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1、论文题目：太阳能风光互补发电系统论文题目：太阳能风光互补发电系统 摘摘 要要 节能和环保已成为当今世界的两大主题。利用风能、 太阳能发电是对两种 最为理想、无污染的绿色再生资源的利用，目前已成为开发研究的一项重大课 题。风光互补发电控制系统是为了弥补传统电力的不足而设计的独立发电设备。 它是由太阳能电池组件与风力发电机配合而成的一个系统，通过微型计算机的 远程控制，并实现了免维护的功能。 关键词关键词：风能，太阳能，风光互补系统，微型计算机 Abstract Economizing energy sources and protecting environment has been two s
2、ubject of the world, nowadays. The wind-force and solar-energy, a green reborn resource free from the pollution, is the most ideal to generate electricity. Now, this is already unimportant project for us to develop and study. Solar and Wind Hybrid Generation Systems is to make up the independent gen
3、erating set which the traditional electric power the insufficiency designs. It is a system which becomes by the solar cell module and the wind-driven generator coordination, through microcomputers remote control, and realized has exempted the maintenance the function. Keyword: Wind power，Solar power
4、，Wind-solar hybrid power system，Micro- computer 目目 录录 1 绪论1 2 系统框图1 3 太阳能电池2 3.1 太阳能电池的原理2 3.2 太阳能电池板的计算4 4 蓄电池的工作特性6 4.1 蓄电池充电状态的检测6 4.2 蓄电池的容量计算6 5 控制电路.7 5.1 控制电路原理7 5.2 8051 单片机7 5.3 ADC0809 逐次逼近式 8 位 A/D 转换器8 5.3.1 ADC0809 特性介绍 8 5.3.2ADC0809 与单片机的连接 .9 5.4 显示接口电路9 5.5 分频电路 10 5.6 模拟量输入电路 11 5.
5、7 光电隔离器工作电路11 5.8 逆变电路 12 6 软件设计14 7 抗干扰问题14 结论15 致谢16 参考资料17 附录 1.18 附录 2.19 1 1 绪论绪论 电力在现实生活中占主导地位，但是受客观环境的限制，有些地区根本无 法实现电业的发展和建设。太阳能光伏发电,无运动部件,稳定可靠,但目前成 本较高,而风力发电成本低但随机性大,供电可靠性差,将两者结合起来,可实现 昼夜发电。在太阳光资源和风资源丰富的地区,风光互补发电系统与单一风电 系统和光电系统相比具有供电的连续性好、稳定性和可靠性高等特点,风光互 补发电系统是相对较好的独立电源系统,已经在我国的西部很多地区得到了广 泛的
6、应用,解决了农牧民的用电问题。此系统就是利用风和光两种自然能源相 互补充发电，由太阳能电池板与风力发电机发电，经蓄电池充电，给负载供电 的一种新型能源。它既不消耗任何矿物燃料，又完成了对自然能源的合理利用。 此系统可以应用于微波通讯、基站、电台、野外活动、高速公路、无电扇区、 村庄、海岛的电力提供。而且为了适应偏远地区不便利的地理环境。风光互补 发电控制系统几乎完成了智能化，免维护。尤其适合在内蒙古风力大的偏远山 区。风光互补发电系统还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，既可保证系统供电的可靠性，又可降低发电系统的造价。无论 是怎样的环境和用电要求，风光互补发电系统都
