李俊華

摘? ?要：本文是對風光互補發(fā)電系統(tǒng)調(diào)研的基礎(chǔ)上進行研究。本文以單片機89C51為控制器，根據(jù)該系統(tǒng)的特性以及基本原理，設(shè)計了一個功率大小適中，便于攜帶的充電控制器，該控制器的功能為：可將一定分散的風能、太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軆Υ嬖谛铍姵乩?，以便備用，單片機通過檢測電路對整個控制系統(tǒng)實時監(jiān)控和管理，利用控制器89C51定時器，編制對應(yīng)的定時程序，可對此系統(tǒng)進行充電的智能控制，從而實現(xiàn)了對蓄電池的智能充電。最后，供電部分是利用逆變器把蓄電池儲存的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，從而可以確保交流負載的正常工作，同時，該系統(tǒng)還具有一定的穩(wěn)壓功能。從而可以達到風能與光能互補，提高了互補系統(tǒng)的供電質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：風光互補系統(tǒng)? 智能充電? 單片機89C51? 逆變器

中圖分類號：TM614? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）07（a）-0083-03

太陽能和風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。它們在時間上和季節(jié)上的更替都有一定的特點。由于白天太陽光的光照時間較長，風力相對偏小;而晚上沒有光照、風力相對偏強;太陽光在夏季的直射強度較大，并且風力較小，而冬季太陽光光照的強度較弱，并且風力較大;它們不僅隨天氣和陽光的直射強度的變化而變化，而且也會在短時間內(nèi)出現(xiàn)毫無任何規(guī)律的變化。這種不穩(wěn)定性對能源的開發(fā)和利用帶來了一定的困難。由于系統(tǒng)的設(shè)計要考慮穩(wěn)定性、準確性、快速性，因此，考慮到它們在逆變環(huán)節(jié)上的共性，建立該系統(tǒng)具有一定的市場實用價值和推廣性。互補性可以使該發(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，對其用電量進行合理的最佳配置，既可保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性，又可以保障其可靠性以及降低發(fā)電的經(jīng)濟成本，從而可以滿足用戶用電的需求。

1? 系統(tǒng)總體設(shè)計

該系統(tǒng)主要有蓄電池組、風力發(fā)電組、太陽能電池板、電源控制器和程序軟件組成，此時它們共同為直流負載供電。89C51單片機控制器對蓄電池兩端電壓可以進行檢測：若該電池處于過流的飽和狀態(tài)，那么常閉繼電器將會瞬時動作，使充電回路斷開，供電線路斷開;若檢測結(jié)果是蓄電池處于過放狀態(tài)，那么常閉繼電器J2將會瞬時動作，使負載回路斷開，負載供電線路斷開，為了使互補發(fā)電系統(tǒng)具有良好的保護功能，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。風力發(fā)電機所產(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，對其進行分析，根據(jù)負載額定功率的大小，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

該控制器通過74LS138譯碼器的輸出端，對系統(tǒng)進行讀、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和輸出。該控制器的時鐘頻率為620kHz，轉(zhuǎn)換時間為100us，微機的時鐘頻率為5MHz，也可使時鐘頻率更高一些，因此，系統(tǒng)時鐘計時功能必須經(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)束時發(fā)出中斷請求脈沖，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

根據(jù)硬件設(shè)計要求，該系統(tǒng)控制部分可以分兩方面進行，一方面把整流后的電能直接供給直流或者交流負載，另一方面把剩余的能量進行存儲，在保證供電一定量的情況下，在系統(tǒng)中能調(diào)節(jié)和平衡負載。多余的電能將被轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來，以供給用電量不足的情況下使用。通過合理設(shè)計，該系統(tǒng)具有很好的互補性，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，風力發(fā)電機組，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，并對其數(shù)學(xué)模型進行時域分析，判斷系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最后判斷系統(tǒng)的準確性和快速性該控制系統(tǒng)各部分容量的合理配置對保證發(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)對蓄電池進行充電，最后對負載進行供電的一套系統(tǒng)。該系統(tǒng)的優(yōu)點是供電可靠性高，運行維護成本低;穩(wěn)定性和準確度高，并具有互補性，大大提高系統(tǒng)供電穩(wěn)可靠性。缺點是季節(jié)性障礙無法預(yù)測，會造成供電不穩(wěn)定以及公用設(shè)施不適宜。

參考文獻

[1] 岳軍，賈大江.中小功率風光互補發(fā)電系統(tǒng)的測試與評 價[J].太陽能，2006（2）：45-46.

[2] 程節(jié)順.基于模糊控制的風光互補電源模型研究[J].微計算機信息，2006（10）.

[3] Li Defu. Technology and Application of Household Wind-Solar Complementary Power Generation System [J]. Journal of Agricultural Engineering， 2006（S1）.

[4] Wei Yunfeng; Research on New Inverter and Data Acquisition System [D]. Northeast Agricultural University，2007.

[5] Aubrey Pilgrim. Build Your Own Pentium Processor PC and Save a Bundle. MeGraw-Hill.