风光互补路灯系统设计-硬件部分论文

1、毕业设计话题风光互补路灯系统设计硬件部分摘要：由于能源危机日益严重和环境恶化，风能和光伏发电是最有发展前景的新能源技术。该系统可以合理地结合和补充风能和太阳能。风光互补路灯利用太阳能组件的光伏效应，将光能转化为 HYPERLINK %20%20%20%20:/ee.ofweek%20%20%20%20/CAT-2821-SmartGrid.html o 电能 t _blank 电能，再利用风力发电将风能转化为电能，储存在蓄电池中供负载使用。 ，是集 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.ofweek%20%20%20%20/285.html o 太阳能光伏 t _blan

2、k 太阳能光伏技术、风力发电技术、电池技术、照明光源技术于一体的新兴技术。整个电路采用MCS-51单片机系统控制，电路中采用光敏电阻控制路灯的通断。最后，MPPT算法与MATLAB的仿真对比表明，本文采用的控制方法具有优越性。关键词:新能源,风光互补, MPPT模拟目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _1 绪论 1引言5 HYPERLINK l _1.1 研究背景 1.1 研究背景5 HYPERLINK l _1.2 我国太阳能、风能发电的发展趋势 1.2 中国太阳能与风能发电发展趋势5 HYPERLINK l _1.3 本课题的研究意义 1.3 本研究意义6 HYP

3、ERLINK l _2 风光互补智能系统的基本原理 2风光互补智能系统基本原理7 HYPERLINK l _2.1 传统的风力发电系统的原理 2.1 传统风力发电系统原理8 HYPERLINK l _2.2 光伏发电系统的组成与原理 2.2光伏发电系统的组成及原理9 HYPERLINK l _2.3 蓄电系统 2.3 储能系统1 1 HYPERLINK l _2.4桥式整流、滤波电路 2.4.1 单相桥式整流滤波电路 2.4桥式整流滤波电路1 4 HYPERLINK l _2.5_光源跟踪控制 2.5负载跟踪控制1 5 HYPERLINK l _2.6 运行保护控制 2.6 光源跟踪控制1 5

4、 HYPERLINK l _2.6 运行保护控制 2.7 运行保护控制1 5 HYPERLINK l _3 风光互补发电的控制 3风光互补发电控制 PAGEREF _Toc263086442 h 1 6 HYPERLINK l _3.1 风光互补发电系统概述 3.1风光互补发电系统概述 PAGEREF _Toc263086443 h 13 HYPERLINK l _3.2 风光互补控制器方框原理图 3.2 风控制器框图 PAGEREF _Toc263086444 h 14 HYPERLINK l _3.3 风力发电的控制图策略 3.3 风电控制图策略 PAGEREF _Toc263086445

5、 h 15 HYPERLINK l _3.5路灯定时控制 3.4 路灯定时控制1 7 HYPERLINK l _3.6 风光互补系统时间控制部分的硬件实现 3.5 风光互补系统时间控制部分的硬件实现 1 8 HYPERLINK l _4 风光互补发电系统工况分析于仿真 4风光互补发电系统运行工况分析与仿真 PAGEREF _Toc263086453 h 21 HYPERLINK l _4.1 系统工况分析 4.1 系统运行状况分析 PAGEREF _Toc263086455 h 21 HYPERLINK l _4.2 风光互补系统的充放电电路 4.2 风光互补系统充放电电路2 3 HYPERL

6、INK l _4.3 MPPT算法仿真 4.3 MPPT算法仿真2 5 HYPERLINK l _结论 结论 PAGEREF _Toc263086469 h 25 HYPERLINK l _ 参考文献 参考文献 PAGEREF _Toc263086470 h 26 HYPERLINK l _附 录 附录 PAGEREF _Toc263086471 h 26 HYPERLINK l _致 谢 至2 91 简介1.1 研究背景随着科技的发展，我们的生活越来越好，但是我们周围的环境越来越差，一次能源的性质越来越少，我们不得不寻找新的能源。我们发现有统一的能源，能源效率不高，成本也比较高，所以必须寻求

7、新能源互补技术，合理利用两种或两种以上互补的新能源技术，使各种互补时储存能量的能量比较强，储存的能量释放能量时，能量的合理利用就比较弱。随着地球资源越来越稀缺，基础能源的投资成本不断攀升，各种安全和污染问题比比皆是。新能源的环保更为重要。1.2 我国太阳能和风能发电发展趋势1.2.1太阳能发电的发展趋势长期以来，人们一直在努力研究太阳能的利用。可以说是取之不尽用之不竭，仅占太阳表面发出的总能量的二十分之一左右，而太阳表面所释放的能量相当于地球所需总能量的3-4倍。世界。其次，宇宙没有昼夜四季，没有乌云和阴影，辐射能量很稳定。结果是一个比地面相对简单的系统，在失重、高真空的宇宙环境中，对设备部件

