风光互补发电系统 精品.docx

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风光互补发电系统

摘要

进入二十一世纪，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，而能源问题日益严重，一方面是常规能源的匮乏，另一方面石油等常规能源的开发带来一系列的问题，如环境污染、温室效应等。

人类需要解决能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模开发利用可再生能源和新能源。

而太阳能和风能被看做是最具有代表性的新能源和可再生能源，作为这两种能源的高级利用太阳能发电和风力发电技术受到世界各国的高度重视。

由于风力发电和太阳能发电系统均受到外部条件的影响，光靠独立的风力或太阳能发电系统经常会难以保证系统供电的连续性和稳定性，因此，在采用风光互补的混合发电系统来进行相互补充，实现连续、稳定地供电。

风光互补发电以其独特优势成为新能源研究的热点之一。

本文针对风光互补发电系统设计了一套小型模拟装置，包括太阳能电池模拟，用直流电机对风机的模拟和交错并联Buck-Boost蓄电池充电主电路，并对交错并联Buck-Boost电路和交错并联Cuk斩波电路进行了研究、仿真，以及进行了模拟风机装置的调试。

系统控制全部采用Freescale公司的56F8013DSP控制实现，给出了各部分流程图。

对于软硬件的关键问题还给出了相应解决方案。

关键词：

风光互补Buck–Boost电路DSP

Wind&SolarHybridGeneratingSystem

ABSTRACT

Enteringthe21stcentury,humanbeingsarefacingtorealizethesustainabledevelopmentofeconomyandsociety,andenergyproblembecomesmoreandmoreserious,ontheonehand,

conventionalenergyisseriousshortontheotherhand,thedevelopmentofoilandotherconventionalenergybringsaseriesofproblems,suchastheenvironmentalpollution,thegreenhouseeffectandsoon.Onlybyrelyingontheprogressofscienceandtechnologyandthelarge-scaleexploitationandutilizationofrenewableenergyandnewenergycanhumansolvetheproblemofenergy,andrealizethesustainabledevelopment.Andsolarandwindpowerareconsideredthemostrepresentativeofnewandrenewableenergy,Thepowertechnologyofsolarenergyandwindattrackworld’sattention.Becauseofwindpowerandsolarpowersystemunderexternalconditions,andonlybyindependentwindorsolarpowersystemsoftenhardtoensurethecontinuityandconsistencyofpowersystemtherefore,usinghybridpowersystemofcomplementaryscenerytocomplementeachother,realizethecontinuous,stablepowersupply.Wind-lightcomplementarywithitsuniqueadvantagesbecomeoneofnewenergyresearchhotspots.Aimingatwind-lightcomplementarythisarticledesignasmalldevice,includingsolarcellsindcmotor,thesimulationandinterlacingoffanparallelBuck-hee,andmaincircuitbatteriestoBuckstaggeredshuntcircuitandinterlacingparallelhee-Cukchopperwerestudied,andthesimulation,thesimulatedfanunitcommissioning.ControlsystemadoptFreescalecompany56F8013DSPcontrolchart,eachpart.Thekeyquestionforsoftwareandhardwaretothecorrespondingsolutions.

Keyword:

