风光互补型智能路灯系统设计Word文件下载.docx
《风光互补型智能路灯系统设计Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《风光互补型智能路灯系统设计Word文件下载.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
第二章太阳能和风能发电系统的工作原理
2.1传统的电力给电系统的原理
2.1.1传统的电力给电系统的原理
2.1.2传统的电力给电系统的弊端
2.2传统的光伏发电系统的原理
2.2.1传统的光伏发电系统的原理
2.2.2光伏发电系统的弊端
2.3传统的风力发电系统的原理
2.3.1风力发电系统的原理
2.3.2风力发电系统的不足
2.4风光互补发电系统的原理
2.4.1最合理的独立电源系统
2.4.2技术方案的最优配置
第三章风光互补发电系统中蓄电池的工作原理
3.1蓄电池的工作特性
3.1.1铅蓄电池的工作原理
3.1.2蓄电池的工作温度影响
3.2蓄电池的检测
第四章路灯定时控制
4.1路灯的开关与外界光照强度的关系
4.2采用光敏开关检测环境照度
第五章控制器硬件部分及外围电路设计
5.1风光互补控制器方框原理图
5.2硬件设计原则
5.3时钟电路
5.4复位电路
5.4.1可靠性
5.4.2人工复位
5.5按键电路
5.6显示电路
5.6.1显示方式选择
5.6.2LED的驱动和显示
第六章软件设计
6．1主程序
6．2计时程序
6．3中断程序
第七章系统的硬件抗干扰设计
7.1抗干扰概念
7.2干扰的消除
第一章绪论
而我们所找到的能源也是单一性的使用，那样所用的能源利用率不高而且相对的成本也比较高，所以我们就要可以寻求一种新能源的互补技术，合理的利用两种或多种新能源互补运用的技术，这样多种能源的互补在能源相对强烈的情况下把能量储存起来，在能量相对弱的情况下把储存的能量释放出来合理地利用能量。
随着地球资源的日益贫乏，基础能源的投资成本日益攀高，各种安全和污染隐患可谓无处不在，太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的安全、环保新能源越来越受重视。
同时，也随着太阳能光伏技术的发展和进步，太阳能灯具产品在环保节能的双重优势，太阳能路灯、庭院灯、草坪灯等方面的应用已经逐渐形成规模，太阳能发电在路灯照明领域发展已经日趋完善。
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
而长期以来，人们就一直在努力研究利用太阳能。
我们地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3-4万倍，可谓取之不尽，用之不竭。
其次，宇宙空间没有昼夜和四季之分，也没有乌云和阴影，辐射能量十分稳定。
因而发电系统相对说来比地面简单，而且在无重量、高真空的宇宙环境中，对设备构件的强度要求也不太高。
再者，太阳能和石油、煤炭等矿物燃料不同，不会导致"
温室效应"
和全球性气候变化，也不会造成环境污染。
正因为如此，太阳能的利用受到许多国家的重视，大家正在竞相开发各种光电新技术和光电新型材料，以扩大太阳能利用的应用领域。
特别是在近10多年来，在石油可开采量日渐见底和生态环境日益恶化这两大危机的夹击下，我们越来越企盼着“太阳能时代”的到来。
从发电、取暖、供水到各种各样的太阳能动力装置，其应用十分广泛，在某些领域，太阳能的利用已开始进入实用阶段。
风力发电是一种主要的风能利用形式，风力发电已经开展了多年，随着能源环境的变化和风力发电产业的成熟，未来几年风力发电将呈现新的趋势。
1风力发电成本将大幅降低
随着风力发电技术的改进，风力发电机组将越来越便宜和高效。
增大风力发电机组的单机容量就减少了基础设施的投入费用，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。
随着融资成本的降低和开发商的经验丰富，项目开发的成本也相应得到降低。
风力发电机组可靠性的改进也减少了运行维护的平均成本。
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
实现风力发电技术装备国产化的目的是提高我国风力发电装备的制造能力和技术水平，降低风力发电成本，提高市场竞争能力，为推动我国风力发电技术大规模商业化发展奠定基础。