8、的强度要求并不算太高。此外，与石油、煤炭等化石燃料相比，太阳不会造成“温室效应”和全球气候变化，也不会造成环境污染。正因为如此，许多国家都重视太阳能的利用，我们都在竞相开发各种光学和光电新材料，以扩大太阳能的应用。尤其是近10年，在可采油量触底反弹、两大危机和生态环境恶化的情况下，越来越多的人开始向往“太阳能时代”，从发电、供暖、供水，各种被广泛使用并在某些方面使用太阳能的太阳能发电厂已进入实用阶段。1.2.2风力发电的发展趋势1 风电成本将大大降低随着风力发电技术的进步，风力涡轮机将更便宜、更高效。增加风机单机容量的基础设施投资降低了成本，同样的装机容量需要更少的机组，这也节省了成本。通过降

9、低融资成本和经验丰富的开发商，项目开发成本也可以相应降低。风力涡轮机可靠性的提高也降低了运行和维护的平均成本。总体而言，风力发电成本将显着降低。2 技术装备国产化比例必然提高风电技术与装备，中国风电装备制造能力和技术水平，降低风电成本，提高市场竞争力，推动我国风电技术发展，为大规模商用奠定了基础。其意义不仅在于降低风力发电成本，更在于推动我国风电机组产业形成向国际市场倾斜的优势。3 海上风电正在悄然兴起，将成为重要的能源形式海上风能资源丰富，地势平坦，近来已成为海上风电技术研究与应用的热点。多兆瓦级风力发电机组海上风电场投入商业运营是国内外风能利用的新趋势。随着时代风力发电的发展，陆地上的发电

10、机组总量已经饱和，海上风电场将成为未来发展的重点。海上风力发电是近年来国际风电产业发展的一个新领域，是方向的方向。4 风力发电机组继续向大型化发展随着现代风力发电技术的发展日趋成熟，风力发电机组正保持规模化发展。一般来说，大型风力发电机组有两种发展模式。陆上风电，低风速发电技术，主要模式是2-5兆瓦的大型风力发电机方向，这种模式是向电网输送电力。海上风电主要用于安装5MW以上的大型风力发电机组，在较浅的近海水域布置大型风电场。优势明显，即不占用陆地、海上风能资源。1.3 本课题的研究意义传统的单一风能或太阳能发电系统可能会导致全国大部分地区在特定时间耗尽能源，如果使用风能和太阳能能够解决单一能

11、源的短缺问题。要知道国内大部分城市几乎已经成为风能和太阳能路灯的基础设施，而我国绝大多数城市目前仅使用传统电力供应。城市发展、道路建设、路灯架设都是巨大的能源消耗。在这个能源短缺的时代，我们怎么能被这样消费？新措施降低能耗又不能影响城市发展，要更换能源，寻找降低能耗但不影响城市发展的新措施，据初步了解引进风能和太阳能能源 使用不浪费大量能源、不污染环境的新型路灯，是我们城市绿色低碳新生活的趋势。2 风光互补智能系统基本原理太阳能太阳能光电板风力发电站风能风光互补控制器整流器蓄电池组逆变器交流用电器直流负载图 2.1 风光互补智能系统框图从节能的角度来看，整个风能和太阳能智能系统包括能源生产、储

12、存和消费三部分。风力发电和太阳能发电的部分，能源发电环节，分别将不确定的风能和太阳能转化为稳定的能源，最大限度的消除能源供需，由于天气等因素的不平衡，引入电池能量匹配来调节和平衡，储能电池系统要承受的能量是指各种用电负载的能量消耗，有流动负载和交流负载两种。匹配的直流负载的工作电压可以直接接入电路。如果工作电压不匹配，则通过直流转换器通过直流负载接入电路；当交流负载连接到电路时，需要一个逆变器。2.1传统风力发电系统原理2.1.1风力发电系统原理将风能转化为动力机械，工作机械，又称风车。从广义上讲，它是以乙醚为热源，以大气为工作介质的热利用发动机。使用自然能源的风力发电。风力发电作为备用电源，

13、但可以长期使用。风力发电原理，风带动风车的叶片旋转，增压器的转速较快，带动发电机发电。根据目前的风车技术，大约（微风的程度）每秒三米的风速可以开始发电。保护电路、逆变器、电池的电源都经过化学转换成220V交流电源，保证系统的稳定性。机械连接与动力传递水平轴风力涡轮机叶片连接，将扭矩传递给发电机的驱动轴通过齿轮箱及其高速轴与万向弹性件耦合。这种联轴器应具有良好的吸收阻尼和振动特性，吸收适量的径向、轴向和角偏移量，联轴器可防止机构过载。另一个直驱风扇叶片通过齿轮箱1直接连接到电机风扇电机。2.1.2风扇输出特性风力发电机的启动需要一定的扭矩来克服阻力，这个时刻称为启动扭矩。变速机构的启动扭矩和摩擦