7、可做出最优化的系统设计方案 来满足用户的要求。因此，风光互补发电系统可以说是最合理的独立电源系统。 这种合理性既表现在资源配置上，又体现在技术方案和性能价格上，正是这种 合理性保证了风光互补发电系统的可靠性，从而为它的应用奠定了坚实的基础。 2 系统框图系统框图 系统结构图如图 1 所示。该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多种能源发 电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。 太阳能电池风力发电机 微机控制系统逆变器蓄电池 图 1 系统框图 从图 1 中我们可以看出，它的主要组成设备有： 风力发电机：风机采用具有特别适合大多内陆地区低风速、时发电特性好、 发电量大的特点。具有机械、
8、电子刹车装置，可以确保在高风速时，风机转速 稳定控制在安全可靠的范围内，使最高输出电压成为安全可控的电压2。采用 2 12V/150W 风力发电机，当风力3m/s 工作，10m/s 风速时达到额定 150W 功 率。 太阳能光电池板：采用 100W/14V ，0.6的硅光电池，它能将太阳能转化 为电能，属于一种半导体元件，它的特点：它是转换效率高达 15%的单晶硅太 阳能电池板。具有抗风、防潮、工作稳定、无需维护等特点。 铅酸蓄电池：蓄电池的选择要求：重量轻、体积小、能量转换率高、自放 电慢、充放电循次数多（即使用寿命长）等。其次，还有些特殊要求如低温时 能大电流放电、维护简单或无需维护、自放
9、电（析氢）特别慢等。 微机控制系统：微机控制系统是整个设计的核心内容。它是整个系统安全 运行的基本保证。另外本系统受应用环境的要求，本身就要求实现免维护。所 以无论从硬件系统还是软件系统都要对系统有保护作用。例如在本系统硬件设 计中有蓄电池电压控制，因为直流充电的蓄电池，要求电压控制在 101216V 之间，才能安全使用，不至于被烧坏。所以电压控制用来保证其 既不过充又不过放；继电器工作要求是：在接受到指令后，要按指令要求来动 作。而且一旦出错就要有报警显示。为了实现继电器正常工作，系统设有继电 器动作检测，并对故障状态设有报警显示；为了保证整个系统工作的正常，执 行动作正确，系统对 ADC0
10、809 的转换也设有转换结果正确与否的检测，并在 ADC0809 不正常工作时报警显示；整个系统是一个严密完整的智能化系统， 使用起来方便。 逆变器：逆变系统是把蓄电池中的直流电变成标准的 220V 交流电，保证 交流电在设备的正常使用。同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系 统的供电质量；在逆变器的电路结构形式上，主要是工频变压器和高频变压器 两种形式。对一个风光发电系统而言，逆变器是一种电力电子设备，抗过载， 抗冲击的能力要相对弱一些，是最易出故障的单元。 3 太阳能电池太阳能电池 3.1 太阳能电池的原理太阳能电池的原理 太阳能光伏电池(简称光伏电池)用于把太阳的光能直接转化为电能
11、。目前 世界各国正在研究的太阳电池主要有单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳电池。在能 量转换效率和使用寿命等综合性能方面，单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。 多晶硅比单晶硅转换效率略低，但价格更便宜。另外，还有其它类型的太阳电 池5。 太阳能电池的能量转换是应用 P-N 结的光伏效应（Photovoltaic Effect） 。首 先对 P-N 结二极管做一简单说明。如图 2 所示，为一理想的 P-N 结二极管的电 3 流-电压（I-V）特性图，其对应的方程式如下： （1） 1exp1exp T pn s pn spn nV V I nkT qV II Ipn，Vpn：P-N 结二极管的电流及电压 k
