风光互补供电频振式杀虫灯控制系统设计.doc

编号 淮安信息淮安信息职业职业技技术术学院学院 毕毕业业论论文文 题 目 风光互补供电频振式杀虫灯 控制系统设计 学生姓名 学 号 系 部电子工程系 专 业应用电子 班 级 指导教师 二一年十月 2 摘要摘要 随着科技的进步和经济建设的发展，各类型的建筑物对火灾自动报警控制 系统提出了更高的要求。特别是目前正在我国逐步兴起的智能建筑中，就更是 如此。据估计近两年火灾自动报鳌和消防联动控制系统的年需求量约达20多亿 元人民币。相关部门和公司在各类烟雾传感器组成的探测器的研发上都投入了 很大的物力和财力。由于受农业生产者的认识水平和技术水平发展限制，发展 易维护、易检修 、针对性强、使用效率高、不伤害生态环境的水稻田专用频振 式杀虫灯来构建物理防治体系的专门研究还未能得到深入研究和推广应用，近 年由于风能、太阳能等清洁能源应用到物理防治技术中，其环保、绿色、适应 性强的特性符合农业生产的发展趋势，我国在各项农业生产中已经开始进行示 范应用，在高效种养生产方式中，为了给产出的农产品贴上绿色有机产品的标 签，物理防治技术应用推广必不可少。为了取得高产量，减少劳力和费用的投 入，人们开始使用化学防治，化学防治作为一种最重要的植保措施，迄今一直 在农业生产中发挥着不可替代的作用，但化学防治也带来了许多负面影响。盲 目使用或滥用化学农药，已产生了严重的后果。当前，因片面强调化学防治， 不少地方因化学农药造成的农田环境污染，致使在采用无公害生产技术的情况 下，农产品内农药残留仍然超标，面对我国农业由产量型农业转向质量效益型 农业、人们对农产品品质及食用安全性的日益重视、人们环保意识的不断增强 以及我国加入wto后农产品竞争融入国际大循环等一系列新情况新形势，由化学 防治引发的农药残留、农业有害生物抗药性增强与农业有害生物再猖獗等危害 已深刻地暴露出来，成为我国无公害生态农业发展过程中急待解决的首要问题。 因此，因地制宜切实加强符合无公害生态农业要求的植保技术研究与应用，不 断推进植物保护朝着以农业有害生物精准测报为基础，高效非化学防治为主控 措施，可持续化学防治为应急后盾的无公害方向发展，已十分迫切。在虫害防 治项目上，物理防治技术日趋成熟，为大面积推广应用提供了可靠保 本文设计了一套红外光电烟雾探测系统(减光式)。该系统以 at89552 为微 控制器件，以红外发光二极管作为发射源，光电二极管作为接收器，确定了系 统总体设计方案和具体电路结构。 具体所做的工作如下： 1、确定了设计方案并完成了系统电路设计及软件设计。 2、突出考虑了系统的智能化设计 (包括沾污自检，不同距离和环境阂值的 自动调节等)。 3、对系统进行调试 (模拟多种情况进行探测)，完成了具有沾污自检、发 射功率自动调节、低功耗等优点的智能化光电烟雾报普系统。 关键词关键词：风光互补 2 目录目录 摘摘 要要 i i 目目 录录 第一章第一章 资源的评价与风光互补发电的合理性目资源的评价与风光互补发电的合理性目 1 1 1.11.1 资源的评价资源的评价1 1 1.21.2 风光互补发电的合理性风光互补发电的合理性1 1 第二章第二章 传感器概述传感器概述 2 2 2.12.1 风光互补供电控制系统简介风光互补供电控制系统简介2 2 2.22.2 风光互补发电的合理性风光互补发电的合理性2 2 2.32.3 风光互补系统的适用范围及条件风光互补系统的适用范围及条件 . .3 32.42.4 风光互补系统的设计原理风光互补系统的设计原理4 4 2.52.5 本课题主要研究内容本课题主要研究内容5 5 第三章第三章 风光互补系统的优点以及杀虫灯的使用方法风光互补系统的优点以及杀虫灯的使用方法 6 6 3.13.1 风光互补系统的优点风光互补系统的优点6 6 3.23.2 