14、阻力，使有一个最小工作风速，风速大于fmin风力发电机工作。当风速超过设定值时，基于安全考虑，应停止风机，同时设定最大运行风量fmax和材料强度的风机。 fmin和fmax之间的风速称为风速，风力机输出功率称为额定风速，以达到风的额定功率。充分利用风力，根据当地风能资源确定fmin和额定风速，然后选择合适的机型。风力发电机只能从风能中获取少量能量，能量吸收的程度可以通过风能利用系数Cp来衡量。对于实际的风力发电机，其机械功率 Pm 可用下式表示 (2.1)PW为风轮风能扫过的面积，D为风轮直径； CP 是风能利用系数，它不是一个常数值。在风力发电系统中，发电机和控制系统承担着将机械能转化为电能

15、的功能。发电机直接决定了转换过程的性能、效率和输出电能质量。因此，选择合适的发电机是风电工作的重要环节。在工程中，风速功率曲线用于表示风力发电机组的运行特性 2 。2.1.3粉丝选择系统采用300W磁悬浮风力发电机，风机输出三相交流电，通过风光互补智能控制器为蓄电池充电。 所有永磁悬浮风力涡轮机都是为低风速区域应用而开发的，采用全后推力轴承永磁悬浮风压引起的轴向摩擦，以减少传统风扇叶轮的轴向压力增加，因为它是为大风叶轮旋转而设计的在轴向摩擦的作用下，对提高风机转速、减少轴向摩擦、增加发电量具有显着意义，而旋转风机转子系统的径向摩擦可减少70%以上，大大降低了摩擦阻力，初始风速1.5m/s，明显

16、优于普通风力发电机A、性能方面：新一代专利永磁转子，径向磁化结构，无滑环、励磁绕组，定转子间气隙大，使发电机具有低速发电性能，效率高，比功率高的特点，可以适应高速应用的使用。 B 、可靠性强：全部采用永磁悬浮轴承，使整个转子处于微摩擦状态，再采用特殊辅助轴承密封轴承采用宽系列双胶圈（包括长寿命、高低温度润滑脂）；浸泡先进的真空技术发生器，可靠性高、寿命长、结构简单、免维护等特点，同时使发生器在极其恶劣的环境条件下可靠工作。以下是技术参数：模型F D1.5-0.30/10C安全风速：50.0 米/秒刀片直径：1.5米额定直流输出：12V/24V起始风速：1.5 米/秒额定功率：300W切入风速：

17、2.5 米/秒过风保护电磁制动器额定风速：10米/秒2.1.4风力发电系统的缺点最简单的风力涡轮机也可以由叶轮和发电机两部分组成。在叶轮和发电机的作用下，气流在叶轮上的动能转化为机械能，从而驱动叶轮旋转。如果连接到轴和叶轮，它将由发电机轴带发电机驱动发电。但风力发电系统的缺点也很明显，主要有以下几点：1）噪音和视觉污染给人们的生活带来不便，造成一定的污染；2）在土地资源稀缺的现状下资源消耗增加；3) 不稳定不可控，风是自然形成的，人类无法有效控制；4）由于材料成本和技术成本高，风电无法得到广泛应用；5）大量风力发电设施使鸟类无处栖身，破坏生态环境。2.2 光伏发电系统的组成及原理2.2.1太阳

18、能电池的工作原理光伏发电系统分为独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。偏远地区的太阳能户用供电系统、通信信号供电、阴极保护、太阳能路灯、光伏电站供电系统等可以独立运行的各种电池，都是一个独立的光伏系统。图2.2是独立光伏发电系统的结构示意图。光伏发电系统包括太阳能电池、阻断二极管、调节控制器和蓄电池。图2.2为独立光伏发电系统结构示意图2.2.2太阳能电池阵等效电路太阳能电池的IV特性与太阳辐射强度S和太阳能电池的温度T有很大关系，即I=f(U,S,T)。以单晶硅为材料的太阳能电池电路原理如图2.3所示图 2.3 太阳能电池等效电路示意图由于器件响应时间远小于光伏系统的时间常数，结电容可以忽略不

19、计。是沿电池边缘的等效并联电阻，是等效串联电阻。由图 2.3 的太阳能电池等效电路推导出：(2.2)其中：I为太阳能组件的输出电流， IL为光生电流， ID为流过二极管的电流，I sh为太阳能组件的漏电流。2.2.3太阳能电池板的选择与单晶硅相比，多晶硅太阳能电池具有独特的优势，因为单晶硅的使用量比硅电池小，成本也远低于硅电池。但由于是晶界、位错等明显缺陷的存在，多晶硅的光电转换率一直无法突破20%的屏障，低于硅太阳能电池。实验室常规硅太阳能电池转换效率高达18%，工业规模生产10%转换效率。但佐治亚理工学院光伏中心采用吸磷双减反射膜技术，电池效率达到18.6%； PERL在新南威尔士大学的太

