太阳能风光互补发电系统

河南科技学院2009 届本科毕业论文（设计）论文题目：太阳能风光互补发电系统学生姓名：张 贝 贝所在院系：机 电 学 院所学专业：应用电子技术教育指导老师：仝 祥 云完成时间：2009 年 05 月 26 日摘 要节能和环保已成为当今世界的两大主题。利用风能、 太阳能发电是对两种最为理想、无污染的绿色再生 资源的利用，目前已成为开发研究的一项重大课题。风光互补发电控制系统是为了弥补传统电力的不足而设计的独立发电设备。它是由太阳能电池组件与风力发电机配合而成的一个系统，通过微型计算机的远程控制，并实现了免维护的功能。关键词：风能，太阳能，风光互补系统，微型计算机AbstractEconomizing energy sources and protecting environment has been two subject of the world, nowadays. The wind-force and solar-energy, a green reborn resource free from the pollution, is the most ideal to generate electricity. Now, this is already unimportant project for us to develop and study. Solar and Wind Hybrid Generation Systems is to make up the independent generating set which the traditional electric power the insufficiency designs. It is a system which becomes by the solar cell module and the wind-driven generator coordination, through microcomputers remote control, and realized has exempted the maintenance the function.Keyword: Wind power，Solar power，Wind-solar hybrid power system，Micro-computer目 录1 绪论 .12 系统框图 .13 太阳能电池 .23.1 太阳能电池的原理 .23.2 太阳能电池板的计算 .44 蓄电池的工作特性 .64.1 蓄电池充电状态的检测 .64.2 蓄电池的容量计算 .65 控制电路 .75.1 控制电路原理 .75.2 8051 单片机 .75.3 ADC0809 逐次逼近式 8 位 A/D 转换器 .85.3.1 ADC0809 特性介绍 .85.3.2ADC0809 与单片机的连接 .95.4 显示接口电路 .95.5 分频电路 .105.6 模拟量输入电路 .115.7 光电隔离器工作电路 .115.8 逆变电路 .126 软件设计 .147 抗干扰问题 .14结论 .15致谢 .16参考资料 .17附录 1.18附录 2.1911 绪论电力在现实生活中占主导地位，但是受客观环境的限制，有些地区根本无法实现电业的发展和建设。太阳能光伏 发电,无运动部件,稳定可靠,但目前成本较高,而风力发电成本低但随机性大,供电可靠性差,将两者结合起来,可实现昼夜发电。在太阳光资源和风资源丰富的地区 ,风光互补发电系统与单一风电系统和光电系统相比具有供电的连续性好、稳定性和可靠性高等特点,风光互补发电系统是相对较好的独立电源系统,已经在我国的西部很多地区得到了广泛的应用,解决了农牧民的用电问题。此系统就是利用风和光两种自然能源相互补充发电，由太阳能电池板与风力发电机发电，经蓄电池充电，给负载供电的一种新型能源。它既不消耗任何矿物燃料，又完成了对自然能源的合理利用。此系 统可以应用于微波通讯、基站、电台、野外活动、高速公路、无电扇区、村庄、海岛的电力提供。而且为了适应偏远地区不便利的地理 环境。 风 光互补发电控制系统几乎完成了智能化，免维护。尤其适合在内蒙古风力大的偏 远山区。 风光互补发电系统还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，既可保证系统供电的可靠性，又可降低 发电系统的造价。