组合型风能与光能互补发电系统的设计

李俊华

摘   要：本文是对风光互补发电系统调研的基础上进行研究。本文以单片机89C51为控制器，根据该系统的特性以及基本原理，设计了一个功率大小适中，便于携带的充电控制器，该控制器的功能为：可将一定分散的风能、太阳能转变为电能储存在蓄电池里，以便备用，单片机通过检测电路对整个控制系统实时监控和管理，利用控制器89C51定时器，编制对应的定时程序，可对此系统进行充电的智能控制，从而实现了对蓄电池的智能充电。最后，供电部分是利用逆变器把蓄电池储存的直流电转换为交流电，从而可以确保交流负载的正常工作，同时，该系统还具有一定的稳压功能。从而可以达到风能与光能互补，提高了互补系统的供电质量。

关键词：风光互补系统  智能充电  单片机89C51  逆变器

中图分类号：TM614                                文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）07（a）-0083-03

太阳能和风能是自然界普遍存在的自然能源，也是可再生可重复利用的能源。它们在时间上和季节上的更替都有一定的特点。由于白天太阳光的光照时间较长，风力相对偏小;而晚上没有光照、风力相对偏强;太阳光在夏季的直射强度较大，并且风力较小，而冬季太阳光光照的强度较弱，并且风力较大;它们不仅随天气和阳光的直射强度的变化而变化，而且也会在短时间内出现毫无任何规律的变化。这种不稳定性对能源的开发和利用带来了一定的困难。由于系统的设计要考虑稳定性、准确性、快速性，因此，考虑到它们在逆变环节上的共性，建立该系统具有一定的市场实用价值和推广性。互补性可以使该发电系统在资源应用上具有最佳的匹配性。该系统也可根据用户的用电量和自然资源的有利条件，对其用电量进行合理的最佳配置，既可保证系统的稳定性和准确性，又可以保障其可靠性以及降低发电的经济成本，从而可以满足用户用电的需求。

1  系统总体设计

该系统主要有蓄电池组、风力发电组、太阳能电池板、电源控制器和程序软件组成，此时它们共同为直流负载供电。89C51单片机控制器对蓄电池两端电压可以进行检测：若该电池处于过流的饱和状态，那么常闭继电器将会瞬时动作，使充电回路断开，供电线路断开;若检测结果是蓄电池处于过放状态，那么常闭继电器J2将会瞬时动作，使负载回路断开，负载供电线路断开，为了使互补发电系统具有良好的保护功能，可在其控制线路上增加二极管Da和Db，二极管的作用如下：Da作为二极管组，作用是三相交流电整流为直流电。直流电可以为蓄电池充电。风力发电机所产生的电压是三相交流电压;Db也为二极管组，它的作用是防止在光电板内产生倒向电流，倒向电流会使光电板遭到破坏。其Da和Db的控制电路原理如图1所示。

2  太阳能电池板的计算

太阳能发电板容量指的是平板式太阳能板的发电功率Wp。功率分为有功功率和无功功率，该功率量值主要取决于一天内所能消耗的电力Wh，该消耗的功率为有功功率。无功功率指的是在能量过程中的转换和消耗，负载发出和吸收的总量是平衡的。再考虑到平均每天阳光照射的时间以及恶劣天气天造成的影响，可以大致估算出太阳能的电池阵列的工作电流Ip（A）的数学模型。其数学模型通过拉普拉斯变换，转换成传递函数，得出其复数领域的数学模型，对其进行分析，根據负载额定功率的大小，选取蓄电池的额定电压，由该电压来确定蓄电池串联的个数及浮充电压Vf （V），太阳电池阵列的伏安特性曲线图如图2所示。由图可知，该伏安特性曲线具有一定的非线性和不饱和性。其数学模型具有一定的稳定性。

3  系统的硬件设计

该控制器通过74LS138译码器的输出端，对系统进行读、写控制线来控制该转换器的模拟输入通道，也控制地址锁存器的启动和输出。该控制器的时钟频率为620kHz，转换时间为100us，微机的时钟频率为5MHz，也可使时钟频率更高一些，因此，系统时钟计时功能必须经分频器分频，然后再将其接到ADC0809芯片的clock引脚上。另外，该控制器的Eoc端可在转换结束时发出中断请求脉冲，该脉冲可用中断输入数据的方式，也可利用Eoc引线。其硬件连接图如图3所示。

4  系统的软件设计

根据硬件设计要求，该系统控制部分可以分两方面进行，一方面把整流后的电能直接供给直流或者交流负载，另一方面把剩余的能量进行存储，在保证供电一定量的情况下，在系统中能调节和平衡负载。多余的电能将被转化为化学能储存起来，以供给用电量不足的情况下使用。通过合理设计，该系统具有很好的互补性，该系统不仅满足系统的需要，也能保证系统工作的稳定性和可靠性，其程序流程图如图4所示。

5  结语

该系统由太阳能光电板，风力发电机组，控制器，蓄电池和逆变器等几部分组成。先建立系统的数学模型，并对其数学模型进行时域分析，判断系统的稳定性，最后判断系统的准确性和快速性该控制系统各部分容量的合理配置对保证发电系统的可靠性非常重要。该系统是利用光电板将太阳能转换成电能，然后通过控制系统对蓄电池进行充电，最后对负载进行供电的一套系统。该系统的优点是供电可靠性高，运行维护成本低;稳定性和准确度高，并具有互补性，大大提高系统供电稳可靠性。缺点是季节性障碍无法预测，会造成供电不稳定以及公用设施不适宜。

参考文献

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