杀虫灯的一般使用方法杀虫灯的一般使用方法6 6 第四章第四章 风光互补供电频振式杀虫风光互补供电频振式杀虫灯灯控制系统设计控制系统设计 7 7 4.14.1 硬件电路设计部分硬件电路设计部分 7 7 4.24.2 风光互补供电电路图风光互补供电电路图 1414 2 4.34.3 pcbpcb 版的设计版的设计 1414 4.44.4 系统实物系统实物 1515 结束结束语语1717 致致 谢谢 1818 参考文献参考文献 1 19 9 2 第一章第一章 资源的评价与风光互补发电的合理性资源的评价与风光互补发电的合理性 1.11.1 资源的评价资源的评价 太阳能是地球上一切能源的来源, 太阳照射着地球的每一片土地。风能是 太阳能在地球表面的另外一种表现形式, 由于地球表面的不同形态如沙土地面、 植被地面和水面对太阳光照的吸热系数不同, 在地球表面形成温差, 地表空气 的温度不同形成空气对流而产生风能。太阳能与风能在时间上和地域上都有很 强的互补性。白天太阳光最强时, 风很小, 太阳落山后, 光照很弱, 但由于地 表温差变化大而风能加强。在夏季, 太阳光强度大而风小, 冬季, 太阳光强度 弱而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有 最佳的匹配性, 风光互补发电系统是资源条件最好的独立电源系统。 1.21.2 风光互补发电的合理性风光互补发电的合理性 光电系统是利用光电板将太阳能转换成电能，然后通过控制器对蓄电池充电 最后通过 逆变器对用电负荷供电的一套系统 该系统的优点是系统供电可靠性高。运行维护成本低， 缺点是系统造价高风电系统是利用小型风力发电机将风能转换成电能，然而通过控制器对 蓄电池充电，最后通过逆变器对用电负荷供电的一套系统 该系统的优点是系统发电量较高。 系统造价较低，运行维护成本低，缺点是小型风力发电机可靠性低。另外风电和光电系统 都存在一个共同的缺陷，就是电池充电、放电、逆变进行统一管理，风力发电单元利用小 型风力发电机 转换风能 同时通过智能管理核心控制。整个系统的允放电，两个单元在能 源的采集上互相补充。同时又各具特色，光伏发电单元供电可靠。运行维护成本低，但造 价高，风力发电单元发电量高，造价和运行维护成本低 但可靠性低储能元件铅酸蓄电池足 风光互补独立 电源系统常用的储能元件、其成本低、容量大、免维护的特性使其成为风光 互补独立电源的首选。由于风电和光电单元必须通过蓄电池储能才能稳定供电。蓄电池合 理的容量和科学的充放电是系统寿命的保证，系统采用双标三阶段充电。实现对铅酸蓄电 池的科学充电，风光互补独立电源采用双储能系统。包括套铅酸蓄电池组，使得充放电能 同时进行。通过智能核心控制既可 以对负载放电 同时叉可 以在充电条件到达时对备用储 能电池组充电两组蓄电池之间的切换由系统实时监测其电压状态决定可充放模块由智能管 理核心驱动的充电模块。根据系统的不同。选取不同电压等级的来实现系统对蓄电池的充 放电逆变器系统不仅可 以提供稳定的直流供电 带动直流负载 而且可以通过逆变吕提供单 相交流电智能管理核心由、液晶显示模块、键盘、组成是系统控制、管理的核心、驱动、 充电模块实现对蓄电池的双标三阶段充电、驱动、实现、逆变以及系统的实时保护和数据 再现与传输等。同时提供风机的磁电限速保护。在风力过功率时，给风机反向磁阻力矩， 降低风机转速系统核心选用公司的单片机。其丰富的片上资源使得系统的控制和管理都极 为方便。 2 第二章第二章 传感器概述传感器概述 2.12.1 风光互补供电控制系统简介风光互补供电控制系统简介 单独的太阳能或风能系统, 由于受时间和地域的约束, 很难全天候利用太 阳能和风能资源。而太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性, 风光 互补发电系统是在资源利用上的最佳匹配。