穴，在 附近就形成了與內(nèi)建電場方向相反的光生電場，它的一部分抵消了內(nèi)建電場，其余部分則使 P 區(qū)帶正電， N 區(qū)帶負電，于是在 N 區(qū)與 P 區(qū)之間產(chǎn)生了光生伏打電動勢，這就是所謂的 “ 光生伏打效應(yīng) ” 。 如果位太陽電池開路，即組成電池回路中，負載電阻為 無窮大，則被 會全部積累在 附近，于是出現(xiàn)了最大光生電動勢，它的數(shù)值即為開路電壓，記作 如果把太陽電池短路，即回路負載電阻為零，則所有 附近的電子與空穴，由結(jié)的一邊，流經(jīng)外電路到達結(jié)的另一邊，產(chǎn)生了最大可能的電流，即短路電流記作 太陽能電池相當于具有與受光面平行的極薄 的大面積的等效二極管，因此可以假設(shè)太陽能電池為一個二極管與太陽光電流發(fā)生源所并聯(lián)的等效電路，如圖 3所示。 圖 3 太陽能電池的理想狀態(tài)等效電路 陽能電池 板 的 計算 硅太 陽能 發(fā)電板容量是指平板式太陽能板發(fā)電功率 陽能發(fā)電功率量風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 5 值取決于負載 24h 所能消耗的電力 H(由負載額定電源與負載 24h 所消耗的電力，決定了負載 24h 消耗的容量 P(再考慮到平均每天日照時數(shù)及陰雨天造成的影響，計算出太陽能電池陣列工作電流 )。 由負載額定電源，選取蓄電池公稱電壓，由蓄電池公稱電壓來確定蓄電池串聯(lián)個數(shù)及蓄電池浮充電壓 V)，再考慮到太陽能電池因溫度升高而引起的溫升電壓 VT(v)及反充二極管 D(V)所造成的影響，則可計算出太陽能電池陣列的工作電壓 )，由太陽電池陣列工作電源 )與工作電壓)，便可決定平板式太陽能板發(fā)電功率 而設(shè)計出太陽能板容量，由設(shè)計出的容量 太陽能電池陣列工作電壓 定硅電池平板的串聯(lián)塊數(shù)與并聯(lián)組數(shù) [7]。 太陽能電池陣列的具體設(shè)計步驟如下： 計算負載 24h 消耗容量 P。 P=H/V （３） V—— 負載額定電源 選定每天日照時數(shù) T(H)。 計算太陽能陣列工作電流。 (1+Q)/T （４） Q—— 按陰雨期富余系數(shù)， Q=定蓄電池浮 充電壓 鎘鎳 (ＧＮ )和鉛酸 (ＣＳ )蓄電池的單體浮充電壓分別為 太陽能電池溫度補償電壓 30(F （５） 計算太陽能電池陣列工作電壓 F+T （６） 其中 等于 陽電池陣列輸出功率ＷＰ平板式太陽能電板。 P× （７） 根據(jù) 定標準規(guī)格的串聯(lián)塊數(shù)和并聯(lián)風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 6 組數(shù)。 太陽電池陣列的伏安特性如圖 5。由圖可知，該伏安特性曲線具有強烈的非線性。太陽電池陣列的額定功率是在以下條件下定義的：當日射 S=；太陽電池溫度 T=25；大氣質(zhì)量 ，太陽電池陣列輸出的最大功率便定義為它的額定功率。太陽電池陣列額定功率的單位為 “ 峰瓦 ” ，記以“。當日射 S<1000W／㎡時。 圖 4 太陽電池陣列的伏安特性曲線 溫度和日照強度的變化對太陽電池的伏安特性都有影響，在僅改變?nèi)照諒姸榷３制渌鼦l件 (如太陽電池溫度和大氣質(zhì)量等 )不變的情況下。計算出每天消耗的瓦時數(shù) (包括逆變器的損耗 )： 逆變器的轉(zhuǎn)換 效率為 90％，則當輸出功率為 100W 時，則實際需要輸出功率應(yīng)為 100W/90％ =111W；若按每天使用 8 小時，則耗電量為 111W*8 小時 =888每日有效日照時間為 6小時計算，再考慮到充電效率和充電過程中的損耗，太陽能電池板的輸出功率應(yīng)為888h/70%=210W。其中 70％是充電過程中，太陽能電池板的實際使用功率。 4 蓄電池的工作特性 蓄電池的使用 ,最重要的是有效利用其充放電特性。有效、科學地使用蓄電池 ,不僅對提高其使用效率、延長其使用壽命十分關(guān)鍵 ,電池充電狀態(tài)的檢測 準確判斷蓄電池的充電狀態(tài)是有效利用蓄電池的充放電特性和選擇適當?shù)某潆姺椒ǖ那疤?。