其重要意义不仅仅在于降低风力发电成本，还将推动我国风力发电机组产业的形成，利用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，使得近海风力发电技术成为近来研究和应用的热点。
多兆瓦级风力发电机组在近海风力发电场的商业化运行是国内外风能利用的新趋势。
随着风力发电的发展，陆地上的风机总数已经趋于饱和，海上风力发电场将成为未来发展的重点。
海上发电是近年来国际风力发电产业发展的新领域，是“方向中的方向”。
随着海上风力发电场技术的发展成熟，经济上可行，将来必然会成为重要的可持续能源。
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发展的日趋成熟，风力发电机组正不断向大型化发展。
大体上大型风力发电机组有两种发展模式。
陆地风力发电，其方向是低风速发电技术，主要机型是2—5MW的大型风力发电机组，这种模式关键是向电网输电。
近海风力发电，主要用于比较浅的近海海域，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风力发电场的规划和建设成本，但是近海风力发电的优势是明显的，即不占用土地，海上风力资源较好。
以上我们所说的发电形式，无论是光伏发电还是风能发电，都不能在我国大多数城市实现，比如太阳光照在冬季的时候相对了说就比较弱，不能提供足够的能量来发电；
而风能在我国大多城市群就更不能形成了，城市气候对城市中的风形成起到了较大的作用使得风力发电出现了短缺，这就让我们考虑是不是应该把两种或两种以上的新型能源形结合形成一种复合式能源提供给我们，这就说到本文提出的风光互补型复合型能源。
1.3本课题的研究内容
随着风能和太阳能的传统利用已经不能给现在这个急需能源的当前社会，单一的新型能源利用单调及其不协调，单一能源的弊端也逐渐显现出来，这就要我们寻找一种方法来充分的利用新型能源，我们就可以把两种或两种以上的新型能源结合利用，因为我国的地域广阔，每个地方的各种新型能源不一，这就让我们想尽各种方法去尝试，根据我对我国大部分地区的分析，发现我国春秋季节风能和太阳能相对适中，冬季风比较多，而夏季则风能相比较太阳能较弱，顾由此我分析我国可以把风能和太阳能进行互补利用。
传统的风能或太阳能单一发电系统会造成我国的大部分地区在特定的时候就会出现能源部够用的枯竭，而如果采用风光互补就可以解决单一能源的不足。
了解了大部分城市，我国在风光互补的路灯上面运用的几乎没有，现在路灯已经成为我们城市建设的必不可少的设施，然而我国目前所用的绝大多数都是单一的传统供给电能。
城市的发展，道路的建设，路灯的架设，这是多么庞大的能源消耗，在这个能源短缺的时代，怎能如此消耗？
寻去新的措施减少能源的消耗但又不能影响城市的发展，就要寻找能够代替的能源，这也成为我所写的课题的重要关键所在，根据上述的介绍也能初步了解了风光互补能源的利用，既不浪费大量的能源消耗，又不污染环境的风光互补新型路灯就成为我们新型城市的环保低碳生活的大势所需，那就让我们一起关注下面的论述。
2.1传统的电力给电系统的原理
2.1.1传统的电力给电系统的原理
一次能源燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电的，发电系统主要由燃烧系统（以锅炉为核心）、汽水系统（主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成）、电气系统（以汽轮发电机、主变压器等为主）、控制系统等组成。
前二者产生高温高压蒸汽；
电气系统实现由热能、机械能到电能的转变；
控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。
而火力发电站的主要设备系统包括：
燃料供给系统、给水系统、蒸汽系统、冷却系统、电气系统及其他一些辅助处理设备。
简单介绍火力发电厂，如图2-1所示：
图2-1火力发电的生产过程示意图
2.1.2传统的电力给电系统的弊端
我们现在常用的电都是通过一次能源或者单一的新型能源经过发电机产生电能，这种供电的能源利用率比较低而且所用的传输线比较多并且传输线的架设也是比较费时费力还浪费钱。
这个只是这种路等的前期投资，还用如果当一条路的路灯中又个别坏了，还要对整个线路进行排查，这也是一项庞大的工程，所以我们要找到一种合适的供电系统，以便解决当前我们所面临到的问题。