综合利用了风能、光能的风光互补 独立电源系统是一种合理的电源系统。不仅能为电网供电不便的地区, 提供低 成本、高可靠性的电源, 而且也将为解决当前的能源危机和环境污染开辟了一 条新路。 太阳能光伏发电是通过太阳能电池吸收阳光的光能后变成电能输出。一个 完整的光伏发电系统包括太阳能电池方阵（也称光伏方阵）、充放电控制器、 蓄电池组、支架、功能电路单元、输配线缆等配套系统组成，其中不同电压等 级、不同电流大小、不同功率输出的太阳能电池方阵（也称光伏方阵）由若干 块光伏组件经串、并联后组成。 风力发电系统，是利用风力带动风机叶片旋转，再透过增速机将旋转的速 度提升，来促使发电机发电。风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气 污染。 2.22.2 风光互补发电的合理性风光互补发电的合理性 光电系统是利用光电板将太阳能转换成电能, 然后通过控制器对蓄电池充 电, 最后通过逆变器对用电负荷供电的一套系统。该系统的优点是系统供电可 靠性高, 运行维护成本低, 缺点是系统造价高。风电系统是利用小型风力发电 机, 将风能转换成电能, 然而通过控制器对蓄电池充电, 最后通过逆变器对用 电负荷供电的一套系统。该系统的优点是系统发电量较高, 系统造价较低, 运 行维护成本低。缺点是小型风力发电机可靠性低。另外, 风电和光电系统都存 在一个共同的缺陷, 就是资源的不确定性导致发电与用电负荷的不平衡, 风电 和光电系统都必须通过蓄电池储能才能稳定供电, 但每天的发电量受天气的影 响很大, 会导致系统的蓄电池组长期处于亏电状态, 这也是引起蓄电池组使用 寿命降低的主要原因。资派的评价太阳能是地球上一切能源的来源, 太阳照射 着地球的每一片土地。风能是太阳能在地球表面的另外一种表现形式, 由于地 球表面的不同形态如沙土地面、植被地面和水面对太阳光照的吸热系数不同, 在地球表面形成温差, 地表空气的温度不同形成空气对流而产生风能。太阳能 与风能在时间上和地域上都有很强的互补性。白天太阳光最强时, 风很小, 太 阳落山后, 光照很弱, 但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季, 太阳光强 度大而风小, 冬季, 太阳光强度弱而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使 2 风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性, 风光互补发电系统是资源条件 最好的独立电源系统。风光互补发电的合理性光电系统是利用光电板将太阳能 转换成电能, 然后通过控制器对蓄电池充电, 最后通过逆变器对用电负荷供电 的一套系统。该系统的优点是系统供电可靠性高, 运行维护成本低, 缺点是系 统造价高。风电系统是利用小型风力发电机, 将风能转换成电能, 然而通过控 制器对蓄电池充电, 最后通过逆变器对用电负荷供电的一套系统。该系统的优 点是系统发电量较高, 系统造价较低, 运行维护成本低。缺点是小型风力发电 机可靠性低。另外, 风电和光电系统都存在一个共同的缺陷, 就是由于太阳能 与风能的互补性强, 风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电独立系统在 资源上的缺陷。同时, 风电和光电系统在蓄电池组和逆变环节是可以通用的, 所以风光互补发电系统的造价可以降低, 系统成本趋于合理。发电系统可以根 据用户的用电负荷情况和资源条件进行系统容量的合理配置, 即可保证系统供 电的可靠性, 又可降低电系统的造价。无论是怎样的环境和怎样的用电要求, 风光互补发电系统都能够作出最优化的系统设计方案来满足用户的要求。