12、：波尔兹曼常数（Boltzmann Constant：1.3810-23J/K） q：电子电荷量（1.60210-19 库仑） T：绝对温度（凯氏温度 K摄氏温度273 度） Is：等效二极管的逆向饱和电流 VT：热电压（Thermal Voltage：25.68mV） 太阳能电池将太阳光能转换为电能是依赖自然光中的的量子-光子 （Photons） ，而每个光子所携带的能量为 Eph： （2） hc Eph h：普郎克常数（Planck Constant：4.1410-15eVS） c：光速（3108m/s） ：光子波长 图2 P-N结二极管I-V特性图 但并非所有光子都能顺利地通过太阳能电池
13、将光能转换为电能，因为在不 同的光谱中光子所携带的能量不一样。 当光子所携带的能量大于禁带（Band Gap）能量时，电子由价电带 （Valence Band）跃迁至导电带（Conduction Band）而产生所谓的“电流”， 所以当光子所携带的能量若大于禁带能量时，便可以通过光电子转换成电能。 当入射太阳光的能量大于硅半导体的禁带能量时，太阳光子照射入半导体 内，把电子从价电带激发到导电带，从而在半导体内部产生了许多“电子-空 穴”对，在内建电场的作用下，电子向 N 型区移动，空穴向 P 型区移动，这 样，N 区有很多电子，P 区有很多空穴，在 P-N 结附近就形成了与内建电场方 向相反的
14、光生电场，它的一部分抵消了内建电场，其余部分则使 P 区带正电， N 区带负电，于是在 N 区与 P 区之间产生了光生伏打电动势，这就是所谓的 4 “光生伏打效应”。 如果位太阳电池开路，即组成电池回路中，负载电阻为无穷大，则被 P-N 结分开的电子和空穴，就会全部积累在 P-N 结附近，于是出现了最大光生电动 势，它的数值即为开路电压，记作 Voc。 如果把太阳电池短路，即回路负载电阻为零，则所有 P-N 结附近的电子与 空穴，由结的一边，流经外电路到达结的另一边，产生了最大可能的电流，即 短路电流记作 ISC。 太阳能电池相当于具有与受光面平行的极薄 P-N 结的大面积的等效二极管， 因此
15、可以假设太阳能电池为一个二极管与太阳光电流发生源所并联的等效电路， 如图 3 所示。 图 3 太阳能电池的理想状态等效电路 3.2 太阳能电池板的计算太阳能电池板的计算 硅太阳能发电板容量是指平板式太阳能板发电功率 WP。太阳能发电功率 量值取决于负载 24h 所能消耗的电力 H(WH)，由负载额定电源与负载 24h 所 消耗的电力，决定了负载 24h 消耗的容量 P(AH)，再考虑到平均每天日照时数 及阴雨天造成的影响，计算出太阳能电池阵列工作电流 IP(A)。 由负载额定电源，选取蓄电池公称电压，由蓄电池公称电压来确定蓄电池 串联个数及蓄电池浮充电压 VF (V)，再考虑到太阳能电池因温度
16、升高而引起的 温升电压 VT(v)及反充二极管 P-N 结的压降 VD(V)所造成的影响，则可计算出 太阳能电池阵列的工作电压 VP(V)，由太阳电池阵列工作电源 IP(A)与工作电 压 VP(V)，便可决定平板式太阳能板发电功率 WP，从而设计出太阳能板容量， 由设计出的容量 WP 与太阳能电池阵列工作电压 VP，确定硅电池平板的串联 块数与并联组数7。 太阳能电池阵列的具体设计步骤如下： 计算负载 24h 消耗容量 P。 P=H/V （） V负载额定电源 选定每天日照时数 T(H)。 5 计算太阳能阵列工作电流。 IP=P(1+Q)/T （） Q按阴雨期富余系数，Q=0.211.00 确定
17、蓄电池浮充电压 VF。 镉镍()和铅酸()蓄电池的单体浮充电压分别为 1.41.6V 和 2.2V。 太阳能电池温度补偿电压 VT。 VT=2.1/430(T-25)VF （） 计算太阳能电池阵列工作电压 VP。 VP=VF+VD+VT （） 其中 VD=0.50.7，约等于 VF 太阳电池阵列输出功率平板式太阳能电板。 WP=IPUP （） 根据 VP、WP 在硅电池平板组合系列表格，确定标准规格的串联块数和并 联组数。 太阳电池阵列的伏安特性如图 5。由图可知，该伏安特性曲线具有强烈的 非线性。太阳电池阵列的额定功率是在以下条件下定义的：当日射 S=l000W；太阳电池温度 T=25；大气