目前，絕大多數(shù)的太陽能控制器采用的是在線檢測蓄電池的風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 7 端電壓 ,并以此作為自動切換充電方法的依據(jù)。但眾所周知 ,蓄電池的端電壓受到很多因素的影響，尤其在充電過程中，蓄電池的端電壓受到太陽能電池端電壓的制約，不能準確反映其荷電狀態(tài)。比如，當系統(tǒng)所處溫度較高時，容易出現(xiàn)蓄電池容量未滿卻已不能充入的現(xiàn)象，即 “ 虛滿 ” ，這樣就很難檢測出蓄電池的準確荷電狀態(tài)，影響整個系統(tǒng)的正常工作。為此提出了一種新的檢測方法—— 離線 式檢測。在鉛酸蓄電池的理論中，蓄電池的電動勢可表示為： )( )(42 ??? （ 8） 式中 :E—— 電池電動勢， (V) 所有反應(yīng)物的活度或壓力等于 1時的電動勢，稱為標準電動勢 (V)。R—— 摩爾氣體常數(shù) ； T—— 溫度 ,(K)； F—— 法拉第常數(shù) ； n—— 電化學反應(yīng)中的電子得失數(shù)目 。 從 (8)式可以看出，電動勢與硫酸濃度有關(guān)，也就是與荷電狀態(tài)有關(guān)。而蓄電池的開路電壓在數(shù)值上接近電動勢。根據(jù)有關(guān)文獻，蓄電池的穩(wěn)態(tài)開路電壓與其荷電狀態(tài)有良好 的線性關(guān)系。因此，由蓄電池的開路電壓可以估算出其荷電狀態(tài)。 電池的容量計算 蓄電池的容量由下列因素決定： 蓄電池單獨工作天數(shù)。在特殊氣候條件下，蓄電池允許放電達到蓄電池所剩容量占正常額定容量的 20%。 蓄電池每天放電量。對于日負載穩(wěn)定且要求不高的場合，日放電周期深度可限制在蓄電池所剩容量占額定容量的 80%。 蓄電池要有足夠的容量，以保證不會因過充電所造成的失水。一般在選蓄電池容量時，只要蓄電池容量大于太陽能發(fā)電板峰值電流的 25倍，則蓄電池在充電時就不會造成失水。 蓄電池自身漏掉的電能。隨著電池使用 時間的增長及電池溫度的升高，自放電率會增加。對于新的電池自放電率通常小于容量的 5%，但對于舊的質(zhì)量不好的電池，自放電率可增至每月 10%～ 15%。 蓄電池的額定容量 C，單位安時（ 它是放電電流安（ A）和放電時間小時（ h）的乘積。由于對同一個電池采用不同的放電參數(shù)所得出的 不同風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 8 的，為了便于對電池容量進行描述、測量和比較，必須事先設(shè)定統(tǒng)一的條件。實踐中，電池容量被定義為：用設(shè)定的電流把電池放電至設(shè)定的電壓所給出的電量。也可以說電池容量是：用設(shè)定的電流把電池放電至設(shè)定的電壓所經(jīng)歷的時間和這個電流的乘積由于 要一天工作 8 小時，陰雨天能連續(xù)工作三天，所以可得出太陽能蓄電池的容量。取容量為 12V/200用全密閉免維護 12由于蓄電池放電不能低于 106V。 5 控制電路 制電路原理 由圖 5可以看出，風力發(fā)電與太陽能光電池板發(fā)電，共同給蓄電池供電（為直流）。此時風力發(fā)電機、太陽能電池板和蓄電池又共同為直流負載供電（風力發(fā)電機發(fā)出的電經(jīng)過三相整流后便為直流）。 圖 5 控制電路原理 微型單片機系統(tǒng)對蓄電池兩端電壓進行檢測：若蓄電池過充，則使繼電器開充電回路，不再為 蓄電池供電；若檢測結(jié)果是蓄電池過放，則使繼電器 開負載電路，不再為負載供電，而給蓄電池充電。為保護系統(tǒng) ,增加了二極管 b，它們的作用如下： 為蓄電池供電要求直流電壓。而風力發(fā)電機所發(fā)的是三相交流電。為了把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，增設(shè)的三相整流二極管組。 得光電板遭到破壞。 051 單片機 單片機是一種高度集成的芯片，它的內(nèi)容是一臺完整的微型計算機。由于風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 9 體積小，使得它在計算機外部設(shè)備，過程及工業(yè)控制設(shè)備等領(lǐng)域應(yīng) 用廣泛。