应该 说, 风光互补发电系统是最合理的独立电源系统。 2.32.3 风光互补系统适用范围及条件风光互补系统适用范围及条件 2.3.12.3.1 风光互补系统适用范围风光互补系统适用范围 可广泛应用于农业、林业、蔬菜、仓库、茶叶、烟草、园林、果园、大棚、 葡萄园、酒业酿造、城镇绿化、水产养殖、畜牧业等应用，可诱杀： (1)蔬菜类害虫：甜菜夜蛾、斜纹夜蛾、小菜蛾、菜螟、白飞虱、黄曲条跳甲、 马铃薯块茎蛾、加螟、蝼姑； (2)水稻害虫：稻螟、叶蝉、稻二化螟、稻三化螟、稻飞螟、稻纵卷叶螟； (3)棉花害虫：棉铃虫、烟青虫、红铃虫、造桥虫、盲蝽象； (4)果树害虫：突背斑红蝽、食心虫、尺蛾、吸果夜蛾、桃蛀螟； (5)森林害虫：美国白蛾、灯蛾、柳毒蛾、松毛虫、松天牛、柄天牛、光肩星天 牛、桦尺蠖、卷叶蛾、春尺蠖、杨树白蛾、大青叶婵； (6)麦类害虫：麦蛾、粘虫； (7)杂粮类害虫：高梁条螟、玉米螟、大豆食心虫、豆天蛾、谷子钻心虫、苹果 桔时蛾； (8)地下害虫：地老虎、烟青虫、金龟子、龟纹瓢虫、七星瓢虫、蝼蛄； (9)草原害虫：亚洲小车蝗、草地螟、叶甲； (10)仓储害虫：大谷盗、小谷盗、麦蛾、黑粉虫、药材甲、米蛾、豆象、瓢虫 等 1326 种主要害虫 2.3.22.3.2 风光互补发电系统使用环境要求风光互补发电系统使用环境要求 风光互补发电系统在下列条件下应能连续，可靠地工作。 （1）风机耐受的室外温度：-30+55； （2）太阳能组件耐受的室外温度：-40+85； 2 （3）其他室外安装设备（不含安装基础、材料等）耐受温度：30+55； （4）室内设备耐受温度：10+45； （5）空气相对湿度：不大于 90%（255）； 2.3.32.3.3 风光互补发电系统适用条件风光互补发电系统适用条件 当地年平均风速大于 3.5m/s，同时年太阳能辐射总量不小于 5000mj/m2（或太阳能每年平均日照时数不低于 1800h）为风光互补系统推荐使 用区。 满足以下条件推荐使用风光互补供电系统： （1）无市电，或者市电为四类市电，无法满足通信设备供电需求的基站； （2）如果新建基站的市电引入距离较远，市电引入费用达到（或者超过） 风光互补电源系统总投资的 70时，推荐采用风光互补电源系统。 （3）有市电、设备实际功率不大于 1000w，且是市电引入距离达到 4km 的基站。 （4）对于直放站，如市电引入距离大于 2km，推荐采用风光互补电源系统。 以上第（3）条和第（4）条为推荐采用太阳能电源系统的建议距离，因各 地市电引入费用造价差距较大，故应通过具体计算测算出不同供电方案的投资， 根据投资测算确定采用何种供电方案。 2.42.4 风光互补系统的设计原理以及特点风光互补系统的设计原理以及特点 2.4.12.4.1 风光互补系统的设计原理风光互补系统的设计原理 太阳能全自动杀虫灯，是利用白天将太阳能转换成电能，储存于免维护储 能蓄电池内，晚间系统自动控制器件，根据光照亮度自动开启光源及光源外配 置高压击杀网，利用光源对害虫的引诱力，将害虫引诱飞来，在飞扑光源的过 程中，使之触到设在光源外围的高压电网，此时高压电网瞬间放电将其杀死设 计原理 昆虫的视网膜上有一种色素，它能够吸收某一特殊波长的光，并引起光反应， 刺激视觉神经而趋向光源昆虫的可见光区要比人类的可见光区更偏向于短波段 光，大多数趋光性昆虫对波长 36550nm 的光波趋性极强杀虫灯光源利用 36550nm 波长紫外光对昆虫具有较强的趋光、趋波、趋色、趋性的特性原理， 2 确定对昆虫的诱导波长，研制专用光源，利用放电产生的低温等离子体，紫外 光辐射对害虫产生的趋光兴奋效应，引诱害虫扑向灯的光源在该诱捕害虫的过 程中，又可利用同种害虫雌雄间相互发出和接收性激素气味信号吸引，吸引害 虫飞向杀虫灯，使害虫在未经交尾产卵前即被灭杀，达到有效地阻断害虫的生 殖繁育链。 