18、质量 AM=1.5 时，太阳电池阵列输出 的最大功率便定义为它的额定功率。太阳电池阵列额定功率的单位为“峰瓦”， 记以“WP”。当日射 S1000W时。 图 4 太阳电池阵列的伏安特性曲线 温度和日照强度的变化对太阳电池的伏安特性都有影响，在仅改变日照强 度而保持其它条件(如太阳电池温度和大气质量等)不变的情况下。计算出每天 消耗的瓦时数(包括逆变器的损耗)： 逆变器的转换效率为 90，则当输出功 率为 100W 时，则实际需要输出功率应为 100W/90=111W；若按每天使用 8 小时，则耗电量为 111W*8 小时=888Wh。按每日有效日照时间为 6 小时计算， 再考虑到充电效率和充电
19、过程中的损耗，太阳能电池板的输出功率应为 888Wh/6h/70%=210W。其中 70是充电过程中，太阳能电池板的实际使用功 率。 6 4 蓄电池的工作特性蓄电池的工作特性 蓄电池的使用,最重要的是有效利用其充放电特性。有效、科学地使用蓄 电池,不仅对提高其使用效率、延长其使用寿命十分关键,同时也可以提高整个 系统的工作效率。 4.1 蓄电池充电状态的检测蓄电池充电状态的检测 准确判断蓄电池的充电状态是有效利用蓄电池的充放电特性和选择适当的 充电方法的前提。目前，绝大多数的太阳能控制器采用的是在线检测蓄电池的 端电压,并以此作为自动切换充电方法的依据。但众所周知,蓄电池的端电压受 到很多因素
20、的影响，尤其在充电过程中，蓄电池的端电压受到太阳能电池端电 压的制约，不能准确反映其荷电状态。比如，当系统所处温度较高时，容易出 现蓄电池容量未满却已不能充入的现象，即“虚满”，这样就很难检测出蓄电池 的准确荷电状态，影响整个系统的正常工作。为此提出了一种新的检测方法 离线式检测。在铅酸蓄电池的理论中，蓄电池的电动势可表示为： （8） )( )( ln0 2 42 OH SOH nF RT EE 式中:E电池电动势，(V) E0所有反应物的活度或压力等于 1 时的电动势，称为标准电动势(V)。 R摩尔气体常数；T温度,(K)；F法拉第常数；n电化学反应中 的电子得失数目。从(8)式可以看出，电
21、动势与硫酸浓度有关，也就是与荷电状 态有关。而蓄电池的开路电压在数值上接近电动势。根据有关文献，蓄电池的 稳态开路电压与其荷电状态有良好的线性关系。因此，由蓄电池的开路电压可 以估算出其荷电状态。 4.2 蓄电池的容量计算蓄电池的容量计算 蓄电池的容量由下列因素决定： 蓄电池单独工作天数。在特殊气候条件下，蓄电池允许放电达到蓄电池所 剩容量占正常额定容量的 20%。 蓄电池每天放电量。对于日负载稳定且要求不高的场合，日放电周期深度 可限制在蓄电池所剩容量占额定容量的 80%。 蓄电池要有足够的容量，以保证不会因过充电所造成的失水。一般在选蓄 电池容量时，只要蓄电池容量大于太阳能发电板峰值电流的
22、 25 倍，则蓄电池 在充电时就不会造成失水。 7 蓄电池自身漏掉的电能。随着电池使用时间的增长及电池温度的升高，自 放电率会增加。对于新的电池自放电率通常小于容量的 5%，但对于旧的质量 不好的电池，自放电率可增至每月 10%15%。 蓄电池的额定容量 C，单位安时（Ah） ，它是放电电流安（A）和放电时间 小时（h）的乘积。由于对同一个电池采用不同的放电参数所得出的 Ah 是不同 的，为了便于对电池容量进行描述、测量和比较，必须事先设定统一的条件。 实践中，电池容量被定义为：用设定的电流把电池放电至设定的电压所给出的 电量。也可以说电池容量是：用设定的电流把电池放电至设定的电压所经历的 时
23、间和这个电流的乘积由于要一天工作 8 小时，阴雨天能连续工作三天，所以 可得出太阳能蓄电池的容量。取容量为 12V/200Ah;采用全密闭免维护 12V 铅 酸蓄电池,由于蓄电池放电不能低于 10V 充电不高于 16V。 5 控制电路控制电路 5.1 控制电路原理控制电路原理 由图 5 可以看出，风力发电与太阳能光电池板发电，共同给蓄电池供电 （为直流） 。此时风力发电机、太阳能电池板和蓄电池又共同为直流负载供电 （风力发电机发出的电经过三相整流后便为直流） 。 图 5 控制电路原理 微型单片机系统对蓄电池两端电压进行检测：若蓄电池过充，则使继电器 J1 动作，断开充电回路，不再为蓄电池供电；
24、若检测结果是蓄电池过放，则使 继电器 J2 动作，断开负载电路，不再为负载供电，而给蓄电池充电。为保护 系统,增加了二极管 Da 和 Db，它们的作用如下： Da 的作用是三相整流的二极管组。因为蓄电池供电要求直流电压。而风力 发电机所发的是三相交流电。为了把交流电能转换为直流电能，增设的三相整 流二极管组。 Db 的作用是防止在光电板内产生倒向电流，使得光电板遭到破坏。 5.2 8051 单片机单片机 8 单片机是一种高度集成的芯片，它的内容是一台完整的微型计算机。由于 体积小，使得它在计算机外部设备，过程及工业控制设备等领域应用广泛。单 片机是按工业标准设计的，所以它有很好的环境适应能力和