无 论是怎样的环境和用电要求，风 光互补发电系统都可做出最 优化的系统设计方案来满足用户的要求。因此，风 光互补发电系统可以 说是最合理的独立电源系统。这种合理性既表现在资源配置上，又体现在技 术方案和性能价格上，正是 这种合理性保证了风光互补发电系统的可靠性，从而 为它的应用奠定了坚实的基础。2 系统框图系统结构图如图 1 所示。该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。太阳能电池 风力发电机微机控制系统 逆变器蓄电池图 1 系统框图从图 1 中我们可以看出，它的主要组成设备有：风力发电机：风机采用具有特别适合大多内陆地区低风速、时发电特性好、发电量大的特点。具有机械、电子刹车装置，可以确保在高风速时，风机转速稳定控制在安全可靠的范围内，使最高输出电压成为安全可控的电压 2。采用12V/150W 风 力发电机，当风力3m/s 工作， 10m/s 风速时达到额定 150W 功率。2太阳能光电池板：采用 100W/14V ，0.6的硅光电 池，它能将太阳能 转化为电能，属于一种半导体元件，它的特点：它是转换效率高达 15%的单晶硅太阳能电池板。具有抗风、防潮、工作稳定、无需维护等特点。铅酸蓄电池：蓄电池的选择要求：重量轻、体积小、能量转换率高、自放 电慢、充放电循次数多（即使用寿命长）等。其次，还有些特殊要求如低温时能大电流放电、维护简单或无需维护 、自放 电（析氢）特别慢等。微机控制系统：微机控制系统是整个设计的核心内容。它是整个系统安全运行的基本保证。另外本系统 受应用环境的要求，本身就要求实现免维护。所以无论从硬件系统还是软件系统都要对系统有保护作用。例如在本系统硬件设计中有蓄电池电压控制，因为直流充电的蓄电池，要求 电压控制在 101216V 之间，才能安全使用，不至于被烧坏。所以 电压控制用来保 证其既不过充又不过放；继电器工作要求是：在接受到指令后，要按指令要求来动作。而且一旦出错就要有报警显示。为了实现继电 器正常工作，系 统设有继电器动作检测，并 对故障状态设有报警显示；为了保证整个系统工作的正常，执行动作正确，系统对ADC0809 的转换也设有转换结果正确与否的检测，并在 ADC0809 不正常工作时报警显示；整个系统是一个严密完整的智能化系统，使用起来方便。逆变器：逆变系统是把蓄电池中的直流电变成标准的 220V 交流电，保 证交流电在设备的正常使用。同 时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量；在逆变器的电路结构形式上，主要是工频变压器和高频变压器两种形式。对 一个风光发电系统 而言，逆 变器是一种电力 电子设备，抗 过载，抗冲击的能力要相对弱一些，是最易出故障的单元。3 太阳能电池3.1 太阳能电池的原理太阳能光伏电池(简称光伏电池)用于把太阳的光能直接转化为电能。目前世界各国正在研究的太阳电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳电池。在能量 转换效率和使用寿命等综合性能方面，单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。多晶硅比单晶硅转换效率略低，但价格更便宜。另外，还有其它类型的太阳电池 5。太阳能电池的能量转换是应用 P-N 结的光伏效应（Photovoltaic Effect）。首先对 P-N 结二极管做一简单说明。如图 2 所示， 为 一理想的 P-N 结二极管的电流-电压 （I-V）特性图，其对应的方程式如下： （1）1exp1expTnsnspn VIkTqVI3Ipn，Vpn：P-N 结二极管的 电流及电压k：波尔兹曼常数（Boltzmann Constant：1.3810-23J/K）q：电子电荷量（1.60210-19 库仑）T：绝对温度（凯氏温度 K摄氏温度273 度）Is：等效二极管的逆向饱和电流VT：热电压 （Thermal Voltage：25.68mV）太阳能电池将太阳光能转换为电能是依赖自然光中的的量子-光子（Photons），而每个光子所携带的能量为 Eph：（2）hcEph：普郎克常数（Planck Constant：4.1410-15eVS）c：光速（3108m/s）：光子波长图2 P-N结二极管I-V特性图但并非所有光子都能顺利地通过太阳能电池将光能转换为电能，因为在不同的光谱中光子所携带的能量不一样。