2.4.22.4.2 风光互补系统的特点风光互补系统的特点 1、利用太阳能是得天独厚的，取之不竭，用之不尽的长效能源，在能源资 源日益枯竭的时代，是最理想的新能源利用项目，符合“可持续发展的战略要求 “ 2、太阳能具有清洁、安全、无污染的特点，是典型的环保型能源相比普通 杀虫灯，太阳能是低压直流电源，更安全、对人畜无危险而且不仅减少了农药 的污染，还大大提高了农副产品质量。 3、利用太阳能光伏杀虫技术，不需架设电线，节省了输电线路的投资，同 时省了辅设电路对耕地的占用，便于农夫耕作，而且避免了在耕作中，伤及电 路并产生触电的安全隐患。 4、设备投资，运行成本极低，特别是当前电能供给非常紧张，推广应用该 技术更具其重要性节省了运行中的大量费用。 5、装置拆装方便，适用范围广，川区、山区；农作物、粮田、果林、蔬菜 均可应用。 6、此技术是根据害虫的习性而设计，高压使用频振式杀虫灯，可大大节约 农药投入，减轻农民劳动强度，减少环境污染，有效保护天敌，对人、畜安全， 因而具有较好的经济效益、社会效益和生态效益。 2.52.5 本课题主要研究内容本课题主要研究内容 风光互补供电频振式杀虫灯来诱杀水稻田的害虫，取得较好效果。能有效 地降低水稻害虫的密度，从而减少农药使用次数，而且频振式杀虫灯对水稻天 敌的杀伤作用比黑光灯要小，是目前较为理想的诱杀工具，应用诱杀成果，为 水稻虫害提供较为准确的预报，从而打准打狠水稻虫害，达到减少农药使用量 和使用次数。通过在水稻田养殖龙虾、螃蟹等水产，又可进一步降低农药的使 用量，提高水稻和水产的品质，达到降本增效目的。 本论文以风光互补系统的特点、工作原理为基础，研究供电系统的控制、 工作原理及其功能。 2 第三章第三章 风光互补系统的优点以及杀虫灯的使用方法风光互补系统的优点以及杀虫灯的使用方法 3.13.1 风光互补系统的优点风光互补系统的优点 （1）光伏/风力互补发电系统同时利用太阳能和风能发电，因此对气象资 源的利用更加充分，可实现昼夜发电。在合适的气象资源条件下，光伏/风力互 补发电系统可提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性。 （2） 单位容量的系统初投资和发电成本均低于独立的光伏系统。如果太 阳能与风能资源互补性好，则可适当减少系统的蓄电池组容量。 （3）在太阳能、风能资源比较丰富，且互补性好的情况下，对系统的部件 配置、运行模式及及负荷调度方法等进行优化设计后，系统负载只靠光伏/风力 互补发电即可获得连续、稳定的供电，备用柴油发电机组可以不启动或很少启 动。这样，光伏/风力互补发电系统会有更好的经济效益和社会效益。 （4）频振式杀虫灯是一项简单易行，投入少，见效快的环保型物理杀虫技 术。由于是风光发电，所以高效节能，长远角度来说既保护环境又节省资金。 操作方便成本低。这批购进的是光控灯，挂灯通电即可见效。天黑自动开灯， 天亮自动关灯，晚上下雨可自动关灯，雨停后又自动开灯。频振灯一般可使用 5 年，政府补贴后每年购灯成本 30 元，加上电线、杆子、横担、人工等开支， 一年所需费用为 90 元。收集虫体可以喂家禽和鱼，每斤价值 2 元，在鱼塘和家 禽养殖场附近大面积应用，更有利于经济效益的提高。 3.23.2 风光互补杀虫灯的一般使用方法风光互补杀虫灯的一般使用方法 2 1、频振式杀虫灯使用方法及安装简便，把它吊挂在稻田两边牢固的物体上， 用 8 号铅丝将其固定。操作方法：每 3050 亩一盏灯，灯间距离 180200 米， 离地面高度 1.51.8 米，呈棋盘式分布，挂灯时间为 5 月初至 10 月下旬。安 装时要注意所使用电源是否稳定，否则可能会影响使用寿命。接通电源，按下 开关，指示灯亮即进入工作状态。 