25、抗干扰能力。有很 好的可靠性。 目前世界上常用的单片机有 8051、MC6805、和 MPD7811 系列。本设计主 要采用 8051 单片机作为微机控制的核心。 8051 型号的单片机属于单片机 MCS-51 系列，为 CMOS 芯片。它的内部 只有 128 字节的数据存储器（RAM） ，4K 存储器（ROM） 。 8051 单片机是在一块芯片上集中了 CPU、RAM，定时器/计数器和多功能 的 I/O 线等计算机所需要的基本功能部件。他们都是通过片内单一总线连接而 成。其基本结构依然是通用 CPU 加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的 控制上却有了很大的变化。采用了特殊功能寄存器（SFR
26、）的集中控制方法。 5.3 ADC0809 逐次逼近式逐次逼近式 8 位位 A/D 转换器转换器 5.3.1 ADC0809 特性介绍特性介绍 ADC0809 是 8 路模拟输入的 8 位模数转换器，逐次逼近式 CMOS 芯片， 28 线双列直插式封装。 ADC0809 是 CMOS 单片型逐次逼近式 AD 转换器，内部结构如图 6 所 示，它由 8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8 位开关树型 DA 转 换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此， ADC0809 可处理 8 路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器 相连，也可单独工作。输入输出与 TTL
27、 兼容11。 图 6 ADC0809 内部结构框图 芯片的主要部分是一个 8 位逐次比较式 A/D 转换器和 8 位模拟转换电路。 转换器以 8 个时钟周期的时间完成一位转换值，在 64 个脉冲后完成 8 位的转 换，时钟由外电路提供，典型频率为 640KHz，8 路模拟开关由 3 位二进制信 息控制，以完成对某一路模拟信号转换。转换得到的数字信号锁存在内部的输 9 出锁存器中，由输出允许信号选通锁存器即可在输出线上得到转换结果数据。 ADC 0809 通过引脚 IN0, IN1, IN7可输入 8 路单边模拟输入电压。ALE 将 3 位地址线 ADDA,ADDB,ADDC 进行锁存,然后由译
28、码器选通 8 路中的一路 进行 A/D 转换。 首先输入 3 位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译 码选通 8 路模拟输入之一到比较器。START 上升沿将逐次逼近寄存器复位。 下降沿启动 AD 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。直到 AD 转换完成，EOC 变为高电平，指示 AD 转换结束，结果数据已存入锁 存器，这个信号可用作中断申请。当 OE 输入高电平时，输出三态门打开，转 换结果的数字量输出到数据总线上。 5.3.2ADC0809 与单片机的连接与单片机的连接 8051 通过 74LS138 译码器的输出端和读、写控制线来控制转换器的模5Y
29、拟输入通道地址锁存、启动和输出允许。 ADC 0809 的时钟频率为 640kHz，转换时间为 100，微机的时钟频率 5MHz 或更高一些，因此系统时钟必须经分频器分频后接到 ADC0809 芯片的 CLOCK 引脚上。另外，ADC0809 的 EOC 端可在转换结束时发中断请求脉冲， 若用中断输入数据的方式则可利用 EOC 引线。如图 7 所示。 图 7 ADC0809 与系统总线的连接 5.4 显示接口电路显示接口电路 单片机应用系统中，使用的显示器主要有 LED 发光二极管和 LCD 液晶显 示器。这两种显示器的成本低廉，配置灵活，与单片机接口方便。本设计中采 用的则是发光二极管。LE