單片機是按工業(yè)標準設(shè)計的，所以它有很好的環(huán)境適應(yīng)能力和抗干擾能力。有很好的可靠性。 目前世界上常用的單片機有 8051、 設(shè)計主要采用 8051單片機作為微機控制的核心。 8051型號的單片機屬于單片機 列，為 的內(nèi)部只有128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器（ 4 。 8051 單片機是在一塊芯片上集中了 時器 /計數(shù)器和多功能的I/們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成。其基本結(jié)構(gòu)依然是通用 上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但在功能單元的控制上卻有了很大的變化。采用了特殊功能寄存器（ 集中控制方法。 次逼近式 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器 性介紹 路模擬輸入的 8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，逐次逼近式 片， 28線雙列直插式封裝。 片型逐次逼近式 A／ 部結(jié)構(gòu)如圖 6所示，它由 8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8位開關(guān)樹型 D／ 次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此， 處理 8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨工作。輸入輸出與 11]。 圖 6 芯片的主要部分是一個 8 位逐次比較式 A/D 轉(zhuǎn) 換器和 8 位模擬轉(zhuǎn)換電路。風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 10 轉(zhuǎn)換器以 8個時鐘周期的時間完成一位轉(zhuǎn)換值，在 64個脈沖后完成 8位的轉(zhuǎn)換，時鐘由外電路提供，典型頻率為 6408 路模擬開關(guān)由 3位二進制信息控制，以完成對某一路模擬信號轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號鎖存在內(nèi)部的輸出鎖存器中，由輸出允許信號選通鎖存器即可在輸出線上得到轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)。 809通過引腳 , 可輸入 8路單邊模擬輸入電壓。 位地址線 行鎖存 ,然后由譯碼器選通 8路中的一路進行A/ 首先輸入 3位地址，并使 ，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通 8路模擬輸入之一到比較器。 升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A／ 之后 示轉(zhuǎn)換正在進行。直到 A／ 示 A／ 果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當 出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 單片機的連接 8051 通過 74碼器的輸出端 5Y 和讀、寫控制線來控制轉(zhuǎn)換器的模擬 輸入通道地址鎖存、啟動和輸出允許。 809的時鐘頻率為 640換時間為 100μ ｓ ，微機的時鐘頻率 5此系統(tǒng)時鐘必須經(jīng)分頻器分頻后接到 片的 腳上。另外， 可在轉(zhuǎn)換結(jié)束時發(fā)中斷請求脈沖，若用中斷輸入數(shù)據(jù)的方式則可利用 圖 7所示。 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 11 圖 7 示接口電路 單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，使用的顯示器主要有 光二極管和 晶顯示器。這兩種顯示器的成本低廉，配置靈活，與單片機接口方便。本 設(shè)計中采用的則是發(fā)光二極管。 