2.2传统的光伏发电系统的原理
为了为子孙后代留下一点那些少的不能再少点不可再生能源，我们就要寻找新能源，所以随着科技的发展，我们寻到到太阳能作为提供能源的新型能源，但是我们大多数对这种能源知之甚少。
然而我国的太阳能资源比较丰富，且分布范围较广，太阳能光伏发电的发展潜力巨大。
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。
为边远地区供电的系统、太阳能户用电源系统、通讯信号电源、阴极保护、太阳能路灯等各种带有蓄电池的可以独立运行的光伏发电站是独立光伏系统。
图2-2为一独立光伏发电系统的结构示意图，光伏发电系统由太阳能电池、阻塞二极管、调节控制器和蓄电池组成
图2-2 太阳能光伏发电系统结构示意图
2.2.2光伏发电系统的弊端
1光电转化率很低。
太阳能光伏发电的转换效率低，依旧是国家乃至世界研究组一直以来希望妥善解决的问题。
2光伏发电需要很大的面积。
太阳能电池板正越来越多地点缀于城市建筑的屋顶、墙壁，成为一座座所谓“清洁无污染”的太阳能电站。
然而，在这种被称为“绿色电站”的身后，却“隐藏”着一系列高能耗、高污染的生产过程。
此类电池的效率随面积放大而降低。
这一点又与太阳能发电需要充足的日照和广域的面积相矛盾。
3所需光照要求复杂。
太阳能发电所需的必要条件就是光照指数，如在阳光不太充足的多云天气亦或者是雨天和闷热的天气里，太阳光伏效应转换的效率将会大幅度降低，然而系统还仍需连续供电。
4光伏发电成本太高。
阳能电池板效率只达到22%，而且晶硅太阳能电池的主要材料是硅片，然而目前，太阳能电池板主要用的硅，其高纯度是99.9999%。
它的硅技术被德国、日本、美国等几个公司垄断了,但是国内的研发需要高端材料。
可想而知，太阳能电池用的硅都是进口的。
它的价值不菲，成本太高。
2.3传统的风力发电系统的原理
将风能转换为机械功的动力机械，又称风车。
广义地说，它是一种以太阳为热源，以大气为工作介质的热能利用发动机。
风力发电利用的是自然能源。
风力发电可视为备用电源，但是却可以长期利用。
风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。
依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。
用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成交流220V市电，才能保证稳定使用。
机械连接与功率传递水平轴风机桨叶通过齿轮箱及其高速轴与万能弹性联轴节相连,将转矩传递到发电机的传动轴,此联轴节应按具有很好的吸收阻尼和震动的特性，表现为吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。
另一种为直驱型风机桨叶不通过齿轮箱直接与电机相连风机电机类型
2.3.2风力发电系统的不足
风力发电的原理说起来非常简单，最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成，空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能,从而推动叶轮旋转。
如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连，就会带动发电机发出电来。
但是风电系统的不足也十分明显，而主要的有几下几点：
1）噪声，视觉污染都是一种环境污染给人们生活造成不便；
2）占用大片土地，在当前土地资源紧张的境况下造成资源的浪费；
3）不稳定，不可控，风是自然形成而不受人有效的控制；
4）不论材料成本还是技术成本都比较高，不利于普遍的使用风力；
5）大量的建造风力发电的设备使鸟类失去了空间，对生态环境有不利的影响。
2.4风光互补发电系统的原理
2.4.1最合理的独立电源系统
偏远地区一般用电负荷都较小而且居住分散，所以用电网送电成本就很高，因此只能在当地直接发电，最常用的就是采用柴油发电机。
但柴油的储运对偏远地区来说成本太高，而且难以保障。
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，只能依赖当地的自然能源——太阳能和风能。
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。