当光子所携带的能量大于禁带（Band Gap）能量时，电子由价电带（Valence Band）跃 迁至导电带（Conduction Band）而产生所谓 的“电流”，所以当光子所携 带的能量若大于禁带能量时，便可以通过光电子转换成电能。当入射太阳光的能量大于硅半导体的禁带能量时，太阳光子照射入半导体内，把电 子从价电带激发到 导电带，从而在半 导体内部产生了许多“ 电子-空穴”对，在内建电场的作用下，电子向 N 型区移动，空穴向 P 型区移动，这样，N 区有很多电子，P 区有很多空穴，在 P-N 结附近就形成了与内建电场方向相反的光生电场，它的一部分抵消了内建电场，其余部分 则使 P 区带正电，N 区带负电，于是在 N 区与 P 区之间产生了光生伏打电动势， 这 就是所谓的“ 光生伏打效应”。如果位太阳电池开路，即组成电池回路中， 负载电阻为无穷大， 则被 P-N 结分开的电子和空穴，就会全部积累在 P-N 结附近，于是出现了最大光生电动势，4它的数值即为开路电压，记作 Voc。如果把太阳电池短路，即回路负载电阻为零， 则所有 P-N 结附近的电子与空穴，由结 的一边，流经外电路到达结的另一边，产生了最大可能的 电流，即短路电流记作 ISC。太阳能电池相当于具有与受光面平行的极薄 P-N 结的大面积的等效二极管，因此可以假设太阳能电池为一个二极管与太阳光电流发生源所并联的等效电路，如图 3 所示。图 3 太阳能电池的理想状态等效电路3.2 太阳能电池板的计算硅太阳能发电板容量是指平板式太阳能板发电功率 WP。太阳能发电功率量值取决于负载 24h 所能消耗的电力 H(WH)，由 负载额 定电源与负载 24h 所消耗的电力，决定了负载 24h 消耗的容量 P(AH)，再考 虑到平均每天日照时数及阴雨天造成的影响，计算出太阳能电池阵列工作电流 IP(A)。由负载额定电源，选取蓄电池公称电压，由蓄 电池公称电压来确定蓄电池串联个数及蓄电池浮充电压 VF (V)，再考虑到太阳能 电池因温度升高而引起的温升电压 VT(v)及反充二极管 P-N 结的压降 VD(V)所造成的影响，则可计算出太阳能电池阵列的工作电压 VP(V)，由太阳 电池阵 列工作电源 IP(A)与工作电压 VP(V)，便可决定平板式太阳能板发电功率 WP，从而设计出太阳能板容量，由设计出的容量 WP 与太阳能电池阵列工作电压 VP，确定硅电池平板的串联块数与并联组数 7。太阳能电池阵列的具体设计步骤如下：计算负载 24h 消耗容量 P。P=H/V（）V负载额定电源选定每天日照时数 T(H)。计算太阳能阵列工作电流。IP=P(1+Q)/T（）Q按阴雨期富余系数， Q=0.211.005确定蓄电池浮充电压 VF。镉镍()和铅 酸( )蓄电池的单体浮充电压分别为 1.41.6V 和 2.2V。太阳能电池温度补偿电压 VT。VT=2.1/430(T-25)VF（）计算太阳能电池阵列工作电压 VP。VP=VF+VD+VT（）其中 VD=0.50.7，约等于 VF太阳电池阵列输出功率平板式太阳能电板。WP=IPUP（）根据 VP、WP 在硅电池平板 组合系列表格，确定 标准规格的串联块数和并联组数。太阳电池阵列的伏安特性如图 5。由图可知， 该伏安特性曲线具有强烈的非线性。太阳电池阵列的额定功率是在以下条件下定义的：当日射 S=l000W；太阳电池温度 T=25；大气 质量 AM=1.5 时，太阳 电 池阵列输出的最大功率便定义为它的额定功率。太阳电 池阵列额定功率的单位为“ 峰瓦”，记以“WP”。当日射 S1000W 时。图 4 太阳电池阵列的伏安特性曲线温度和日照强度的变化对太阳电池的伏安特性都有影响，在仅改变日照强度而保持其它条件(如太阳电池温度和大气质量等)不变的情况下。计算出每天消耗的瓦时数( 包括逆变器的损耗)： 逆变器的转换 效率为 90， 则当输出功率为 100W 时，则实际需要输出功率应为 100W/90 =111W；若按每天使用 8 小时，则耗电量为 111W*8 小时 =888Wh。按每日有效日照时间为 6 小时计算，再考虑到充电效率和充电过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为888Wh/6h/70%=210W。