2、频振式杀虫灯作为一种特殊光源，不能用于照明，使用时要注意安全。 接通电源后不能触摸高压电网，雷雨天不能开灯，此外，还要及时清理高压电 网上的污垢。即一天诱杀工作完成以后，由专管员清理虫源，并将灯上的虫垢 用刷帚打扫干净。要注意关灯后工作，以免电击伤人。 第四章第四章 风光互补供电频振式杀虫风光互补供电频振式杀虫 灯控制系统设计灯控制系统设计 4.14.1 硬件电路设计部分硬件电路设计部分 4.1.14.1.1 系统组成系统组成 系统组成框图 2 风光互补独立电源系统 如图，一套完整的风光互补电源系统包括发电部分、控制部分、负载部分、 蓄电池部分和泄荷单元部分等。各部分受风力互补控制器控制，为离网独立电 源。 4.1.24.1.2 发电部分发电部分 （1 1）混合发电系统）混合发电系统 由太阳能电池板和风力发电机组成，白天光照强时风弱，夜间或阴天光弱 时风强，时间上的互补性使得风光互补器系统在资源上的建立提供了能源保障。 太阳能电池板产生直流电，可选用多晶硅太阳电池组件，要求用高透光率低铁 钢化玻璃，外加阳极化优质铝合金边框，具有效率高、寿命长、安装方便、抗 风、抗冰雹能力等特性风力发电机产生交流电，在选型时要求风力发电机是低 速型电机，具有发电效率高、结构简单、只量稳定、维护量低、在恶劣的天气 环境下自动偏航保护等特性。 下图图为风光互补发电系统的示意图 该混合发电统由风力发电机组 光伏 电池板和蓄电池组成中在一起相互补偿 在满足系统性能指标的条件下，获得较 为经济的发电方案。 光互补发电系 的示意图 2 优化设计目标是在足系统性能指标的情况满足系统性能指标的情况下，系 统投资、运行、可靠性等综合成本最小。其目标数如式（1） 式中， c1 为系统总成本,cr、cn、cl 分别为系统风力发电机总成本 光伏 发电系统总成本，蓄电池总成本以及计及供电可靠性方面的系统电量损失总成 本。 （2 2）风力发电机）风力发电机 目前 推广风光互补系统的最大障碍是小型风力发电机的可靠性问题几十年 来 小型风力发电机技术有了很大的发展，也取得了一定的成就 但长期以来 出 于成本上的考虑。只是根据空气动力学原理 采用简单的机械控制方式对小型风 力发电机在大风状态下进行限速保护。可靠性问题一直没有得到解决。机械限 速结构的特点是小型风机的机头或某个部件处于动态支撑的状态 这种结构在风 洞试验的条件下，以反映出良好的限速特性。但在自然条件下。由于风速和风 向的变化太复杂。而且自然环境恶劣小型风力发电机的动态支撑部件不可避免 的会引进振动和活动部件的损坏 从而使机组损坏目前最好的小型风力发电机只 保留了三个运动部件已运动部件越少越可靠 是大家的共识 一是风轮驱动发电 机主轴旋转，二是尾翼驱动风机的机头偏航。三是为大风限速保护而设的运动 部件 前两个运动部件的不可缺少的。这也是风力发电机的基础，践中这两个运 动部件。故障率并不高，主要是限速保护机构损坏的情况多。要彻底解决小型 风力发电机的可靠性问题必须在限速方式上有最好的解决方法。最早的垂直轴 风力发电机是一种圆弧形双叶片的结构（中型或称为达里厄） 。由于其受风面积 小，相应的启动风速较高。一直未得到大力发展。我国在前几年做了一些尝试 但效果始终不理想。2001 年我国率先开始了 型垂直轴风力发电机的研究，采 用空气洞力学原理。针对垂直洞拟 选用了飞形形，风旋转的风模叶片机翼状在 轮旋转时，它不会受到变改变效率等 。它用垂直直线 4-5 个叶片组成，由 4 角 形或 5 角形形状的轮毅固定，连接叶片的连杆组成的风轮。由风轮带动稀土永 磁发电机发电送往控制器进行控制 输配负载所用的电能该技术原理根据空气片 条理论。实际计算可选取垂直风机旋转轴的切面进行计算模、按叶片实际尺寸、 每个叶片的旋转轴心距离为 n 米 用 cfd 技术进行模拟气动系数，计算原理采用 离散数字方法求解翼形断面的气动力。