20、阳能中心采用了类似的电池技术，电池效率达到19.8%；日本Kysera Technology，采用PECVD氮化硅钝化和减反射起到双重作用，加上表面织构和背面场技术，1515Cln面积多晶硅电池转换效率达17.1%，该电池技术已实现工业化生产、商业化电池效率在14%以上。近日，德国弗劳恩霍夫研究所的研究人员利用一项新技术制造出世界上第一块转换率为20.3%的多晶太阳能电池。多晶硅太阳能电池凭借在工业规模和低成本上使用这种新技术的优势，有望很快占领市场。设计采用太阳能电池的性能指标：75W多晶硅太阳能电池，光电转换效率15%，从性能和项目实施的角度来看，最好选择太阳能多晶硅电池板 3 。2.2.

21、4光伏发电系统的缺点1光电转换率很低。太阳能转换效率低仍然是整个国家乃至世界作为一个完整的研究小组一直希望能够妥善解决的问题。2 光伏发电需要大面积。太阳能电池板越来越多地应用于城市建筑的屋顶和墙面装饰，成为所谓“清洁无污染”的清洁发电站，而在这个所谓的“绿色发电站”背后，却潜伏着。所谓“清洁无污染的太阳能发电厂。一系列高能耗、高污染的生产过程。这种电池面积的扩大降低了效率。这是太阳能发电量的需要和太阳能发电量之间的另一个矛盾。大面积。3 所需的复杂照明要求。太阳能发电的必要条件是光照指数。如果多云多雨，天气闷热，转换效率会大大降低太阳能光伏发电的效果。但是，系统也需要持续供电。4光伏发电成本

22、太高。太阳能电池板的效率仅达到22%，但目前晶体硅太阳能电池片的主要材料，然而，使用中央硅太阳能电池板，纯度高达99.9999%。硅技术被德国、日本、美国等几家公司垄断，但国家的研发需要高端材料。可以想象，太阳能硅是进口的。它值很多钱，而且花费太多。2.3储能系统2.3.1电池特性电池的工作特性包括：静电动势、电阻、充电特性和放电特性。而我们通常所说的静电动势就是当电池处于静止状态时，正负极板之间的电位差（即开路电压）称为静电动势。电池的电阻是电流流过电池时的电阻。电池的电阻包括以下几部分： （1）极板的电阻很小，随活性物质的变化而变化，充电时变小，放电时变大； (2)隔板的阻值与材质有关；

23、(3)当电解液电阻温度升高时，电阻降低； (4)连接条的电阻小，为固定值。在恒流充电过程中，电池的端电压UC和电解液密度25C随时间tC而变化，这就是我们所说的充电特性。但在恒流放电过程中，电池的端电压Uf和电解液密度25C随时间tf而变化。密度为1.051.30g/cm3ES=0.85+25(V) (2.3)其中，25(V)为25时电解液的相对密度，25=T+0.0007(T-25) (2.4)2.3.2铅的工作原理电池铅酸蓄电池属于二次电池，其充放电过程是可逆的电化学反应。由于铅蓄电池的电解液是硫酸的水溶液，在充放电过程中电池电流的形成是通过正负离子的反向运动来实现的。一、铅酸蓄电池的放电

24、过程铅酸蓄电池的放电过程是将化学能转化为电能的过程。当电池提供外部电路电流时，称为放电。放电时，电流从正极流出，通过电器流向负极。电池单元中的电流方向与上述方向相反，电流从负极流向正极。在电流的作用下，电解液部分处于电离状态，硫酸与正负极板上的活性物质反应生成硫酸铅，硫酸量逐渐减少，硫酸中的氢与正负极板上的二氧化铅的氧气反应变成水。 .根据电解液的相对密度，可以判断电池的放电程度，判断放电结束的主要标志。需要注意的是，在正常使用的情况下，电池不能过度放电，否则小硫酸铅会与活性物质一起形成较大的晶体，增加极板的电阻，影响充电时的还原。整个放电过程的化学反应式为：PbO2+Pb+2H2SO4=2P

25、bSO4+2H2O (2.5)2、铅酸蓄电池的充电过程铅酸蓄电池的充电过程是将电能转化为化学能的过程。铅酸电池放电完成后要恢复到原来的活性物质，必须满足一定的条件。此条件是使用直流电源进行充电。充电过程与放电过程正好相反。铅酸蓄电池的电流方向是从正极流向负极，充电电流从负极流出，通过充电设备流向正极。在充电电流的作用下，正负极板上的硫酸铅形成二氧化铅和铅，硫酸返回电解液。硫酸含量增加，水分减少。铅酸电池的最终充电时间可以通过电解液的相对密度来判断。充电结束时，正负极上的硫酸铅（PbSO4）大部分已转化为二氧化铅（PbO2）和海绵状铅（Pb）。如果继续充电，充电电流只能起到分解水（H2O）的作用

