风光互补路灯系统设计硬件部分论文.docx

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风光互补路灯系统设计硬件部分论文

毕业设计

学生

学号

院（系）

专业

电气工程与其自动化

题目

风光互补路灯系统设计—硬件部分

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作与取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得与其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了意。

作者签名：

　日　期：

指导教师签名：

日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部容。

作者签名：

　日　期：

学位论文原创性声明

本人重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

摘要：

由于不断增加的能源危机和环境恶化，风和光伏发电是最有前途的新型能源技术。

此系统可将风能与太阳能合理的结合互补，风光互补型路灯是利用太阳能组件的光生伏特效应，将光能转换为电能，以与风力发电将风能转化为电能，并储存在蓄电池中供负载使用，它是集太阳能光伏技术、风能发电技术、蓄电池技术、照明光源技术于一体的新兴技术。

用MCS-51单片机系统来控制整个电路，在电路中利用光敏电阻来对路灯的开与关进行控制，最后MATLAB对MPPT算法进行仿真比较结果表明，论文所采用的控制方法更优越。

关键词：

新型能源,风光互补,MPPT仿真

Abstract:

Duetotheincreasingenergycrisisandenvironmentaldegradation,wind-solarhybridisthemostpromisingnewenergytechnologies.Thissystemcanbeareasonablecombinationofwindandsolarcomplementary,windandsolarstreetlightuseofsolarenergycomponentsofthephotovoltaiceffect,convertinglightenergyintoelectricalenergy,andwindpowerwindenergyintoelectricalenergyandstoredinbatteriesforloaduse,itisthesolarphotovoltaictechnology,windpowergenerationtechnology,batterytechnology,theilluminationlightsourcetechnologyinoneoftheemergingtechnologies.MCS-51microcontrollersystemtocontroltheentirecircuit,thephotosensitiveresistorinthecircuittocontrolstreetlightsonandoff,finallyusetheMATLABforMPPTsimulation,provethebestwaytocontrol.

Keywords:

newenergy,wind-solarhybrid,MPPTsimulation

1绪论51.1研究背景51.2我国太阳能，风能发电的发展趋势51.3本课题研究的意义62风光互补智能系统的基本原理72.1传统的风力发电系统的原理82.2光伏发电系统的组成与原理92.3蓄电系统112.4桥式整流、滤波电路142.5负载跟踪控制15

2.6光源跟踪控制15

2.7运行保护控制15

3.4路灯定时控制17

3.5风光互补系统时间控制部分的硬件实现18

4.2风光互补系统的充放电电路23

4.3MPPT算法仿真25

致29

1绪论

1.1研究背景

随着科学技术的发展，我们的生活更美好，但我们周围的环境越来越差，一次能源的性质越来越少，所以被迫去寻找新能源。

我们发现有统一的能源，能源效率不高，成本相对是比较高的，所以我们必须寻求新的能源互补的技术，合理利用两种或两种以上的互补利用的新能源技术，使各种互补能源的能量储存的能量比较强的情况下，储存的能量释放能量的情况下合理使用能源相对较弱。

随着地球资源变得越来越稀缺，基础能源的投资成本上升，以与各种安全和污染问题可谓无处不在，太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭”越来越多的环保新能源更重要。

1.2我国太阳能、风能发电的发展趋势

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利用太阳能。

可谓是取之不尽，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右,太阳表面的能量相当于全球所需总能量的3-4倍。

其次，宇宙空间没有昼夜和四季之分，没有乌云和阴影，辐射能量十分稳定。

从而产生比地面相对简单的系统，而且在无重量、高真空的宇宙环境中，的设备部件的强度要求不太高。

此外，太阳相比石油，煤炭和其他化石燃料，不会导致“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，许多国家的重视利用太阳能，我们都在竞相开发的各种光学和光电新材料，扩大利用太阳能应用。

尤其是在过去的10年中，在石油可开采量日渐见底，两大危机和生态环境日益恶化，越来越多的人期待太阳能时代“，从发电，供热，供水，各种太阳能发电厂，这是广泛使用的，在某些方面，利用太阳能已进入实用化阶段。

