毕业设计论文应用于小型风光互补发电系统中蓄电池充放电装置的设计Word文件下载.docx

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二.论文（设计）的基本要求

（1）系统分为充电装置和放电装置；

（2）光伏充电装置；

主要由DC-DC变换装置组成；

（3）风力充电装置：

主要由AC-AC及AC-DC变换装置组成；

（4）放电装置：

蓄电池储存的直流电能通过DC-AC变换变为交流，供给负载；

（5）设计各自的主电路图；

（6）控制系统采用SG3525、AT89C51等单片机作为控制核心。

中文摘要及关键词

摘要；

本文在分析国内外对风光互补系统研究的基础上，对风光互补系统有了初步的认识，并对蓄电池的充放电过程及装置进行了深入的研究。

在光伏单元的充电设计中，主电路采用降压斩波电路，控制电路采用了SG3525芯片；

在风力单元充电设计中，主电路采用三相不可控整流电路，控制电路运用了SG3525芯片，驱动电路运用了ZXB841；

对于蓄电池放电装置，采用了AT89C51芯片，设计了逆变器的主电路及其控制电路。

关键词：

风光互补；

光伏充电；

风力充电；

逆变器

英文摘要及关键词

Abstract：

Onthebasisoftheanalysisoftheresearchaboutwindandsolarenergycomplementarysystemathomeandabroad,thisthesishasapreliminaryunderstandingofwindandsolarenergycomplementarysystemandmakesdeepresearchesonthecharginganddischargingprocessofthebatteryanditsdevice.

Inthedesignofcharginginphotovoltaiccell,themaincircuitadoptsthebuck-choppingcircuit,thecontrolcircuitadoptsSG3525chip;

inthedesignofcharginginwindturbineunit,themaincircuitadoptsthree-phaseuncontrolledrectifyingcircuit,thecontrolcircuitusesSG3525chip,thedrivecircuitusesEXB841;

meanwhilebatterydischargedeviceadoptsAT89C51chipanddesignsthemaincircuitandcontrolcircuitoftheinverter.

Keywords：

Windandsolarcomplementary；

Photovoltaiccharging；

Windcharging；

Inverter

第一章绪论

1.1能源状况

能源是人类赖以生存的五大元素之一，是国民经济和社会发展的重要战略物质，是经济发展的“火车头”，能源已成为制约国民经济发展的重要因素。

当前在生产和生活中起重要作用的能源主要有五大类：

煤炭、石油，天然气．水和核裂变能。

这些能源被称为常规能源，目前世界上能源的消耗几乎全靠这五大能源来供应。

随着世界经济的深入发展和国际工业化的进程，世界各国对能源的需求越来越大。

虽然，人类的技术进步旨在提高能源的利用效率、减少能源的消耗，但现今的能源生产量依然满足不了人类发展的需求，全球范围内的能源危机也日益突出。

经过第一次世界范围内“石油危机”的冲击，人类认识到地球蕴藏的矿物资源是有限的，总有一天会被耗尽，现实也告诫人们，要生存就必须寻求开发新能源。

人类日益增长的环境保护意识和提高生活质量的需求，要求减少常规能源对环境的污染，优先发展清洁能源。

目前煤炭，石油，天然气等能源开采利用中大量排放出的CO2、SO2烟尘及汽车尾气是造成世界环境污染的主要原因之一。

许多国家通过立法，强制性地增加高效、清洁的新能源及可再生能源比例，限定CO2、SO2和烟尘排放量，增收排污费等措施有利地促进了新能源和可再生能源的发展。

1997年12月，在日本京都召开的全球气候变化缔约方会议上达成了对发达国家减排的协议，协议要求在2008-2012年期间将排放量限制在比1990年低6％-8％的水平上。

我国人们在生活水平达到小康之后，开始更加注重生活质量和环境保护，治理污染、发展清洁能源已是人们的普遍要求。

和常规能源相比，可再生资源不污染环境，更不会破坏生态，取之不尽，用之不竭。

为了缓解能源危机，随着环境保护的呼声不断高涨，世界各国政府都在从社会经济发展的战略角度对能源结构进行调整。

纷纷制定自己的能源政策，除了充分利用现有的传统能源外，都在大力研究开发新能源，给新能源开发以特殊优惠政策和政府税收补贴，从而使风能、太阳能、潮汐能、地热能等的开发利用得以迅速发展。