其中 70是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功率。4 蓄电池的工作特性6蓄电池的使用,最重要的是有效利用其充放电特性。有效、科学地使用蓄电池,不仅对提高其使用效率、延长其使用寿命十分关键,同时也可以提高整个系统的工作效率。4.1 蓄电池充电状态的检测准确判断蓄电池的充电状态是有效利用蓄电池的充放电特性和选择适当的充电方法的前提。目前，绝大多数的太阳能控制器采用的是在线检测蓄电池的端电压,并以此作为自动切换充电方法的依据。但众所周知,蓄电池的端电压受到很多因素的影响，尤其在充电过程中，蓄 电池的端电压受到太阳能电池端电压的制约，不能准确反映其荷 电状态。比如，当系统所 处温度较高时，容易出现蓄电池容量未满却已不能充入的现象，即“虚满”，这样就很难检测出蓄电池的准确荷电状态，影响整个系统的正常工作。为此提出了一种新的检测方法离线式检测。在铅酸蓄电池的理 论中，蓄 电池的电动势可表示为： （8）)(ln024OHSFRTE式中:E电池电动势，(V) E0所有反应物的活度或压力等于 1 时的电动势 ，称 为标准电动势(V)。R摩尔气体常数；T温度,(K)；F法拉第常数；n电化学反应中的电子得失数目。从(8)式可以看出，电动势与硫酸浓度有关，也就是与荷电状态有关。而蓄电池的开路电压在数值上接近电动势。根据有关文献，蓄电池的稳态开路电压与其荷电状态有良好的线性关系。因此，由蓄电 池的开路电压可以估算出其荷电状态。4.2 蓄电池的容量计算蓄电池的容量由下列因素决定：蓄电池单独工作天数。在特殊气候条件下，蓄电池允许放电达到蓄电池所剩容量占正常额定容量的 20%。蓄电池每天放电量。对于日负载稳定且要求不高的场合，日放电周期深度可限制在蓄电池所剩容量占额定容量的 80%。蓄电池要有足够的容量，以保证不会因过充电所造成的失水。一般在选蓄电池容量时，只要蓄电池容量大于太阳能发电板峰值电流的 25 倍，则蓄电池在充电时就不会造成失水。蓄电池自身漏掉的电能。随着电池使用时间的增长及电池温度的升高，自放电率会增加。对于新的电池自放电率通常小于容量的 5%，但对于旧的质量不好7的电池，自放电率可增至每月 10%15%。蓄电池的额定容量 C，单位安 时（Ah），它是放电电流安（A）和放电时间小时（h）的乘积。由于对同一个 电池采用不同的放电参数所得出的 Ah 是不同的，为了便于对电池容量进行描述、测量和比较，必 须事先 设定统一的条件。 实践中，电池容量被定义为：用设定的电流把电池放电至设定的电压所给出的电量。也可以说电池容量是：用设定的电流把电池放电至设定的电压所经历的时间和这个电流的乘积由于要一天工作 8 小时，阴雨天能连续工作三天，所以可得出太阳能蓄电池的容量。取容量为 12V/200Ah;采用全密闭免维护 12V 铅酸蓄电池,由于蓄电池放电不能低于 10V 充电不高于 16V。 5 控制电路5.1 控制电路原理由图 5 可以看出，风力发电与太阳能光电池板发电，共同给蓄电池供电（为直流）。此时风力发电机、太阳能电池板和蓄电池又共同为直流负载供电（风力发电机发出的电经过三相整流后便为直流）。图 5 控制电路原理微型单片机系统对蓄电池两端电压进行检测：若蓄电池过充，则使继电器 J1动作，断开充电回路，不再为蓄电池供电；若检测结 果是蓄电池过放， 则使继电器 J2 动 作，断开负载电路，不再为负载供电，而给蓄电池充电。为保护系统,增加了二极管 Da 和 Db，它们的作用如下：Da 的作用是三相整流的二极管组。因为蓄电池供电要求直流电压。而风力发电机所发的是三相交流电。为了把交流电能转换为直流电能，增设的三相整流二极管组。Db 的作用是防止在光电板内产生倒向电流，使得光电板遭到破坏。5.2 8051 单片机单片机是一种高度集成的芯片，它的内容是一台完整的微型计算机。由于体积小，使得它在计算机外部 设备， 过程及工业控制设备等领域应用广泛。 单片机8是按工业标准设计的，所以它有很好的环境适应能力和抗干扰能力。有很好的可靠性。目前世界上常用的单片机有 8051、MC6805、和 MPD7811 系列。本设计主要采用 8051 单片机作为微机控制的核心。8051 型号的单片机属于单片机 MCS-51 系列， 为 CMOS 芯片。