示塊是發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件。這種顯示塊有共陰極和共陽極兩種。共陰極 示塊的發(fā)光二極管陰極共地。當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮；共陽極 示塊的發(fā)光二極管陽極并接 +5V 電壓，當某個發(fā)光二極管的陰極為低電平時，發(fā)光二極管點亮。 系統(tǒng)中需要做出報警顯示的有圖中幾種情況。所以在設(shè)計中采用六路 一路代表一種狀態(tài)。 所有 5以它屬于共陽極顯示器。當某個 極管即會發(fā)光， 我們也就知道系統(tǒng)的運行狀態(tài)，從而知道系統(tǒng)下一步工作。 每個 上 +5的大電流有可能燒壞 8051的接口。為了避免這一情況發(fā)生，我們接入 560Ω電阻，可以使進入 8051的電流在其允許的安全范圍內(nèi)，電路如圖 8所示。 圖 8 六路 頻電路 8051先要完成它們的時鐘配合。 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 12 選通信號的是由 8051的 8051的 大于 600了使得 們要對 8051 的 號進行四分頻。其電路圖 9所示。 圖 9 四分頻電路結(jié)構(gòu)圖 本電路采用 D 觸發(fā)器進行分頻。一個 D 觸發(fā)器為 2 分頻。經(jīng)過兩個 D 觸發(fā)器后， 8051的 號的時鐘頻率就變成了 500就能滿足 時鐘頻率要求了。 擬量輸入電路 系統(tǒng)控制的模擬量是蓄電池兩端的電壓。但是這個控制電壓并不能滿足微型計算機正常工作的電壓要求。因為我們要完成的蓄電池電壓控制是使它在10~12~16 之間運行，直接接受此電壓的是 工作電壓為5V。因而為了使系統(tǒng)正常工作，我們要把外部模擬量的輸入轉(zhuǎn)換為小于 5是設(shè)計了如圖 10所示。 圖 10 模擬量輸入電路 電路中電阻 可調(diào)電阻 節(jié) 端輸入電壓為標準值的時候，對應(yīng) V，運算放大器 324接成電壓跟隨器電路，起阻抗隔離作用，電容 濾波作用，防止交流干擾；電容值小，抑制交流干擾。 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 13 電隔離器工作電路 光電耦合器由發(fā)光源和受光器兩部分組成，并封閉在同一個不透明的管殼內(nèi)，由絕緣管的透明樹脂隔開。 光電耦合器用途很多，如作為高壓開關(guān)、信號隔離轉(zhuǎn)換、脈沖系統(tǒng)間的電平配比以及各種邏輯電路等。 圖 11 驅(qū)動繼電器動作電路 圖 11 所示電路為利用光電耦合器連接成的驅(qū)動繼電器動作電路，當 發(fā)光二極管中產(chǎn)生電流，于是在對應(yīng)端產(chǎn)生電流，使 照指令的要求動作。 圖 12 為利用光電耦合器連接成的反饋輸入電路，當 常開觸點動作閉合，使電路接通，于是產(chǎn)生電流，使 生低電平，即可由軟件采集 據(jù)要求對系統(tǒng)采用相應(yīng)控制了。 圖 12 反饋輸入電路 變電路 利用 成的穩(wěn)壓逆變器電路。 一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包含了開關(guān)電源控制所需的全部功能，廣泛應(yīng)用于單端正激雙管式、半橋式、全橋式開關(guān)電源。 種封裝形式，以適應(yīng)不同場合的要求。其主要特性集成了全部的脈寬調(diào)制電路；片內(nèi)置線性鋸齒波振風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 14 蕩器；外置振蕩元件僅兩個（一個電阻和一個電容）；內(nèi)置誤差放大器；內(nèi)止5調(diào)整死區(qū)時間；內(nèi)置功率晶體管可提供 500驅(qū)動能力；推或拉兩種輸出方式。 3所示 圖 13 部電路 控制信號由集成電路外部輸入，一路送至死區(qū)時間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。