偏远地区往往太阳能和风能资源又非常丰富，这为在偏远地区推广风光互补发电系统提供了资源条件。
太阳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。
因此，太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性。
白天太阳光最强时，风很小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。
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风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，风光互补发电系统是资源条件最好的独立电源系统。
2.4.2技术方案的最优配置
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。
风电系统是利用小型风力发电机，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，系统造价低，运行维护成本低，缺点是我国的小型风力发电机的可靠性设计一直没能解决。
另外，风电和光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。
由于太阳能与风能的互补性强，风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷。
同时，风电和光电系统在蓄电池组和逆变环节是可以通用的，所以风光互补发电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，风光互补发电系统都可作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最合理的独立电源系统。
目前，推广风光互补发电系统的最大障碍是小型风力发电机的可靠性问题。
3.1.蓄电池的工作特性
蓄电池的工作特性包括：
静止电动势、内阻、充电特性和放电特性。
而我们通常所说的静止电动势就是蓄电池处于静止状态时，正负极板之间的电位差（即开路电压）称为静止电动势。
蓄电池的内阻就是电流流过蓄电池时所受到的阻力，蓄电池的内阻包括以下几部分：
（1）极板内阻很小，随活性物质的变化而变化，充电时变小，放电时变大；
（2）隔板内阻与材料有关；
（3）电解液内阻温度升高，内阻下降；
（4）联条内阻很小，为定值。
在恒流充电过程中，蓄电池的端电压UC和电解液密度ρ25℃随时间ｔC而变化的规律，这个就是我们说的充电特性。
可是在恒流放电过程中，蓄电池的端电压Uf和电解液密度ρ25℃随时间ｔf而变化的规律。
在密度为1.05～1.30g/cm3范围内
ES=0.85+ρ25℃（V）
其中，ρ25℃（V）为25℃时电解液的相对密度ρ25℃=ρT+0.0007（T-25）
3.1.1铅蓄电池的工作原理
铅蓄电池属于二次电池，其充放电过程是一种可逆式电化学
反应。
由于铅蓄电池的电解液是硫酸水溶液，所以在充放电过程
中，蓄电池内电流的形成就是靠正负离子的反方向运动来实现的。
一、铅蓄电池的放电过程
铅蓄电池的放电过程是化学能转变为电能的过程。
蓄电池供给外电路电流时称为放电，放电时电流从正极流出，经用电器流向负极。
在蓄电池内部的电流方向则与上述方向相反，电流是从负极流向正极的。
在电流的作用下，电解液内部处于电离状态，硫酸和正负极板上的活性物质反应形成硫酸铅，硫酸量逐渐减少，硫酸中的氢和正负极板上的二氧化铅的氧气发生反应变成水。
根椐电解液相对密度的大小可以判断蓄电池的放电程度和确定放电终了的主要标志。
必需注意在正常使用情况下，蓄电池不宜放电过度，否则，将使和活性物质在一起的细小硫酸铅结成较大的结晶，增大了极板电阻，影响充电时的还原。
整个放电过程的化学反应式是：
PbO2+Pb+2H2SO4=2PbSO4+2H2O
二、铅蓄电池的充电过程
铅蓄电池的充电过程是电能转换成化学能的过程。
若使铅蓄电池在放电终了后，使正负极板上的生成物质恢复为原来的活性物质，就必须具备一定的条件，这个条件是利用直流电源进行充电。
充电的过程与放电过程正好相反，铅蓄电池内部电流方向是从正极流向负极，充电的电流即从负极流出，经过充电设备流向正极。