采用稀土永磁材料发电的原理 配套与空 气洞力学原理的风轮。采用直驱式结构进行旋转发电，并且在以后里不断对产 品进行改进，至 2003 逐渐趋向成熟以及边疆。用以这型垂风电熟 ，并在海岛 采种新直轴力发机为主要设备的风光互补系统。 在研究风力发电的相关问题时，首先需要确定风力发电机组和风力发电场， 风电场的输出功率。风力发电机组的发电功率与风速间的关系曲线如图所示， 其中线性特性与风电机组的试验数据较接近。 2 其分段函数表示如式 式中，v 为风电机组轮毅高度处的风速,vvi 为切人风速，vru 为切出风速， vi 为额定风速，vi 为额定输出功率。 整个风电场的发电功率就等于全部风电机组发电功率的总和。如果需要考 虑尾流效应，就要考虑风向、地形地貌、机组间距等相关因素。风电场的运行 经验表明，可通过合理布局来减少尾流效应损失。尾流造成的损失的典型值为 10%，现将风电机组总的输出功率乘以典型系数值 0.9 来表示风电场的实际输出 功率。对大量实测数据的分析结果表明 一个地区风速变化近似服从 weibull 分 布。 其分布函数如式 式中 c 和 k 分别是 weibull 分布的尺度参数和形状参数。因此 根据风速 的概率分布，由 weibull 分布随机数发生器 十产生每小时的风 速抽样值，并判断风速是否在 vk 和 vi 之间。确定风电机组是否能正常运行在 风速范围内。计算出风电机组的出功率。 该计算忽略每小时自放电率。 2 (3)(3)光伏电池光伏电池 太阳能受到气候因素的影响而具有随机性，不易预测 。会随着季节及、日 夜变化而变化。具有间歇性和稀薄性，其能量密度较低，通常须装设可观的太 阳能电池才足以供应一般的负载，因此必须依照太阳能电力系统设置点的不同 针对各种影响系统的因素做出有效的评估 才能设计适当的太阳能电池容量。产 生满足系统供应负载的需求 维持预定的供电可靠度。这里采用 trw 太阳电池阵 列输出模型。任意太阳辐射强度 r(mw/cm) 和环境温度 tn（）条件下，太阳 电池温度 tn()为 4.1.34.1.3 蓄电池和泄荷单元蓄电池和泄荷单元 根据负载选择合适功率的蓄电池，它具有放电功率大、充电更迅速、循环 寿命长、质量轻、性能可靠、均衡等优点。蓄电池完成电能的储存及负载的放 电。本系统蓄电池的充电采用阶段充电法，阶段还能充电法综合了恒压充电和 恒流充电两种充电方法，有效的防止了这两种充电方法的不足。泄荷的作用是 当蓄电池已被充满，系统发电量大于负载用电量时，即发电量过剩时，为防止 蓄电池过充和确保逆变器正常工作，充电电路受泄荷控制电路接通泄荷器，将 多余的电能通过泄荷器。 混合系统中蓄电池的能量是不断变化的。t 时刻蓄电池的状态与前一时刻 的蓄电池状态和 t-1 时刻到 t 时刻电量的供求状况有关。当光伏电池和风力发 电机的总输出大于负载用电量时，蓄电池处于充电状态。t 时刻蓄电池的荷电 量可以由式 表示 否则蓄电池处于放电状态。则 t 时刻蓄电池的荷电量可以由下式表示 式中 nnb、nbv 分别表示逆变器的效率和蓄电池的充电效率 pd(t)只代表 t 时刻所需的负荷。 4.1.44.1.4 负载部分负载部分 2 该部分根据实际运用场合完成设计，其中逆变技术的引用，转直流为交流 负载和并网发电提供了可能。 4.1.54.1.5 控制部分控制部分 风光互补控制器为该系统的核心部分，如所示：单片机系统完成风机 输出电压、光伏电池输出电压、负载电流、蓄电池电压的采样并进行负载 控制，完成译码显示通讯接口电路进行各种功能设定。其中系统电路的电 压位+5v，由+5v 直流稳压电路提供；风机输出电压为三相交流电，英雌需 要通过整流、滤波、稳压，将其转换为直流电供蓄电池充电使用；对于杀 虫灯等系统，光伏电池输出电压的采样可对光电池进行监测，进而控制灯 亮灯灭；蓄电池电压的采样可对蓄电池电压进行检测，完成充电控制和过 放保护；负载电流的采样可对负载电流进行监测，完成负载短路保护，超 负载保护。 