它的内部只有 128 字节的数据存储器（RAM）， 4K 存储器（ROM）。8051 单片机是在一块芯片上集中了 CPU、RAM，定时器/ 计数器和多功能的 I/O 线等计 算机所需要的基本功能部件。他们都是通过片内单一总线连接而成。其基本结构依然是通用 CPU 加上外围芯片的结 构模式，但在功能 单元的控制上却有了很大的变化。采用了特殊功能寄存器（SFR ）的集中控制方法。5.3 ADC0809 逐次逼近式 8 位 A/D 转换器5.3.1 ADC0809 特性介绍ADC0809 是 8 路模拟输入的 8 位模数转换器，逐次逼近式 CMOS 芯片，28线双列直插式封装。ADC0809 是 CMOS 单片型逐次逼近式 AD 转换器，内部结构如图 6 所示，它由 8 路模拟开关、地址锁 存与译码器、比 较器、8 位开关树型 DA 转换器、逐次逼近寄存器、三态输出 锁存器等其它一些电路组成。因此， ADC0809 可处理 8 路模拟量输入，且有三 态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可 单独工作。输入 输出与 TTL 兼容 11。图 6 ADC0809 内部结构框 图芯片的主要部分是一个 8 位逐次比较式 A/D 转换器和 8 位模拟转换电路。转换器以 8 个时钟周期的时间完成一位转换值，在 64 个脉冲后完成 8 位的转换，时钟由外电路提供，典型频 率为 640KHz，8 路模拟 开关由 3 位二进制信息控制，以完成对某一路模拟信号转换。转换得到的数字信号锁存在内部的输出锁存器中，由输 出允许信号选通锁 存器即可在输出线上得到转换结果数据。9ADC 0809 通过引脚 IN0, IN1, IN7可输入 8 路单边 模拟输入电压。ALE将 3 位地址线 ADDA,ADDB,ADDC 进行锁存,然后由译码器选通 8 路中的一路进行 A/D 转换。首先输入 3 位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比较器。START 上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。直到 AD转换完成，EOC 变为高电 平，指示 AD 转换结束， 结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当 OE 输入高电平时， 输出三 态门打开， 转换结果的数字量输出到数据总线上。5.3.2ADC0809 与单片机的连接8051 通过 74LS138 译码器的输出端 和读、写控制线来控制转换器的模5Y拟输入通道地址锁存、启动 和输出允许。ADC 0809 的时钟频率为 640kHz，转换时间为 100，微机的 时钟频率5MHz 或更高一些，因此系统时钟必须经分频器分 频后接到 ADC0809 芯片的CLOCK 引脚上。另外，ADC0809 的 EOC 端可在转换结束时发中断请求脉冲，若用中断输入数据的方式则可利用 EOC 引线。如图 7 所示。图 7 ADC0809 与系统总线的连接5.4 显示接口电路单片机应用系统中，使用的显示器主要有 LED 发光二极管和 LCD 液晶显示器。这 两种显示器的成本低廉，配置灵活，与 单片机接口方便。本设计中采用的则是发光二极管。LED 显示块是发光二极管显示字段的 显示器件。这种显示块有共阴极和共阳极两种。共阴极 LED 显示块的发 光二极管阴极共地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；共阳极 LED 显示块的发光二10极管阳极并接+5V 电压，当某个发光二极管的阴极为低电平时，发光二极管点亮。系统中需要做出报警显示的有图中几种情况。所以在设计中采用六路 LED完成显示工作。每一路代表一种状态。所有 LED 的阳极都接上了+5V 电压，所以它属于共阳极显示器。当某个LED 的另一端接上低 电平的 时候，二极管即会 发光，我们也就知道系统的运行状态，从而知道系统下一步工作。每个 LED 的 电压降为 1.21.5V，接上+5V 电压在 驱动 LED 发光的情况下，它的大电流有可能烧坏 8051 的接口。为了避免这一情况发生，我们接入 560电阻，可以使进入 8051 的 电流在其允许的安全范围内，电路如图 8 所示。