30、D 显示块是发光二极管显示字段的显示器件。这种显 示块有共阴极和共阳极两种。共阴极 LED 显示块的发光二极管阴极共地。当 10 某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；共阳极 LED 显示块的 发光二极管阳极并接+5V 电压，当某个发光二极管的阴极为低电平时，发光二 极管点亮。 系统中需要做出报警显示的有图中几种情况。所以在设计中采用六路 LED 完成显示工作。每一路代表一种状态。 所有 LED 的阳极都接上了+5V 电压，所以它属于共阳极显示器。当某个 LED 的另一端接上低电平的时候，二极管即会发光，我们也就知道系统的运行 状态，从而知道系统下一步工作。 每个 LED 的电压降为
31、 1.21.5V，接上+5V 电压在驱动 LED 发光的情况下， 它的大电流有可能烧坏 8051 的接口。为了避免这一情况发生，我们接入 560 电阻，可以使进入 8051 的电流在其允许的安全范围内，电路如图 8 所示。 图 8 六路 LED 显示器 5.5 分频电路分频电路 8051CPU 要与其他芯片协调工作，首先要完成它们的时钟配合。ADC0809 的选通信号的是由 8051 的 ALE 信号来担负的。8051 的 ALE 信号的时钟频率 为 2MHz，而 ADC0809 的时钟频率却不大于 600KHz，为了使得 ADC0809 能 正常工作，我们要对 8051 的 ALE 信号进行
32、四分频。其电路图 9 所示。 图 9 四分频电路结构图 本电路采用 D 触发器进行分频。一个 D 触发器为 2 分频。经过两个 D 触 11 发器后，8051 的 ALE 信号的时钟频率就变成了 500KHz，也就能满足 ADC0809 的时钟频率要求了。 5.6 模拟量输入电路模拟量输入电路 系统控制的模拟量是蓄电池两端的电压。但是这个控制电压并不能满足微 型计算机正常工作的电压要求。因为我们要完成的蓄电池电压控制是使它在 101216 之间运行，直接接受此电压的是 ADC0809，而 ADC0809 的工作电 压为 5V。因而为了使系统正常工作，我们要把外部模拟量的输入转换为小于 5V 的
33、电压。于是设计了如图 10 所示。 图 10 模拟量输入电路 电路中电阻 R1 和可调电阻 R2 构成分压电路，调节 R2 可以使得 1 端输入 电压为标准值的时候，对应 INO 输入端为 5V，运算放大器 324 接成电压跟随 器电路，起阻抗隔离作用，电容 C1 为电解电容，起滤波作用，防止交流干扰； 电容 C2 也为滤波电容，容值小，抑制交流干扰。 5.7 光电隔离器工作电路光电隔离器工作电路 光电耦合器由发光源和受光器两部分组成，并封闭在同一个不透明的管壳 内，由绝缘管的透明树脂隔开。光电耦合器用途很多，如作为高压开关、信号 隔离转换、脉冲系统间的电平配比以及各种逻辑电路等。 图 11
34、驱动继电器动作电路 图 11 所示电路为利用光电耦合器连接成的驱动继电器动作电路，当 P1.4 的电平被清为低电平时，在发光二极管中产生电流，于是在对应端产生电流， 12 使 J1 线圈带电，按照指令的要求动作。 图 12 为利用光电耦合器连接成的反馈输入电路，当 J1 的常开触点动作闭 合，使电路接通，于是产生电流，使 P1.6 产生低电平，即可由软件采集 P1.6 信号，根据要求对系统采用相应控制了。 图 12 反馈输入电路 5.8 逆变电路逆变电路 利用 TL494 组成的稳压逆变器电路。 TL494 是一种固定频率脉宽调制电 路，它包含了开关电源控制所需的全部功能，广泛应用于单端正激双
35、管式、半 桥式、全桥式开关电源。TL494 有 SO-16 和 PDIP-16 两种封装形式，以适应不 同场合的要求。其主要特性集成了全部的脉宽调制电路；片内置线性锯齿波振 荡器；外置振荡元件仅两个（一个电阻和一个电容） ；内置误差放大器；内止 5V 参考基准电压源；可调整死区时间；内置功率晶体管可提供 500mA 的驱动 能力；推或拉两种输出方式。TL494 内部电路如图 13 所示 图 13 TL494 内部电路 控制信号由集成电路外部输入，一路送至死区时间比较器，一路送往误差 放大器的输入端。死区时间比较器具有 120mV 的输入补偿电压，它限制了最 小输出死区时间约等于锯齿波周期的 4