26、，结果氢气（H2）会从负极板逸出，氧气（O2）会从正极板逸出，导致在强烈的放气现象中。因此，充电结束时电流不宜过大，否则气泡产生过于猛烈，极板活性物质易脱落，应适当降低充电电流 4 .整个充电过程的化学反应式为：2PbSO4+2H2O=PbO2+Pb+2H2SO4 (2.6)2.3.4电池选择铅酸蓄电池-免维护蓄电池：1、寿命：6年以上2、电池仓：必须满足埋地、密封、防水、防潮、防冻等要求。应使用防盗螺丝，并采取电池防盗措施。3、照明时间：太阳能电池充满电可进行3晚的道路照明。2.3.5电池工作温度独立运行的太阳能光伏发电系统，是蓄电池的关键部件，其主要功能是储存和调节电能。我国没有专门用于太

27、阳能光伏发电系统的蓄电池，而是使用传统的铅酸蓄电池。主要类型：固定式铅酸电池、工业密封电池、小型密封电池、启动电池等。温度是影响电池使用寿命的主要因素之一。电池的工作主要受电池容量和寿命中的温度影响。在低温或高温环境下工作都会影响电池的工作性能，特别是在低温下，其工作容量会下降很多，这是由电池的特性决定的。在地表以下1米到1.5米处，环境温度明显受地表温度影响，起到一定的“恒温”作用，冬天感觉比地表高，冬天感觉比地表温度低。夏天很热。有利于电池的性能。由于发电系统的输入能量极不稳定，一般需要配置电池系统才能工作。电池容量的选择一般遵循以下原则：一是尽量满足夜间照明和白天的能量，电池组应向下存放

28、，也可以连续阴雨天和夜间照明，以满足能源需求。电池容量太小，不能满足夜间照明的需要，电池太大，一直处于没电的状态，影响续航，反而浪费了。电池应该是太阳能电池，与电力负载（路灯）相匹配。可以很容易地确定它们之间的关系。太阳能电池功率必须高于负载功率的四倍以上，系统才能正常工作。太阳能电池的电压超过电池电压20% -30% ，以保证电池的正常负极。电池的容量必须大于6倍的消耗比才能正常负载。2.4 桥式整流滤波电路2.4.1单相桥式整流滤波电路图 2.4 单相桥式整流电路图及波形图单相桥式整流电路是将交流电转换为直流电的最基本电路。在分析整流电路的工作原理时，整流电路中的二极管用作开关，具有单向导

29、电性。根据图2.4左图的电路图，当二极管D1和D3在正半周导通时，负载电阻会在正半周获得正弦波。在负半周期间，当二极管D2和D4导通时，加载电阻以获得负半周的正弦波。负半周的负载电阻合成，产生同方向的单向脉动电压。2.4.2三相桥式整流滤波电路图2.5 三相桥式整流电路电路图由于风机是三相交流发电，所以需要使用三相整流桥式整流滤波电路，具体电路如图2.5所示。三相桥式整流电路的工作原理和分析方法与单相桥式整流电路基本相同，此处不再赘述。单相桥式整流电路 三相桥式整流电路，即太阳能电池，将风产生的交流电转换成直流电，从而进行电池充电工作。2.5负载跟踪控制负载跟踪控制环节和发电功率匹配控制在功耗

30、方面。负载的不确定性要求系统输出的能量要与电池和负载所需的能量相匹配。当负载所需的能量不多时，系统将不再需要在最大功率点跟踪太阳能电池板的输出。根据系统要求，当太阳能电池板的输出能量大于负载所需能量时，进行太阳能电池板的负载跟踪控制。控制器计算可接受的最大负载电流、电池电流和电池端电压，计算出的负载和电池功率需求，以电源的太阳能电池板的输出功率为参考值，由控制器调节PI 调节器 DC/DC 占空比可实现功率匹配。2.6 光源跟踪控制为了提高照明的有效时间和太阳能电池板的发电效率，可以跟踪光源的太阳能电池板已开始应用于风光互补发电系统。该系统基于光敏传感器和驱动电机，传统的太阳能电池板，可以通过

31、特定的设备，光源跟踪来控制电池板的仰角和方位角。光源跟踪控制技术可以有效利用太阳能资源，提高发电量。但是，光源跟踪装置的功耗比较大，失去了一定的实用价值。该控制技术适用于光源不稳定或变化较快的场合。基于针对特定场合设计的风电和太阳能发电系统控制器的设计，太阳能电池板光源跟踪控制采用光电晶体管作为光敏传感器，驱动电机选用步进电机作为执行器。控制过程为：选择早上跟踪在太阳的位置，太阳能板接收到最强的太阳辐射。当太阳下山，或回到原来位置时，天光板差，而升起的太阳或天光又变强，继续追随光源。通过控制技术，光照角度的变化引起的风光互补发电系统和地理位置的变化很大。2.7 运行保护控制风力发电机在给电池充