图 8 六路 LED 显示器5.5 分频电路8051CPU 要与其他芯片协调工作，首先要完成它 们的时钟配合。 ADC0809的选通信号的是由 8051 的 ALE 信号来担负的。8051 的 ALE 信号的时钟频率为 2MHz，而 ADC0809 的 时钟频率却不大于 600KHz，为了使得 ADC0809 能正常工作，我们要对 8051 的 ALE 信号进行四分频。其 电路图 9 所示。图 9 四分频电路结构图本电路采用 D 触发器进行分频。一个 D 触发器为 2 分频。经过两个 D 触发器后，8051 的 ALE 信号的时钟频率就变成了 500KHz，也就能满足 ADC080911的时钟频率要求了。5.6 模拟量输入电路系统控制的模拟量是蓄电池两端的电压。但是这个控制电压并不能满足微型计算机正常工作的电压要求。因为我们要完成的蓄电池电压控制是使它在101216 之间运行，直接接受此电压的是 ADC0809，而 ADC0809 的工作电压为 5V。因而 为 了使系统正常工作，我们要把外部模拟量的输入转换为小于 5V的电压。于是设计了如图 10 所示。图 10 模拟量输入电路电路中电阻 R1 和可调电阻 R2 构成分压电路， 调节 R2 可以使得 1 端输入电压为标准值的时候，对应 INO 输入端为 5V，运算放大器 324 接成电压跟随器电路，起阻抗隔离作用，电容 C1 为电解电容，起滤 波作用，防止交流干扰；电容C2 也为滤 波 电容，容值小，抑制交流干扰。5.7 光电隔离器工作电路光电耦合器由发光源和受光器两部分组成，并封闭在同一个不透明的管壳内，由绝缘管的透明树脂隔开。光电耦合器用途很多，如作为高压开关、信号隔离转换、脉冲系统间的电平配比以及各种逻辑电路等。图 11 驱动继电器动作电路图 11 所示电路为利用光电耦合器连接成的驱动继电器动作电路，当 P1.4 的电平被清为低电平时，在发 光二极管中产生电流，于是在对应端产生电流，使 J1线圈带电，按照指令的要求 动作。12图 12 为利用光电耦合器连接成的反馈输入电路，当 J1 的常开触点动作闭合，使电 路接通，于是产生电流，使 P1.6 产生低电平，即可由软件采集 P1.6 信号，根据要求对系统采用相 应控制了。图 12 反馈输入电路5.8 逆变电路利 用 TL494 组 成 的 稳 压 逆 变 器 电 路 。TL494 是一种固定频率脉宽调制电路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛 应 用于单端正激双管式、半 桥式、全桥 式开关电源。TL494 有 SO-16 和 PDIP-16 两种封装形式，以适应不同场合的要求。其主要特性集成了全部的脉宽调制电路；片内置线性锯齿波振荡器；外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容）；内置误差放大器；内止 5V 参考基准电压源；可调整死区时间；内置功率晶体管可提供 500mA 的驱动能力；推或拉两种输出方式。TL494 内部电路如图 13 所示图 13 TL494 内部电路控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差放大器的输入端。死区时间比 较器具有 120mV 的输入补偿电压，它限制了最小输出死区时间约等于锯齿波周期的 4%，当输出端接地，最大输出占空比为 96%，而输出端接参考电平时，占空比为 48%。当把死区时间控制输入端接上固定的电压（范围在 03.3V 之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区 时间。脉冲 宽度13调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压从 0.5V 变化到 3.5 时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V 到（Vcc-2.0）的共模输入范围，这可能从电源的输出电压和电流察觉得到。误差放大器的输出端常处于高电平，它与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“ 或 ”运算。