WindandPVhybridBuck–BoostCircuitDSP

目录

摘要I

ABSTRACTII

1绪论1

1.1能源问题1

1.2风能太阳能的概况1

1.3风光发电的发展概况1

1.4本文的主要内容3

2风光互补发电系统总体方案的设计4

2.1风光互补发电系统的组成及总体框图4

2.2模拟太阳能电池框图5

2.3模拟风力发电机组的组成及框图6

3风光互补发电系统的硬件设计7

3.1风光互补系统硬件的总体设计7

3.2风光互补系统主电路8

3.3风光互补系统的电源模块9

3.3.115V电压产生电路9

3.3.2±5V电压产生电路9

3.3.35V电压产生电路10

3.4检测模块11

3.4.1电压检测电路11

3.4.2电流检测电路11

3.5驱动模块12

4风光互补发电系统的软件设计14

4.1软件实现功能14

4.1.1模拟太阳能电池输出装置软件主要实现功能14

4.1.2直流电机电枢电流控制软件主要实现功能14

4.1.3蓄电池充电电路软件主要实现功能14

4.2软件设计工具14

4.2.1软件开发环境CodeWarrior概述15

4.2.2PE（ProcessorExpert）概述15

4.3程序实现方法及流程图15

4.3.1模拟太阳能电池输出流程图15

4.3.2模拟风机流程图17

4.3.3蓄电池充电电路流程图18

4.4程序关键部分的实现20

4.4.1使用DSP芯片实现PWM移相20

4.4.2单极性移相PWM控制的实现21

4.4.3双极性移相PWM控制的实现21

4.4.4DSP定标和标幺化21

4.4.4.1定标21

4.4.4.2标么化22

5系统仿真与调试23

5.1仿真工具简介23

5.2交错互补buck-boost斩波电路23

5.2仿真模型23

5.2.1仿真结果23

5.2.3结果分析26

5.3模拟风机系统调试26

5.3.1调试设备27

5.3.2跟踪风机I-n曲线实验27

5.3.3模拟太阳能电池输出曲线30

6结论32

参考文献33

附录34

谢辞57

1绪论

1.1能源问题

能源是不仅仅是现代经济社会发展的基础，也是经济社会发展的重要制约因素。

当前，包括我国在内的绝大多数国家都以石油和煤炭等矿物燃料为主要能源。

随着矿物燃料的日益枯竭和全球环境的日益恶化，很多国家都在认真探索能源多样化的途径，积极开展新能源和可再生能源的研究开发工作。

“解决能源危机可以有如下三种办法：

一是提高燃烧效率以减少能源消耗，实现清洁煤燃料以减少污染；二是开发新能源，积极利用可再生能源；三是开发新材料、新工艺，最大限度地实现实现节能。

太阳能和风能被看作是最具有代表性的新能源和可再生能源，作为这两种能源的高级利用，太阳能发电和风力发电技术受到世界各国的高度重视。

”[1]

1.2风能太阳能的概况

人太阳能能分布广发，可自由利用，取之不经，用之不竭，是人类最终可以依赖的能源。

而光伏发电技术是太阳能利用技术中最具有发展前景的方式之一。

[5]它具有无污染、无噪声、安全可靠、故障率低、维护简单、建设周期短等优点。

它是今后可替代矿物燃料的战略性能源，又是当前边远地区能源供应的一种有效的补充。

随着矿物燃料的逐渐消耗，太阳能光伏发电技术将越来越显示其重要性和发展潜力。

风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射造成地球表面受热不均引起的，引起大气层压力分布不均，以致空气流动所形成的动能称为风能。

风能是太阳能的一种转换形式，是一种重要的自然能源，一起蕴藏量巨大、可以再生、分布广泛以及没有污染等优势而在各国发展迅速。

全球的风能约为2.74×109WM，其中可利用的风能为2×107WM，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。

可以看出，太阳能发电和风力发电对于改善能源结构、推动生态环境建设，特别是对边远地区的生产、生活用电等诸多领域的发展将发挥积极的作用，具有广阔的市场前景。

1.3风光发电的发展概况

光伏发电技术

1839年，法国物理学家EdmondBecquerel意外的发现，用两片金属浸入溶液结构的付打电池在光照下会产生额外的电视，他将这种现象称为“光生付打效应（PhotovoltaicEffect）”。

1873年，英国科学家WilouzhbySmith观察到对光敏感的硒材料，并推断出在光的照射下硒导电能力的增加正比与光通量。

1880年，CharlesFfitts开发出以硒为基础的太阳能电池，以后人们即把能够产生光生付打效应的器件称为“光伏器件”。

半导体PN结器件在阳光下的光电转换效率最高，通常称这类光伏器件为“太阳能电池（SolarCell）”。

1954年，贝尔实验室的科学家们第一次用晶体硅材料制成了光伏电池，光电转换效率高达4%。

始于20世纪50年代的空间发展计划成为光伏发电技术的第一个主要应用对象，而且光伏技术的发展也成为整个空间技术发展计划的一部分，对光伏技术的发展起到了巨大的推动作用。

今天，几乎所有的人造卫星都是靠光伏电池供电，包括通信卫星、军事卫星和科学家实验卫星。

风能发电技术

20世纪90年代中后期，在世界范围内形成了一股风力发电热，风力发电量增长速度居全球之首。

全世界风力发电迅猛发展的原因主要有一下几个：

第一，风力发电技术比较成熟。

近20年来，美国、丹麦等国家投入了大量的人力、物力和财力研究可以商业运营的风力机，取得了突破性的进展。

可利用率从原来的50%提高到98%，风能利用系数超了40%。

由于采用计算机技术，实现了风机自诊断功能，安全保护措施更加完善，并且实现了单机独立控制、多机群控和遥控，完全可以无人职守。

现代风力机技术是现代高科技的完善组合。

目前，百千瓦级风机已经商品化，投入批量生产，兆瓦级机组也正小批量生产。

第二，风力发电具有经济性。

目前据美国能源部2000年统计，全世界风力发电机组的单位造价已降为1000美元/KW，单位发电成本为4~7美分/kWh；而火力发电单位造价为700~800美元/KW，单位发电成本为5~8美分/kWh。

第三，全球有丰富的风能资源。

据统计全球风能潜力约为目前全球用电量的5倍。

美国0.6%的陆地面积安装