36、%，当输出端接地，最大输出占空比为 96%，而输出端接参考电平时，占空比为 48%。当把死区时间控制输入端接上 13 固定的电压（范围在 03.3V 之间）即能在输出脉冲上产生附加的死区时间。 脉冲宽度调制比较器为误差放大器调节输出脉宽提供了一个手段：当反馈电压 从 0.5V 变化到 3.5 时，输出的脉冲宽度从被死区确定的最大导通百分比时间中 下降到零。两个误差放大器具有从-0.3V 到（Vcc-2.0）的共模输入范围，这可 能从电源的输出电压和电流察觉得到。误差放大器的输出端常处于高电平，它 与脉冲宽度调制器的反相输入端进行“或”运算。 逆变器的主要指标：DC10V14.5V；输出电压：A
37、C200V220V10； 输出频率：50Hz5；输出功率：70W150W；转换效率：大于 85；逆变 工作频率：30kHz50kHz。逆变电路如图 14 所示。 图 14 逆变电路 第 11、12 脚构成稳压取样、误差放大系统，正相输入端1 脚输入逆变 器次级取样绕组整流输出的 15V 直流电压，经 R11、R12 分压，使第 1 脚 在逆变器正常工作时有近 4.75.6V 取样电压。反相输入端 2 脚输入 5V 基准电压(由 14 脚输出)。当输出电压降低时， 1 脚电压降低，误差放大器 输出低电平，通过 PWM 电路使输出电压升高。正常时 1 脚电压值为 5.4V，2 脚电压值为 5V，3
38、 脚电压值为 0.06V。此时输出 AC 电压为 235V(方波电压)。第 4 脚外接 R16、R14、C2 设定死区时间。正常电压值 为 0.01V。第 5、6 脚外接 C13、R15 设定振荡器三角波频率为 100Hz。正 常时 5 脚电压值为 1.75V，6 脚电压值为 3.73V。第 7 脚为共地。第 8、11 脚为内部驱动输出三极管集电极，第12 脚为 TL494 前级供电端，此三端 通过开关 S 控制 TL494 的启动/停止，作为逆变器的控制开关。当S1 关断 时，TL494 无输出脉冲，因此开关管 VT4VT6 无任何电流。 S1 接通时， 此三脚电压值为蓄电池的正极电压。第9
39、、10 脚为内部驱动级三极管发射 极，输出两路时序不同的正脉冲。正常时电压值为1.8V。第 13、14、15 脚其中 14 脚输出 5V 基准电压，使 13 脚有 5V 高电平，控制门电路，触发 器输出两路驱动脉冲，用于推挽开关电路。第15 脚外接 5V 电压，构成误 14 差放大器反相输入基准电压，以使同相输入端16 脚构成高电平保护输入 端。此接法中， 当第 16 脚输入大于 5V 的高电平时，可通过稳压作用降低 输出电压，或关断驱动脉冲而实现保护。在它激逆变器中输出超压的可能性 几乎没有，故该电路中第 16 脚未用，由电阻 R18 接地。 6 软件设计软件设计 合理的系统设计自然要完成硬
40、件和软件的协调使用，既不会因为过分强调 硬件设备，而使系统昂贵而庞大，使用笨拙，且缺少基本的保护；也不会因为 过分强调软件，而使系统使用复杂，操作困难，自然也不希望因此影响到系统 的运行速度。程序流程图如图 15 所示。 设 T0 为计时器，时间 常数为 10 微秒，也可 申请中断，T1 不用 启动定时器 0 调用 QD 子程序 调用 GCZC 调用 GFZC Y 主程序T0 中断服务程序 R0 加 1 R0=100？ 到一秒吗？ 令 R0=0 重新 T0 初始化 RET N 图 15 程序流程图 7 抗干扰问题抗干扰问题 所谓干扰，是指由于某种干扰源产生，并通过一定途径，侵入电器装备或 调节
41、控制系统，对装备或系统的正常工作造成某种程度影响的一些动态瞬变讯 号或误差讯号。在计算机控制系统中，产生干扰的途径和方式比较多。本系统 15 产生干扰的原因主要有：继电器动作中电火花产生造成的干扰，电源扰动产生 的干扰，还有就是外部信号瞬间波动或错误信号也可能给系统带来一定的干扰。 在系统设计中，我们采用了光电耦合器就是考虑到抗干扰问题，这是由光电耦 合器结构和自身的特点决定的： 光电耦合器的信号传递采用电-光-电的形式，发光部分和受光部分不接触， 因此具有很高的绝缘电阻，可以达到 1010欧姆以上。并能承受 2000 伏以上的 高压，因而被耦合的两个部分可以自成系统，也不需要“共地”。绝缘和