1.2.2风能发电的发展趋

1风力发电成本将大幅降低

　　随着风力发电技术的改进，所述风力涡轮机将被越来越便宜和高效的。

增加风力发电机组的单机容量在基础设施的投资来降低成本，而且同样的装机容量需要更少数目的机组，这也节约了成本。

减少融资成本和有经验的开发者，项目开发成本也可以相应降低。

风力发电机组可靠性的改进也减少了运行和维护的平均成本。

总体上，风力发电成本将得到大幅降低。

2技术装备国产化比例必然提高

风力发电技术和设备，中国的风电设备制造能力和技术水平，降低风力发电的成本，提高市场竞争力，促进中国风电技术的发展为大规模商用奠定了基础。

它的意义不仅仅在于降低风力发电成本，还将推动形成中国的风力涡轮机产业，我们的优势走向国际市场。

3海上风力发电悄然兴起并将成为重要能源形式

海上有丰富的风能资源和广阔平坦的区域，最近成为海上风电技术研究和应用的热点。

多兆瓦风力发电机组投入商业运营的海上风电场是国和国际风能利用的新趋势。

随着时代的风力发电发展，陆地上发电机组的总人数已经饱和，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，发展新的领域，是方向中的方向。

4风力发电机组不断向大型化发展

随着现代风力发电技术的发展日趋成熟，风力发电机是，保持大规模发展。

在一般情况下，有两个大型风力发电机组的发展模式。

基于土地的风电，低风速发电技术，主要机型的方向是2-5兆瓦的大型风力涡轮机，这种模式是向电网的输电。

海上风电，主要用于在相对较浅的近岸海域，安装5MW以上的大型风力发电机，布置大规模的风力发电场，这种模式的主要制约因素是规划建设风电场的成本，但海上风电的优势是显而易见的，即不占用土地，海上风能资源。

1.3本课题的研究意义

传统的单一的风能或太阳能发电系统，可能会导致全国大部分地区在一个特定的时间，将会能源不够用枯竭，如果使用风能和太阳能可以解决单一能源的不足。

了解大部分城市，已几乎成为中国的风能和太阳能路灯的基本设施城市建设，在我国目前绝大多数单一的传统供应电能使用。

城市发展，道路建设，路灯架设，这是巨大的能源消耗，在这个能源短缺时代，我们怎么能这样被消耗？

新的措施，以减少能源消耗，而且可以在不影响城市的发展，它是必要的可以更换能量，寻找新的措施减少能源的消耗但又不影响城市的发展，根据初步了解引进风能和太阳能的使用，既不浪费了大量的能源消耗，不污染环境的新型路灯风光互补是我们新的城市绿色低碳生活的趋势。

2风光互补智能系统的基本原理

图2.1风光互补智能系统方框图

从节能的角度来看，整个的风能和太阳能的智能系统包括能源生产，储存，消耗三个部分。

风力发电和太阳能发电的部分，能量产生环节，分别不确定性的风能、太阳能转化为稳定的能源，最大可能消除能源供应和需求，由于天气和其他因素之间的不平衡，引进电池的能量匹配来调整与平衡，承担的储能电池系统，是指各种电气负载的能量消耗，有两种类型的流负载和交流负载。

匹配的直流负载的工作电压可以直接连接到电路，工作电压不匹配，然后通过一个直流负载通过直流变换器后接入电路；交流负载连入电路时需要配备逆变器。

2.1传统的风力发电系统的原理

2.1.1风力发电系统的原理

将风能转换动力机械，工作机械，也被称为风车。

广义地说，它是一个以太作为热源，以大气为工作介质的热利用引擎。

利用自然能源的风力发电。

风电作为备用电源，但可以长期使用。

风力发电的原理，风力带动风车叶片旋转，通过增压器的旋转速度更快，推动发电机发电。

根据目前的风车技术，大约（微风的程度）是每秒三公尺的微风速度，便可以开始发电。

保护电路的电源，逆变器，蓄电池化学成220V交流电源，方可确保系统的稳定。

机械连接与功率传递水平轴风力涡轮机叶片连接，将转矩传递到发电机的驱动轴通过齿轮箱与其高速轴与万能弹性耦合，这种耦合应具有良好的吸收阻尼和震动的特性，吸收适量的径向，轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机制超载。

另一种直驱型风机桨叶通过齿轮箱与电机风扇电机直接连接[1]。

2.1.2风机输出特性

风力涡轮机的启动，需要一定量的转矩克服部电阻，这一刻被称为起动转矩。

的起动转矩和变速机构的摩擦阻力，从而有一个最低的工作风速，风速大于υfmin风力涡轮机的工作。

当风速超过设定值时，基于安全方面的考虑，风力涡轮机，应停止运行，还设置了最大经营风υfmax这个值和材料强度的风力发电机组。

在之间的υfminυfmax风速称为风速，风力发电机的输出功率，称为额定风速达到额定功率的风。

要充分利用风，根据当地风能资源确定υfmin和额定风速，然后选择合适的机型。

风力机只能从风能中获取小部分能量，吸收能量的程度可用风能利用系数Cp来衡量。

对于一台实际的风力机，其机械功率Pm可以用下式表

PW是由风轮的风能扫过的面积，D为转子直径;CP为风能利用系数，它不是一个恒定