逆变器的主要指标：DC10V14.5V；输出电压：AC200V220V10 ；输出频率：50Hz5 ；输出功率：70W150W ；转换效率：大于 85；逆变工作频率：30kHz50kHz。逆 变 电 路 如 图 14 所 示 。图 14 逆 变 电 路第 11、12 脚 构 成 稳 压 取 样 、误 差 放 大 系 统 ，正 相 输 入 端 1 脚 输 入 逆 变器 次 级 取 样 绕 组 整 流 输 出 的 15V 直 流 电 压 ，经 R11、R12 分 压 ，使 第 1 脚 在逆 变 器 正 常 工 作 时 有 近 4.7 5.6V 取 样 电 压 。反 相 输 入 端 2 脚 输 入 5V 基准 电 压 (由 14 脚 输 出 )。当 输 出 电 压 降 低 时 ，1 脚 电 压 降 低 ，误 差 放 大 器 输 出低 电 平 ，通 过 PWM 电 路 使 输 出 电 压 升 高 。正 常 时 1 脚 电 压 值 为 5.4V，2 脚电 压 值 为 5V，3 脚 电 压 值 为 0.06V。此 时 输 出 AC 电 压 为 235V(方 波 电 压 )。第 4 脚 外 接 R16、R14、C2 设 定 死 区 时 间 。正 常 电 压 值 为 0.01V。第 5、6 脚外 接 C13、R15 设 定 振 荡 器 三 角 波 频 率 为 100Hz。正 常 时 5 脚 电 压 值 为1.75V，6 脚 电 压 值 为 3.73V。第 7 脚 为 共 地 。第 8、11 脚 为 内 部 驱 动 输 出 三极 管 集 电 极 ，第 12 脚 为 TL494 前 级 供 电 端 ，此 三 端 通 过 开 关 S 控 制 TL494的 启 动 /停 止 ，作 为 逆 变 器 的 控 制 开 关 。当 S1 关 断 时 ，TL494 无 输 出 脉 冲 ，因 此 开 关 管 VT4 VT6 无 任 何 电 流 。S1 接 通 时 ，此 三 脚 电 压 值 为 蓄 电 池 的正 极 电 压 。第 9、10 脚 为 内 部 驱 动 级 三 极 管 发 射 极 ，输 出 两 路 时 序 不 同 的 正脉 冲 。正 常 时 电 压 值 为 1.8V。第 13、14、15 脚 其 中 14 脚 输 出 5V 基 准 电 压 ，使 13 脚 有 5V 高 电 平 ，控 制 门 电 路 ，触 发 器 输 出 两 路 驱 动 脉 冲 ，用 于 推 挽开 关 电 路 。第 15 脚 外 接 5V 电 压 ，构 成 误 差 放 大 器 反 相 输 入 基 准 电 压 ，以使 同 相 输 入 端 16 脚 构 成 高 电 平 保 护 输 入 端 。此 接 法 中 ，当 第 16 脚 输 入 大14于 5V 的 高 电 平 时 ，可 通 过 稳 压 作 用 降 低 输 出 电 压 ，或 关 断 驱 动 脉 冲 而 实 现保 护 。在 它 激 逆 变 器 中 输 出 超 压 的 可 能 性 几 乎 没 有 ，故 该 电 路 中 第 16 脚 未用 ，由 电 阻 R18 接 地 。6 软件设计合理的系统设计自然要完成硬件和软件的协调使用，既不会因为过分强调硬件设备，而使系统昂贵而 庞大，使用笨拙，且缺少基本的保 护；也不会因为过分强调软件，而使系统使用复杂，操作困 难，自然也不希望因此影响到系 统的运行速度。程序流程图如图 15 所示。设 T0 为计时器，时间常数为 10 微秒，也可申请中断，T1 不用启动定时器 0调用 QD 子程序调用 GCZC调用 GFZCY主程序 T0 中断服务程序R0 加 1R0=100？到一秒吗？令 R0=0重新 T0 初始化RETN图 15 程序流程图7 抗干扰问题所谓干扰，是指由于某种干扰源产生，并通 过一定途径，侵入电器装备或调节控制系统，对装备或系统 的正常工作造成某种程度影响的一些动态瞬变讯号或误差讯号。在计算机控制系统中， 产生干扰的途径和方式比较多。本系 统产生干扰的原因主要有：继电器动作中电火花产生造成的干扰，电源扰动产生的干扰，15还有就是外部信号瞬间波动或错误信号也可能给系统带来一定的干扰。在系统设计中，我们采用了光电耦合器就是考虑到抗干扰问题，这是由光电耦合器结构和自身的特点决定的：光电耦合器的信号传递采用电-光-电的形式，发光部分和受光部分不接触，因此具有很高的绝缘电阻，可以达到 1010欧姆以上。并能承受 2000 伏以上的高压，因而被耦合的两个部分可以自成系统，也不需要“ 共地”。