死區(qū)時間比較器具有 120輸入補償電壓，它限制了最小輸出死區(qū)時間約等于鋸齒波周期的 4%，當輸出端接地，最大輸出占空比為 96%，而輸出端接參考電平時，占空比為 48%。當把死區(qū)時間控制輸入端接上固定的電壓（范圍在 0— 間）即能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時間。脈沖寬度調(diào)制比較器為誤差放大器調(diào)節(jié)輸出脈寬提供了一個手段：當反饋電壓從 ，輸出的脈沖寬度從被死區(qū)確定的最大 導通百分比時間中下降到零。兩個誤差放大器具有從 共模輸入范圍，這可能從電源的輸出電壓和電流察覺得到。誤差放大器的輸出端常處于高電平，它與脈沖寬度調(diào)制器的反相輸入端進行 “ 或 ” 運算 。 逆變器的主要指標： 出電壓： 220V±10 ％；輸出頻率： 50 ％；輸出功率： 70W～ 150W；轉(zhuǎn)換效率：大于 85％；逆變工作頻率： 3050逆變電路如圖 14 所示 。 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 15 圖 14 逆變電路 第 11、 12 腳構(gòu)成穩(wěn)壓取樣、誤差放大系統(tǒng)，正相輸入端 1 腳輸 入逆變器次級取樣繞組整流輸出的 15V 直流電壓，經(jīng) 壓，使第 1腳在逆變器正常工作時有近 樣電壓。反相輸入端 2 腳輸入 5由 14 腳輸出 )。當輸出電壓降低時， 1 腳電壓降低，誤差放大器輸出低電平，通過 路使輸出電壓升高。正常時 1 腳電壓值為 腳電壓值為 5V， 3 腳電壓值為 時輸出 壓為 235V(方波電壓 )。第 4 腳外接 定死區(qū)時間。正常電壓值為 5、 6 腳外接 定振蕩器三角波頻率為 100常時 5 腳電壓值 為 6 腳電壓值為 7 腳為共地。第 8、 11 腳為內(nèi)部驅(qū)動輸出三極管集電極，第 12 腳為 級供電端，此三端通過開關(guān) S 控制 啟動 /停止，作為逆變器的控制開關(guān)。當 斷時， 輸出脈沖，因此開關(guān)管 任何電流。 通時，此三腳電壓值為蓄電池的正極電壓。第 9、 10 腳為內(nèi)部驅(qū)動級三極管發(fā)射極，輸出兩路時序不同的正脈沖。正常時電壓值為 13、 14、 15 腳其中 14 腳輸出 5V 基準電壓，使 13 腳有 5V 高電平，控制門電路，觸發(fā)器輸出兩路驅(qū)動脈沖，用于推挽開關(guān) 電路。第 15 腳外接 5V 電壓，構(gòu)成誤差放大器反相輸入基準電壓，以使同相輸入端 16 腳構(gòu)成高電平保護輸入端。此接法中，當?shù)?16 腳輸入大于 5V 的高電平時，可通過穩(wěn)壓作用降低輸出電壓，或關(guān)斷驅(qū)動脈沖而實現(xiàn)保護。在它激逆變器中輸出超壓的可能性幾乎沒有，故該電路中第 16 腳未用，由電阻 地。 6 軟件設(shè)計 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 16 合理的系統(tǒng)設(shè)計自然要完成硬件和軟件的協(xié)調(diào)使用，既不會因為過分強調(diào)硬件設(shè)備，而使系統(tǒng)昂貴而龐大，使用笨拙，且缺少基本的保護；也不會因為過分強調(diào)軟件，而使系統(tǒng)使用復雜，操作困難，自然也不希望因此影響到系統(tǒng)的運行速度。 程 序流程圖如圖 15所示。 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 17 圖 15 程序流程圖 7 抗干擾問題 所謂干擾，是指由于某種干擾源產(chǎn)生，并通過一定途徑，侵入電器裝備或調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，對裝備或系統(tǒng)的正常工作造成某種程度影響的一些動態(tài)瞬變訊號或誤差訊號。在計算機控制系統(tǒng)中，產(chǎn)生干擾的途徑和方式比較多。本系統(tǒng)產(chǎn)生干擾的原因主要有：繼電器動作中電火花產(chǎn)生造成的干擾，電源擾動產(chǎn)生的干擾，還有就是外部信號瞬間波動或錯誤信號也可能給系統(tǒng)帶來一定的干擾。 