32、电时，如果整流桥发生故障，或者风力发电机与电池的连接断开，风力发电机将无法通过整流电路将其转化为直流电，因此电池不能收费。这时，此时，风机叶片的转速迅速增加，输出线电压会升高，会造成严重的风轮飞扬，损坏风机的机械结构。但在断开的情况下，击穿风力发电机和电池之间的整流二极管。控制器需要风力涡轮机控制以实现有效保护。正常保护控制时的最大安全转速，当风机转速达到极限值，或线电压高于风机输出端设定的保护电压时，系统切断卸荷转速步步为营，保护风机。汽轮机保护与控制，确保系统正常运行，避免事故发生；在正常运行的保护和控制的基础上，为防止控制器误动作，还设置了手动闸门手动切入卸载负载。系统满足高电池电压和充

33、电电流逐渐减小到一定值，然后开始卸载负载以避免急剧上升。由于风速过大，电池电压开始卸载，无需充电或放电。3 风光互补发电控制3.1风光互补发电系统概述风能和太阳能发电系统由太阳能电池板、小型风力涡轮机、系统控制器、电池和逆变器组成。其中，光伏系统利用光伏电池板将太阳能转化为电能，再通过控制器给蓄电池充电，最后通过逆变器为用电负载供电。 .该系统的优点是提供高可靠性、低运行和维护成本，缺点是系统成本高。风力发电系统中使用的小型风力发电机，将风能转化为电能，然后由控制器为电池充电，最后由逆变器为用电负载供电。该系统的优点是系统输出功率高，成本低，运行维护成本低；小型风力涡轮机的缺点是可靠性低。此外

34、，风力发电和光伏发电系统存在一个共同的缺陷，即导致资源的不确定性，导致发电量与用电负荷不平衡。很大，会导致系统电池长时间没电。由于太阳能和风能风光互补发电系统弥补了风电和光伏各自独立的系统资源，同时风电和光伏系统在电池组和逆变器方面存在共同缺陷，具有很强的互补性可以降低风能和太阳能发电系统的成本。 .风能和太阳能发电系统能力的合理配置对保证发电系统的可靠性非常重要 5 。3.2风光互补控制器框图太阳能和风能互补性强，风能和太阳能发电的系统资源弥补了风能和光伏独立系统资源的缺陷。同时，风能和光伏发电系统、电池和逆变器可以共用，这样可以降低风能和太阳能发电系统的成本，使系统成本更加合理。风光互补发

35、电系统根据用户的用电负荷和资源状况，合理配置系统容量，保证系统供电的可靠性，同时也可以降低发电系统的成本。无论环境如何以及如何处理电力要求，风能和太阳能发电系统都可以优化系统设计解决方案以满足用户的需求。应该说，风电和太阳能发电系统是最合理的独立电力系统。图 3.1 是风电和太阳能电路的控制框架图，我们可以了解风电和光伏并网的基本框架。图 3.1 风光互补电路控制框图从图3.1中风光互补电路的控制框图分析控制部分的原理图，并根据要求设计反馈电路和路灯故障反馈电路感应外界光强。对于路灯的开关设置，光电二极管用于补充电能的蓄电，以感知外界光线的变化。无光时，有小饱和反向漏电流，二极管截止；当光照时

36、，反向电流增大，形成光电流。光敏电阻改变其电阻来感应光源，电压比较器在汲取电压之间的灵敏度，考虑到两个光敏电阻串联的方式，可以通过改变光敏电阻的电位值来调整与光敏电阻串联的电阻的灵敏度范围3.3 风力发电控制图策略目前，永磁风力发电得到广泛应用。这种风力涡轮机直接耦合到永磁发电机的转子，并输出具有不同幅值和频率的三相交流电压。将直流电转化为电压，输出满足电池充电要求的直流电。如果需要逆变，则将三相恒频电源逆变后输出到电网或其他负载。3.3.1风扇功率控制策略1.风速自动跟踪控制策略这种跟踪控制策略的原理比较简单。首先，根据测速装置测得的风速，根据风机的最优功率负载曲线计算给定功率P，与输出的观