绝缘和输出性能较好，能够 避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰。光电耦合器作为开关应用时，具有耐用，可靠性高和速度快等优点。响 应时间一般为数 以内，高速型光电耦合器的响应时间 有的甚至小于 10。所以光电耦合器的使用是抗干扰问题的很好解决方案。结论风光互补发电系统由太阳能光电板，风力发电机，控制系统，蓄 电池等几部分组成。 发电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。光电系统是利用光电板将太阳能转换成电能，然后通过控制系统对蓄电池充电，最后用电负荷供电的一套系统。该系统的优点是供电可靠性高，运行维护成本低，缺点是系统造价高。风电系统是利用风力发电机将风能转换成电能，然后通过控制系统对蓄电池充电。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，造价较低，运行维护成本低。缺点是 风力 发电机可靠性低。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 统在蓄电池和逆变环节是可以通用的。从能源上来说，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，晚上太阳落山后，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，而且太阳能和风能都是洁净能源，对环境无污染。所以 风光互补发电系统是资源条件最好的独立系统。致谢大学生活即将结束，在学校的学习和生活中，我深切感受到了学校老师的和蔼可亲、 谆谆教导，学生的互帮互助。 这么温馨的氛 围，培育了我们每一届毕业生。借此机会，我想对学校的所有老师说：老师，您辛苦了，我们会永远记住学校的。16在过去的生活中，我们在学习和生活上都遇到了不少的困难，是老师给我们帮助，是老师不厌其烦的教 诲我们，我 们才学有所长 ，健康成 长，走向成熟。我们才懂得了什么是奉献，什么是耐心。在此向各位老 师致谢。尤其在毕业设计这段时间里，老师都很辛苦， 给我指导和讲解， 虽然时间不长，但使我对所学专业知识有了系统的了解和认识。在此，我想对各位老师说：谢谢您。毕业设计是对大学所学知识的检验和考核，自己动手实践，才知道自己理论知识的缺乏之处，这样能学到更多的知识。既提高了实际应用能力，又弥 补了自己的漏洞。由于时间紧凑，设计中有很多不足之处，希望老师能指导。17参考资料1岳军,贾大江.中小功率风光互补发电系统的测试与评价J. 太阳能,2006,(02)2刘兆辰.美国的风能开发J.中国技术监督,1996,(04)3杜荣华,张婧,王丽宏,张兆祥.风光互补发电系统简介J.节能,2007,(03)4艾斌,杨洪兴,沈辉,廖显伯.风光互补发电系统的优化设计匹配设计实例J.太阳能学报,2003,(05)5程节顺.基于模糊控制的风光互补电源模型研究J.微计 算机信息,2006,(10)6齐发.独立运行的风光互补发电系统的研究与设计J.电 子设计应用,2005,(07)7李德孚.户用“风- 光”互补发电系统技术与应用J.农业工程学报,2006,(S1)8强劲的风能J.农村电气化 ,2004,(09)9武立志.风能及其利用J.吉林气象 ,1994,(02)10郭继高.风能发电小型风能发电及其发电机(1)J.1999,(05)11 刘焕平,韩树新; ADC0809 与 AT89C51 的一种接口方法J; 石家庄师范专科学校学报; 2002 年 02 期;12魏云峰; 新型逆变器及其数据采集系 统的研究 D;东北农业大学; 2007 年13Malvino A.P. Digital Computer Electronics.McGraw-Hill Publishing Co，199714Aubrey Pilgrim. Build Your Own Pentium Processor PC and Save a Bundle. MeGraw-Hill18附录 119附录 2ORG 0000HAJMP ZCXORG 000BHAJMP TOINT中断服务子程序：TOINT：ORG 0010H ；中断服 务程序INC R0 ；计数器 R0 加 1CJNE R0 , #100 , FZL ；R0=100（到