在系統(tǒng)設(shè)計中，我們采用了 光電耦合器就是考慮到抗干擾問題，這是由光電耦合器結(jié)構(gòu)和自身的特點決定的： 光電耦合器的信號傳遞采用電 電的形式，發(fā)光部分和受光部分不接觸，設(shè) 計時器，時間常數(shù)為 10 微秒，也可申請中斷， 用 啟動定時器 0 調(diào)用 程序 調(diào)用 用 主程序 斷服務(wù)程序 1 00？ 到一秒嗎 ？ 令 重新 始化 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 18 因此具有很高的絕緣電阻，可以達到 1010歐姆以上。并能承受 2000 伏以上的高壓，因而被耦合的兩個部分可以自成系統(tǒng)，也不需要 “ 共地 ” 。絕緣和輸出性能較好，能夠避免輸出端對輸入端可能產(chǎn)生的反饋和干擾。 光電耦合器作為開關(guān)應(yīng)用時，具有耐用，可靠性高和速度快等優(yōu)點。響應(yīng)時間一般為數(shù) μｓ以內(nèi)，高速型光電耦合器的響應(yīng)時間有的甚至小于 10μｓ。 所以光電耦合器的使用是抗干擾問題的很 好解決方案。 結(jié)論 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 19 風光互補發(fā)電系統(tǒng)由太陽能光電板，風力發(fā)電機，控制系統(tǒng)，蓄電池等幾部分組成。發(fā)電系統(tǒng)各部分容量的合理配置對保證發(fā)電系統(tǒng)的可靠性非常重要。 光電系統(tǒng)是利用光電板將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，然后通過控制系統(tǒng)對蓄電池充電，最后用電負荷供電的一套系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點是供電可靠性高，運行維護成本低，缺點是系統(tǒng)造價高。 風電系統(tǒng)是利用風力發(fā)電機將風能轉(zhuǎn)換成電能，然后通過控制系統(tǒng)對蓄電池充電。最后通過逆變器對用電負荷供電的一套系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點是系統(tǒng)發(fā)電量較高，造價較低 ，運行維護成本低。缺點是風力發(fā)電機可靠性低。 由于太陽能與風能的互補性強，風光互補發(fā)電系統(tǒng)在資源上彌補了風電和光電獨立系統(tǒng)在資源上的缺陷。同時，風電和光電系統(tǒng)在蓄電池和逆變環(huán)節(jié)是可以通用的。 從能源上來說，太陽能與風能在時間上和地域上都有很強的互補性。白天太陽光最強時，風很小，晚上太陽落山后，光照很弱，但由于地表溫差變化大而風能加強。在夏季，太陽光強度大而風小，冬季，太陽光強度弱而風大。太陽能和風能在時間上的互補性使風光互補發(fā)電系統(tǒng)在資源上具有最佳的匹配性，而且太陽能和風能都是潔凈能源，對環(huán)境無污染。所以風 光互補發(fā)電系統(tǒng)是資源條件最好的獨立系統(tǒng)。 致謝 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 20 大學生活即將結(jié)束，在學校的學習和生活中，我深切感受到了學校老師的和藹可親、諄諄教導，學生的互幫互助。這么溫馨的氛圍，培育了我們每一屆畢業(yè)生。借此機會，我想對學校的所有老師說：老師，您辛苦了，我們會永遠記住學校的。 在過去的生活中，我們在學習和生活上都遇到了不少的困難，是老師給我們幫助，是老師不厭其煩的教誨我們，我們才學有所長，健康成長，走向成熟。我們才懂得了什么是奉獻，什么是耐心。在此向各位老師致謝。 尤其在畢業(yè)設(shè)計這段時間里，老師都很辛 苦，給我指導和講解，雖然時間不長，但使我對所學專業(yè)知識有了系統(tǒng)的了解和認識。在此，我想對各位老師說：謝謝您。 畢業(yè)設(shè)計是對大學所學知識的檢驗和考核，自己動手實踐，才知道自己理論知識的缺乏之處，這樣能學到更多的知識。既提高了實際應(yīng)用能力，又彌補了自己的漏洞。由于時間緊湊，設(shè)計中有很多不足之處，希望老師能指導。 