37、测值Pr比较，得出功率的误差风力发电机组的功率，通过 PI 控制器计算风力发电量。可以通过调节风机的参数值来调节风机的输出电流，实现风机输出功率的调节。这种跟踪控制策略可以用图 3.2 来表示。图 3.2 自动风速跟踪策略框图该方案可以根据风速和时间地点的变化，调整风力发电机的输出电流值，从而调整风力发电机的输出功率。该控制方案的控制方法虽然简单明了，但风力发电机可以工作在最大功率点，能量转换效率比较高。但其最关键的缺陷在于需要提前了解风机的功率特性，以确定其最优的功率负载线。2、风扇转速反馈控制策略跟踪控制策略的思想是：当风力围绕风力机驱动的风力机的运行速度旋转时，根据计算出的速度和风力机的

38、特性参数，对于给定的功率，并以风电机组输出功率的观测值比较得到误差，风电机组的参数值由PI控制器给定，通过调节输出电流来调节风电机组的输出功率，最终实现了风力涡轮机。其主要特点是：（1）控制策略也简单，可使风机工作在最优电力负荷线附近，提高风机的转换效率。 (2) 不需要知道风力机的功率特性，只需要知道特性参数C p、 与最优功率负载线对应的功率和转矩之间的关系 6 。5图 3.3 风扇转速反馈控制框图3.4 路灯定时控制3.4.1路灯开关与外界光强的关系在推动半导体技术快速发展、太阳能应用的快速进步，特别是在发电、供热、智能电路设计方面，引入光学技术已不是新鲜事。开发中，如何增加电路中的电信

39、号强度，将光信号转换为电信号，设计光控电路时面临的问题？现在这个问题，为了达到更好的解决方案，在照明的情况下，应用在光敏元件上阻碍了电流的变化，它降低或增加了它的电参数，从而使电路开或关，电信号 易于转换为电子控制电路实现光控。在这样的电路设计中，对电路元件的要求也是非常高的，尤其是在感光元件的光控电路功能实现的核心，其参数必须准确稳定。因此，在选择此类元器件时，一定要选择稳定可靠、灵敏度高的元器件，当然，不管电路运行的稳定功能，能不能实现呢？不仅是元器件和电路，外接电源也不容忽视，声控电路最好的调光电路是带稳压电路，保证电路正常工作。我们都知道，当城市的中档灯达到一定时间后，打开灯，受光敏元

40、件和阻抗控制的电信号强度随光强而变化，然后通过改变电信号从传感器会被触发，只要电信号强度达到一定水平后，触发器就会触发开启工作。光控照明电路的主要作用是当外界光线的强度降低到一定程度时开启照明电路。方案有很多种，但要考虑方案的可行性、器件的稳定性和灵敏度，尤其是光敏器件的选择，要容易实现高灵敏度的电路功能。我们在设计光控电路时，不仅要尽量简化电路结构，还要使电路功能强大，功能的实现要可靠稳定 7 。3.4.2使用光敏 HYPERLINK %20%20%20%20:/ee.ofweek%20%20%20%20/CAT-2809-Interfacebusdriverclockswitch.html

41、 o 开关 t _blank 开关检测环境照度光敏电阻是一种利用半体光电效应的半导体液晶器件。当耐光牢度很小时。没有耐光性。由晶体管组成的放大器自动控制电路可用于实现您需要的电路。作为晶体管的偏置电阻。因此，当光流通过晶体管时，敏感继电器被驱动。打开电机继电器。窗帘打开。该继电器可接JRX-13F灵敏继电器。灌电流大于 50 mA。达林顿管可用于前置放大器。放大器可以连接到逆变器。反向驱动继电器的原理：光敏电阻与稳压二极管相连，其值随照射光的强度而变化，与稳压二极管并联，所以电压与稳压二极管相同。当光敏电阻的值较小时，电压也较小。击穿电压，稳压二极管不能崩溃，但不能提供稳态触发电路的供电电压，

42、结果UJT振荡，可控硅不能导通，灯不亮 8 。3.5 风光互补系统时间控制部分的硬件实现3.5.1时间控制芯片DS1302DS1302 的原理图如图 3.4 所示。 DS1302 包含一个实时时钟/日历和 31 字节的静态 RAM，并通过一个简单的串行接口与微控制器通信。实时时钟/日历提供秒、分、时、日、周、月、年和月末日期的自动调整，包括闰年校正。时钟工作在24小时制或12小时制（AM/PM），单片机DS1302采用同步串行通信接口，只有一个三线连接：（1）/RST（复位）（2） /O（序列，可以在非常低的数据线上工作），（3）SCLK（串行时钟）数据从MCU的实时时钟/RAM或实时时钟/R

43、AM到MCU的传输，每1个字节或一次 31 个字节。时钟保存功耗状态信息和数据，功耗小于1微瓦 9 。图 3.4 DS1302 引脚图图 3.5 DS1302 原理框图带有可编程涓流充电器、电源和备用电源引脚、7 个额外字节的暂存寄存器、移位寄存器、控制逻辑、振荡器、实时时钟和 RAM DS1302 引脚如下所述：GND电源地；Vcc1单电源系统中的电源引脚，双电源系统中的备用电源；Vcc2双电源系统中的主电源引脚，DS1302 由 Vcc1 和 Vcc2 中的较大者供电。当Vcc1小于Vcc2时，Vcc1给DS1302供电；SCLK串行接口的同步时钟；I/0双向数据线引脚；/RST复位信号，

