李俊華

摘? ?要：本文是對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)調(diào)研的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究。本文以單片機(jī)89C51為控制器，根據(jù)該系統(tǒng)的特性以及基本原理，設(shè)計(jì)了一個(gè)功率大小適中，便于攜帶的充電控制器，該控制器的功能為：可將一定分散的風(fēng)能、太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軆?chǔ)存在蓄電池里，以便備用，單片機(jī)通過檢測(cè)電路對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，利用控制器89C51定時(shí)器，編制對(duì)應(yīng)的定時(shí)程序，可對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行充電的智能控制，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)蓄電池的智能充電。最后，供電部分是利用逆變器把蓄電池儲(chǔ)存的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，從而可以確保交流負(fù)載的正常工作，同時(shí)，該系統(tǒng)還具有一定的穩(wěn)壓功能。從而可以達(dá)到風(fēng)能與光能互補(bǔ)，提高了互補(bǔ)系統(tǒng)的供電質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)? 智能充電? 單片機(jī)89C51? 逆變器

中圖分類號(hào)：TM614? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）07（a）-0083-03

太陽能和風(fēng)能是自然界普遍存在的自然能源，也是可再生可重復(fù)利用的能源。它們?cè)跁r(shí)間上和季節(jié)上的更替都有一定的特點(diǎn)。由于白天太陽光的光照時(shí)間較長，風(fēng)力相對(duì)偏小;而晚上沒有光照、風(fēng)力相對(duì)偏強(qiáng);太陽光在夏季的直射強(qiáng)度較大，并且風(fēng)力較小，而冬季太陽光光照的強(qiáng)度較弱，并且風(fēng)力較大;它們不僅隨天氣和陽光的直射強(qiáng)度的變化而變化，而且也會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)毫無任何規(guī)律的變化。這種不穩(wěn)定性對(duì)能源的開發(fā)和利用帶來了一定的困難。由于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、快速性，因此，考慮到它們?cè)谀孀儹h(huán)節(jié)上的共性，建立該系統(tǒng)具有一定的市場(chǎng)實(shí)用價(jià)值和推廣性?；パa(bǔ)性可以使該發(fā)電系統(tǒng)在資源應(yīng)用上具有最佳的匹配性。該系統(tǒng)也可根據(jù)用戶的用電量和自然資源的有利條件，對(duì)其用電量進(jìn)行合理的最佳配置，既可保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，又可以保障其可靠性以及降低發(fā)電的經(jīng)濟(jì)成本，從而可以滿足用戶用電的需求。

1? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)主要有蓄電池組、風(fēng)力發(fā)電組、太陽能電池板、電源控制器和程序軟件組成，此時(shí)它們共同為直流負(fù)載供電。89C51單片機(jī)控制器對(duì)蓄電池兩端電壓可以進(jìn)行檢測(cè)：若該電池處于過流的飽和狀態(tài)，那么常閉繼電器將會(huì)瞬時(shí)動(dòng)作，使充電回路斷開，供電線路斷開;若檢測(cè)結(jié)果是蓄電池處于過放狀態(tài)，那么常閉繼電器J2將會(huì)瞬時(shí)動(dòng)作，使負(fù)載回路斷開，負(fù)載供電線路斷開，為了使互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)具有良好的保護(hù)功能，可在其控制線路上增加二極管Da和Db，二極管的作用如下：Da作為二極管組，作用是三相交流電整流為直流電。直流電可以為蓄電池充電。風(fēng)力發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電壓是三相交流電壓;Db也為二極管組，它的作用是防止在光電板內(nèi)產(chǎn)生倒向電流，倒向電流會(huì)使光電板遭到破壞。其Da和Db的控制電路原理如圖1所示。

2? 太陽能電池板的計(jì)算

太陽能發(fā)電板容量指的是平板式太陽能板的發(fā)電功率Wp。功率分為有功功率和無功功率，該功率量值主要取決于一天內(nèi)所能消耗的電力Wh，該消耗的功率為有功功率。無功功率指的是在能量過程中的轉(zhuǎn)換和消耗，負(fù)載發(fā)出和吸收的總量是平衡的。再考慮到平均每天陽光照射的時(shí)間以及惡劣天氣天造成的影響，可以大致估算出太陽能的電池陣列的工作電流Ip（A）的數(shù)學(xué)模型。其數(shù)學(xué)模型通過拉普拉斯變換，轉(zhuǎn)換成傳遞函數(shù)，得出其復(fù)數(shù)領(lǐng)域的數(shù)學(xué)模型，對(duì)其進(jìn)行分析，根據(jù)負(fù)載額定功率的大小，選取蓄電池的額定電壓，由該電壓來確定蓄電池串聯(lián)的個(gè)數(shù)及浮充電壓Vf （V），太陽電池陣列的伏安特性曲線圖如圖2所示。由圖可知，該伏安特性曲線具有一定的非線性和不飽和性。其數(shù)學(xué)模型具有一定的穩(wěn)定性。

3? 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

該控制器通過74LS138譯碼器的輸出端，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行讀、寫控制線來控制該轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道，也控制地址鎖存器的啟動(dòng)和輸出。該控制器的時(shí)鐘頻率為620kHz，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us，微機(jī)的時(shí)鐘頻率為5MHz，也可使時(shí)鐘頻率更高一些，因此，系統(tǒng)時(shí)鐘計(jì)時(shí)功能必須經(jīng)分頻器分頻，然后再將其接到ADC0809芯片的clock引腳上。另外，該控制器的Eoc端可在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求脈沖，該脈沖可用中斷輸入數(shù)據(jù)的方式，也可利用Eoc引線。其硬件連接圖如圖3所示。

4? 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)硬件設(shè)計(jì)要求，該系統(tǒng)控制部分可以分兩方面進(jìn)行，一方面把整流后的電能直接供給直流或者交流負(fù)載，另一方面把剩余的能量進(jìn)行存儲(chǔ)，在保證供電一定量的情況下，在系統(tǒng)中能調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載。多余的電能將被轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來，以供給用電量不足的情況下使用。通過合理設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)具有很好的互補(bǔ)性，該系統(tǒng)不僅滿足系統(tǒng)的需要，也能保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性，其程序流程圖如圖4所示。

5? 結(jié)語

該系統(tǒng)由太陽能光電板，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，控制器，蓄電池和逆變器等幾部分組成。先建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行時(shí)域分析，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最后判斷系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和快速性該控制系統(tǒng)各部分容量的合理配置對(duì)保證發(fā)電系統(tǒng)的可靠性非常重要。該系統(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(duì)蓄電池進(jìn)行充電，最后對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電的一套系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是供電可靠性高，運(yùn)行維護(hù)成本低;穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度高，并具有互補(bǔ)性，大大提高系統(tǒng)供電穩(wěn)可靠性。缺點(diǎn)是季節(jié)性障礙無法預(yù)測(cè)，會(huì)造成供電不穩(wěn)定以及公用設(shè)施不適宜。

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