參考資料 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 21 ［ 1］ 岳軍 ,賈大江 J]2006,(02) ［ 2］ 劉兆辰 J]1996,(04) ［ 3］ 杜榮華 ,張婧 ,王麗宏 ,張兆祥 J]2007,(03) ［ 4］ 艾斌 ,楊洪興 ,沈輝 ,廖顯伯 匹配設(shè)計實例 [J]2003,(05) ［ 5］ 程節(jié)順 J]2006,(10) ［ 6］ 齊發(fā) J]2005,(07) ［ 7］ 李德孚 風 互補發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)與應(yīng)用 [J]2006,(［ 8］ 強勁的風能 [J]2004,(09) ［ 9］ 武立志 J]1994,(02) ［ 10］ 郭繼高 1)[J]05) ［ 11］ 劉煥平 ,韓樹新 ; 一種接口方法 [J]; 石家莊師范?？茖W校學報 ; 2002年 02期 ; ［ 12］ 魏云峰 ; 新型逆變器及其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究 [D];東北農(nóng)業(yè)大學 ; 2007年 ［ 13］ o，1997 ［ 14］ C a 錄 1 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 22 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 23 附錄 2 0000H 000 斷服務(wù)子程序： 0010H ；中斷服務(wù)程序 ；計數(shù)器 #100 , ； 00（到 1 秒？）否去 #00H ； #8008H #0 ；置時間常數(shù)為 10s #82H ；允許 ；啟動定時器 ；中斷返回 主程序： 0090H ；主程序 #00H ； 計數(shù)器 0 #81H ； #82H ； #0 ；定時常數(shù) 10#0 ； ；啟動定時器 ；調(diào) A ；存結(jié)果在 ；調(diào)“過充”子程序 ；調(diào)“過放”子程序 ；轉(zhuǎn)至 環(huán) 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 24 A/樣、濾波子程序： 0120H ； A/濾波電路 #0000H ； A ， #01H ；選中通道 1，將標準電源 @ A ；送入 A/D # ； A ， #00H ； @ A ；啟動 A/ ；轉(zhuǎn)換完則繼續(xù) ；未完則等待 A ， @ ；取入轉(zhuǎn)換結(jié)果 ， # ；等于 等則去 ；等于則去 ；清 ，發(fā)信號 A/ ；轉(zhuǎn) ；清 ， #00H ； ， #00H ； ， #08H ；計數(shù)器 ， #0000H ； A ， #00H ；選中通道 0送入蓄電池 @ A ；模擬電壓 # ； A ， #00H ； @ A ；啟動 A/D ；轉(zhuǎn)換完則繼續(xù) ；未完則等待 A ， @ ；取入轉(zhuǎn)換結(jié)果 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 25 C ；清 除進位 C A ， ； ， A ； A ， ；此次結(jié)果與上次結(jié)果 A ， #00H ；相加，放在 1中 ；計數(shù)器 #00H ， ； 轉(zhuǎn)至轉(zhuǎn)換下一電壓 #3 ； 等于 0，結(jié)束 8個轉(zhuǎn)換，置 C ；清 C A ， ； ； A ； A ； A ， ； A ；完成 8個轉(zhuǎn)換結(jié)果和的 A ；平均值濾波 ； A ， ；將最后的濾波結(jié)果送入 A ；返回 “過充”檢測、控制子程序： 0200H ；過充檢測子程序 A ；存 A C ；清 C A， #0010H ； ；未過充轉(zhuǎn)至 ；過充則令 ；并發(fā)信號使 作，斷開充電回路 C， ；取入此時 風力 /光伏混合發(fā)電系統(tǒng)的匹配性及運行特性分析 26 ； ； ；轉(zhuǎn)回重新檢測 ；清除報警顯示 ；調(diào)“ 程序 A ；存 A C ；清 C A， #00 ； ；不過充了， 轉(zhuǎn)至 ；仍過充，轉(zhuǎn)至繼續(xù)檢測 ；使 ；清除過充報警 C， ；取入 ；動作