图系统原理框图 风光互补发电系统的运行控制是一个较复杂的过程，本次设计采用工 业上较为成熟的过程控制技术对该系统的运行状况进行监测控制和优化管 理。这一方面保证了系统的可靠运行那另一方面也实现了系统在偏远地区 免人工维护。如下图便是风光互补供电控制系统的总体方案，把能量采集 环节的各条支路的电量风别通过电压、电流信号采集电路引入 plc 的模拟 信号输入端 i1、i2，监视各条支路的电压情况，当该电压值超出 dc/ac 转 换器的范围时，接通 q1端，启动耗能电路。i2端的模拟信号表示蓄电池的 电压情况，经过 plc 控制器后实现蓄电池切换装置的动作。 2 风光互补供电系统图 4.1.64.1.6 保护功能解说保护功能解说 （1 1）太阳能电池反充保护）太阳能电池反充保护 根据原理图：由于二极管接在两电池之间，并且电流只能由太阳能向蓄电 池，而不是能相反，这就是反冲保护。 原路框图 （2 2）蓄电池过充保护：）蓄电池过充保护： 当蓄电池电压： 状态显示 2 4.1.74.1.7 充电装置的设计充电装置的设计 对蓄电池采用分只分时均充管理方法。其中思想是：每次只只蓄电池的电 压进行检测。如需要充电则对其进行充电，否则将当前蓄电池断开，切入下一 只蓄电池，一直检测完整组蓄电池，完成一个循环，实现对蓄电池组中每一蓄 电池的均匀管理。此法能保证单个蓄电池及整组蓄电池均不会发生过充和过放 电，降低了单只电池损坏率，提高了蓄电池组的使用效率。 蓄电池组均充管理控制系统主要由蓄电池组、蓄电池电压检测装置、恒流 定压充电装置、电池自动切换装置以及可编程逻辑控制器(plc)组成，其系统框 图如下 蓄电池组均充管理系统框图 2 4.24.2 风光互补供电控制原理图风光互补供电控制原理图 4.2.14.2.1 技术路线技术路线 (1)利用 multisim 10.0、orcad 10.5 和 proteus 7.5 对本方案的硬件电路 进行设计、仿真分析和 pcb 板设计。 (2)根据系统的工作功率，来确定风光互补发电系统的装机容量，根据试验 结果优化风光互补方案，建立适合地区特点的供电系统。 (3)用单片机实现控制系统，进行硬件电路和控制程序设计，集成蓄电池 电量、高压电压、定时、过充、过放、短路、防雨、强制工作等功能。 (4)用遥控器实现工作状态的定制，采用无线装置将系统参数发送到单片机， 单片机将设备运行状况和结果返回到遥控器上。 (5)用 gsm 模块将报警信号编辑成短信发送到用户手机上， gsm 模块基于 2g,2.5g.3g 等网络通信平台，采用工业级无线模块，集成了标准的 rs232 接口 或者 usb 接口以及 sim 卡插座，可直接连接 pc 及工控机等终端设备，为用户提 供短信、csd 数据及拨号上网等功能。满足工业数据传输的高可靠性， 可广泛 应用于电力、工控、交通、气象、金融、环保、煤矿、油田、证券等行业。性 使用要求。 可广泛应用于电力、工控、交通、气象、金融、环保、煤矿、油田、 证券等行业。 （6）利用大多数害虫具有较强的趋光、波、色和味的特性，将频振灯发出 的光、波设在特定范围内，近距离用光，远距离用波，并加以色和味引诱成虫 扑灯，并利用灯外围设置的高压电网触杀飞向灯管的成虫，致使其死亡或昏迷。 2 系统框图如下： 物理防治系统框图 主程序流程图 2 gsm 短信发送流程图 4.34.3 pcbpcb 版的设计版的设计 4.3.14.3.1 层数选择层数选择 在设计 pcb 的时候，层数是加工价格的决定性因素，所以在满足要求的情 况下，尽量降低电路板的层数。本系统选择两层版即可。 4.3.24.3.2 布局布局 在本设计中，除了信号的处理为数