在众多的可再生能源中，光伏发电及风力发电是最有发展前景的两种能源技术。

这是基于太阳能和风能的五个优点：

（1）取之不尽，用之不竭；

（2）就地取材，不需运输：

（3）分布广泛，分散使用；

（4）不污染环境，不破坏生态：

（5）周而复始，可以再生。

太刚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[1]。

1.2风、光发电的发展状况

1.2.1风力发电和太阳能发电的特点

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日发电量大，造价低，运行维护成本低。

但是风电和光伏发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[2]。

1.2.2风光互补发电的提出

上述分析了风能、太阳能的特点，作为可利用的自然可再生能源，二者在转换过程中都受季节、地理和天气气候等多种因素的制约。

但是，二者的变化趋势基本相反，扬其两者各自之长，补其各自之短，相互配合利用，因地制宜，能发挥出各自最大的作用。

在以电能为主要的能源消耗方式的当今社会，人们对电的依赖越来越强。

特别是在远离电网的地区，独立供电系统成为人们最需要的动力源。

结合风能、太阳能的特点，综合利用风力发电和太阳能光伏发电技术而建立的风光互补发电系统无疑是解决这一重大问题的最佳方案。

对于偏远地区生活和工作的人们而言，一般情况下用电负荷不大，所以采用电网输送电力就不合理，应当选择在当地直接发电，现在常用的供电方案就是采用柴油发电机，但是柴油的储运相对于偏远地区来讲成本太高，而且难以保障持续供电。

所以柴油发电机只能作为一种短时的应急电源，要解决长期稳定可靠的供电问题，只能依靠当地的自然资源。

太阳能和风能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源，而且两者在时间变化分布上有很强的互补性。

白天太阳光最强时，风很小，到了晚上，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能有所加强；

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得风光互补发电系统在资源分布上具有很好的匹配性[3]。

图1-1风光互补发电系统

在风能、太阳能单独用于发电的系统中，由于风能、太刚能的稳定性较差，为了能够提供连续稳定的能量输出，无论是光伏发电系统还是风力发电系统都要引入能量储存环节用以调节系统的能量供求平衡。

能量储存的方式有很多种，如机械储能、化学储能和热储能等，其中，最适合的，也是应用最为广泛的是利用蓄电池的化学储能方式。

虽然，目前风电和光电系统通过引入蓄电池储能设备后能够稳定供电，但是系统每天的发电量受天气的影响很大，会引起系统的供电和用电负荷的不平衡，从而导致蓄电池处于亏电状态或过充电状态，长期运行会降低蓄电池的使用寿命，增加系统的维护投资。

考虑到风电和光电系统在蓄电池组的管理和能量控制环节是可以通用的，所以风光互补电源系统的造价可以降低，系统成本趋于合理。

风光互补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，又可降低发电系统的造价。

无论是怎样的环境和怎样的用电要求，风光互补电源系统都可做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合理的独立发电系统[4]。

1.3选题意义和国内外研究状况

在我国的某些偏远山区，由于经济的落后和交通的制约，至今都还没有实现通电，这里的人们对电的渴望极其迫切。

因此解决他们的用电问题对稳固地方经济建设、增进国家稳定等具有重要的意义。

如在已经实现通电的很多山区大多采用电网送电和当地柴油或汽油机组发电。

然而由于地理位置原因，架线送电路程遥远、用户用电量小、线路电能损耗大，而且山区电网的线路维护费用也很高，使得线路运行成本很高。

如果靠当地柴油或汽油机组发电的话，由于目前能源紧张，燃料费用较高，再加上地处偏远，燃料运输费用高，难以保障持续供电。

因此，柴油或汽油机组发电只能作为紧急的电源使用。

因此，利用有限的自然资源，

研究小功率、低成本的风光互补电源对解决偏远山区的家庭用户和其他独立电源工作站的用电问题都具有非常重要的现实意义[5]。

图1-2风光互补发电系统再生活中的应用

国外有关复合可再生能源发电系统的研究始于上个世纪八十年代末期，有关风光复合发电系统的研究始于上个世纪九十年代中期，我国有关光伏发电系统的研究始于上个世纪八十年代初，主要针对独立光伏发电系统的优化设计、系统仿真及控制方案的研究。

国外进行这方面研究的大学有ColoradoStateUniversity，UniversityofMassachusetts等。

其中ColoradoStateUniversity和NationalRenewableEnergyLaboratory（美国可再生能源研究室）合作开发了混合发电系统模拟应用软件。

该软件功能强大，能对一个风光互补发电系统进行精确的模拟运行，根据输入的发电系统的结构、负载特性以及安装地点风力、日照强度数据获得5760小时的运行结果。

而在国内，香港理工大学同中科院广州能源所及中科院半导体研究所合作提出了了一整套利用CAD进行风光互补发电系统优化设计的方法。

中科院电工所、西安交通大学、合肥工业大学能源研究所都进行了风光复合发电系统方面的研究并进行计算机仿真计算。

另外，华南理工大学设计了新型无刷双馈发电机，并通过权值调节方式实现太阳能逆变器最优功率传输。

所有的这些研究都主要针对风、光资源相对较丰富的地区，且主要集中在蓄电池充放电参数设置、控制程序、风光优化匹配的研究上，且在太阳能电池板和风力发电机输出电压低于蓄电池充电电压