在充电电流的作用下，正负极板上硫酸铅分形成二氧化铅和铅，硫酸反回电解液中，当电池充电后，两极板活性物质被恢复为原来的状态，而且电解液中的硫酸成份增加，水份减少。
铅蓄电池充电终期可由电解液相对密度的大小来判断。
充电终期时，由于正负极上的硫酸铅（PbSO4）已大部分转变成二氧化铅（PbO2）和海绵状铅（Pb）。
如果再继续充电，充电电流只能起分解水（H2O）的作用，结果在负极板便有氢气逸出（H2）,在正极板则有氧气（O2）逸出，形成强烈的冒气现象。
因此充电终期，电流不宜过大，否则，产生气泡过于剧烈，易使极板活性物质脱落，所以充电电流应适当的减小。
整个充电过程的化学反应式是：
2PbSO4+2H2O=PbO2+Pb+2H2SO4
3.1.2蓄电池的工作温度影响
在独立运行的太阳能光伏发电系统中,蓄电池是关键部件,其主要作用是存贮和调节电能.目前我国还没有专门用于太阳能光伏发电系统的蓄电池,而是使用常规的铅酸蓄电池,主要类型有:
固定式铅酸电池、工业型密封电池、小型密封电池、启动型蓄电池等.温度是影响蓄电池使用寿命的主要因素之一.蓄电池的工作受到温度影响的主要表现在蓄电池的容量上和寿命上，由于蓄电池在低温或高温环境工作都会影响其工作性能，尤其是在低温下，其工作容量将会下降很多，这是蓄电池特性所决定的。
在地表下1米-1.5米处，其环境温度受地温的影响较明显，起到一定的“恒温”作用，使其在冬季温度觉地表以上高，在夏季炎热时又比地表上温度低，有利于蓄电池性能的发挥。
由于发电系统的输入能量极不稳定，所以一般需要配置蓄电池系统才能工作。
蓄电池容量的选择一般要遵循以下原则：
首先在能满足夜晚照明的前提下，把白天电池组件的能量尽量存储下来，同时还要能够存储满足连续阴雨天夜晚照明需要的电能。
蓄电池容量过小不能够满足夜晚照明的需要，蓄电池过大，一方面蓄电池始终处在亏电状态，影响蓄电池寿命，同时造成浪费。
蓄电池应与太阳能电池、用电负荷（路灯）相匹配。
可用一种简单方法确定它们之间的关系。
太阳能电池功率必须比负载功率高出4倍以上，系统才能正常工作。
太阳能电池的电压要超过蓄电池的工作电压20~30%，才能保证给蓄电池正常负电。
蓄电池容量必须比负载日耗量高6倍以上为宜。
[1]
3.2蓄电池的检测
1外观检测：
检查产品的标志和标识，其内容包括生产厂家、规格型号、商标、正负极。
如果上述内容缺漏，这项检测即为不合格。
外观检查中应特别小心所标内容与实际不符的情况。
外观检查还应该考核蓄电池外壳质量。
确保外壳硬度、注液孔等指标。
2低温启动检测：
低温起动能力检测是将蓄电池完全充电后1h~5h内放入温度-18℃±
1℃的环境中，至少持续20个小时以上。
蓄电池在低温室内或低温箱内取出后1min内，以大电流放电，检测放电时间是否符合标准。
标准要求使用4.5～5倍C20的电流放电，5s时，蓄电池单体电压不得低于1.5V.60s时,蓄电池单体电压不得低于1.4V，也就是模拟实际低温起动时5秒内蓄电池的放电电流。
3蓄电池容量检测：
可通过外观尺寸测量，储备容量检测法（国家标准简易，当蓄电池容量小于120Ah时，应当优先选用储备容量检测法。
在检测过程中，这种方法放电电流大、时间短、电化学极化快且储备容量值明确。
一般情况须要进行三次放电试验才能确定是否合格。
）
4耐温变性能检测：
将蓄电池分别在高于65℃和低于-30℃的环境中放置24小时，然后在25±
10℃的环境中放置12小时，然后进行气密性试验（按照标准给蓄电池每个单体充入或抽出气体，是单体与单体、单体与外界之间产生压差在3s～5s内是否变动，则可以确定气密性是否完好）如果试验合格，则说明蓄电池耐温变性能良好。
4.1.路灯的开关与外界光照强度的关系
在半导体技术的飞速发展下大促进了光能应用的快速进步，在发电，取暖等方面尤为突出，智能化电路设计引进光技术已不是新奇事了，在光控电路的设计中不同于声控电路复杂的结构，随着半导体光敏元器件的快速发展，我们在设计光控电路时面临的问题已由怎样使光信号转化为电信号变为怎样在电路中加大电信号的强度？
这一问题如今也以得到了较好的解决，光敏元器件的应用在光照的情况下使其电参数发生变化从而使其对电流的阻碍作用减小或增大，进而使电路导通或截止，电信号强弱的改变光控转化为电控电路功能的实现便容易了。
在这样的电路设计中，对电路元器件的要求也极为高尤其是光敏元件是光控电路功能实现的核心，必须保证其各项参数的精确，稳定。
故在选择这类元器件时一定
升级会员 