44、在读写期间必须保持高电平；X1、X2连接一个标准的 32768Hz 石英晶体。 DS1302 也可以由外部振荡器驱动。此时X1引脚接外部振荡器信号，X2悬空。命令字节：如果该位为 0，则每个数据传输都由命令字节 MSB（位 7）开始，必须为逻辑 1。 DS1302 的操作被禁用，选择写操作（逻辑 0 位 6 到 0:00 实时时钟/日历数据， 6 到 1，位 5-1 选择操作寄存器选择 RAM 数据位，LSB（位 0）或读操作（逻辑 1）。寄存器分配在表 3.1 中给出。复位和时钟控制：/RST 将数据传输开始设置为高电平，/RST 启动控制逻辑，允许向移位寄存器致地址/命令序列，在下降沿后一

45、个时钟周期输入数据，时钟在上升沿数据 如果 /RST 变低，上升沿必须有效，所有数据传输都以 I/0 引脚的高阻抗状态终止。在此过程中上电后，/RST 必须保持为逻辑 0，直到 Vcc 大于 2.0V。 /RST 从 0 变为 1，SCLK 必须为逻辑 0。寄存器分配地址表3.1数据输入：在输入写命令字节的 8 个时钟周期后，在接下来的 8 个时钟周期的上升沿输入数据。如果有额外的 SCLK 周期，则忽略，数据输入起始位为位 0。数据输出：在输入读命令字节的 8 个时钟周期后，在接下来的 8 个时钟周期的下降沿致数据。注意：第一个数据位在写命令字节最后一位的第一个下降沿发出，数据输出起始位为位

46、 0 10 。3.5.2DS1302与单片机连接图3.6 DS1302与51单片机连接电路图4.风光互补发电系统工况分析与仿真4.1 系统运行状况分析风光互补发电系统是由光伏阵列和风力发电机组组成的发电系统。它可以由系统的两个部分独立或联合供电。电池充放电消耗或提供电能，负载消耗电能。光伏发电系统的输出功率P pv和风力发电机的输出功率Pw 提供。负载所需功率LP和电池可接受充电功率PB在任何时候都处于不同的状态，得到四者之间的关系。主要工作条件如下：(1)当日照充足、风速较大时，系统发电充足，且Ppv+Pw PL ，系统同时给负载和电池供电。装载和卸载负载。(2)在高风速状态下，系统发电充足

47、，P w P L +P B ，如果有阳光，光伏发电系统断开，风力发电系统单独供电。负载和电池供电，对系统进行负载跟踪控制或接入卸载负载。(3) 当有阳光且风速达到风机启动风速时，系统发电，但发电量不足或负载功率大，P pv + P w P L ，则电池为负载提供的能量不足。(4)有阳光且风速未达到风机启动风速时，系统输出功率为Ppv（无阳光且风速达到风机启动风速时） ，系统输出功率为Pw)，系统单独发电，发电量不足或负载功率较大，P pv (P w ) 0时，电池为负载供电。(6)当系统无负载且系统达到发电条件时，系统只对电池充电。(7)系统空载，系统未达到发电条件，系统处于静止状态。(8)

48、当电池达到放电深度，即V B V low时，切断负载，系统处于电池保护控制状态。随着光照强度、风速、载荷等因素的不断变化，几种工况也在不断变化。系统的不同运行状态应采用不同的控制策略。小型风光互补发电系统的详细工况见表4.1。风光互补发电系统运行状况 4.14.2风光互补系统充放电电路本文以风扇充电电路来描述该系统的充放电电路。参见（图 4.2）电能接入继电器，通过芯片PT4107接入电池。当充电电压过高时，启动相应的保护电路，断开继电器。当电压适合充电时，直接给电池充电。太阳能电池板或风扇输出的电能通过该电路为铅酸蓄电池充电。当电池的电能达到上限电压时，应立即断电，低于下限电压时应给电池充电。图 4.2 充电电路 (a) 和放电电路 (b)4.3 MPPT算法仿真图 4.3 中的 DD1 模块使用 S-Function 编写仿真模块包来实现太阳能 MPPT 算法 11 。图 4.3 MPPT 算法模块为了比较仿真结果，选择导纳增量法与本文提出的控制方法进行对比。该方法控制效果好，控制稳定性高，不受功率时间曲线的影响。缺点是控制算法较复杂，对控制系统的要求较高。得到太阳能电池阵列的参数后，系统仿真结果如图 4.4 所示。抗体图 4.4 参考条件下的仿真结果从仿真结果可以看出，在参考条件