42、输出性 能较好，能够避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰。 光电耦合器作为开关应用时，具有耐用，可靠性高和速度快等优点。响应 时间一般为数 以内，高速型光电耦合器的响应时间有的甚至小于 10。 所以光电耦合器的使用是抗干扰问题的很好解决方案。 结论结论 风光互补发电系统由太阳能光电板，风力发电机，控制系统，蓄电池等几 部分组成。发电系统各部分容量的合理配置对保证发电系统的可靠性非常重要。 光电系统是利用光电板将太阳能转换成电能，然后通过控制系统对蓄电池充电， 最后用电负荷供电的一套系统。该系统的优点是供电可靠性高，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
43、，然后通过控制系统对蓄电 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发 电量较高，造价较低，运行维护成本低。缺点是风力发电机可靠性低。 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和逆变环节是 可以通用的。 从能源上来说，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，而 且太阳能和
44、风能都是洁净能源，对环境无污染。所以风光互补发电系统是资源 条件最好的独立系统。 致谢致谢 大学生活即将结束，在学校的学习和生活中，我深切感受到了学校老师的 16 和蔼可亲、谆谆教导，学生的互帮互助。这么温馨的氛围，培育了我们每一届 毕业生。借此机会，我想对学校的所有老师说：老师，您辛苦了，我们会永远 记住学校的。 在过去的生活中，我们在学习和生活上都遇到了不少的困难，是老师给我 们帮助，是老师不厌其烦的教诲我们，我们才学有所长，健康成长，走向成熟。 我们才懂得了什么是奉献，什么是耐心。在此向各位老师致谢。 尤其在毕业设计这段时间里，老师都很辛苦，给我指导和讲解，虽然时间不长， 但使我对所学专
45、业知识有了系统的了解和认识。在此，我想对各位老师说：谢 谢您。 毕业设计是对大学所学知识的检验和考核，自己动手实践，才知道自己理 论知识的缺乏之处，这样能学到更多的知识。既提高了实际应用能力，又弥补 了自己的漏洞。由于时间紧凑，设计中有很多不足之处，希望老师能指导。 17 参考资料参考资料 1岳军,贾大江.中小功率风光互补发电系统的测试与评价J.太阳能,2006,(02) 2刘兆辰.美国的风能开发J.中国技术监督,1996,(04) 3杜荣华,张婧,王丽宏,张兆祥.风光互补发电系统简介J.节能,2007,(03) 4艾斌,杨洪兴,沈辉,廖显伯.风光互补发电系统的优化设计匹配设计实例J.太阳能学
46、 报,2003,(05) 5程节顺.基于模糊控制的风光互补电源模型研究J.微计算机信息,2006,(10) 6齐发.独立运行的风光互补发电系统的研究与设计J.电子设计应用,2005,(07) 7李德孚.户用“风-光”互补发电系统技术与应用J.农业工程学报,2006,(S1) 8强劲的风能J.农村电气化,2004,(09) 9武立志.风能及其利用J.吉林气象,1994,(02) 10郭继高.风能发电小型风能发电及其发电机(1)J.1999,(05) 11 刘焕平,韩树新; ADC0809 与 AT89C51 的一种接口方法J; 石家庄师范专科学校学 报; 2002 年 02 期; 12魏云峰;
47、新型逆变器及其数据采集系统的研究 D;东北农业大学; 2007 年 13Malvino A.P. Digital Computer Electronics.McGraw-Hill Publishing Co，1997 14Aubrey Pilgrim. Build Your Own Pentium Processor PC and Save a Bundle. MeGraw- Hill 18 附录附录 1 19 附录附录 2 20 ORG 0000H AJMP ZCX ORG 000BH AJMP TOINT 中断服务子程序： TOINT：ORG 0010H ；中断服务程序 INC R0 ；计
48、数器 R0 加 1 CJNE R0 , #100 , FZL ；R0=100（到 1 秒？）否去 FZL MOV R0，#00H ；R0 清零 FZL： MOV TH0，#8008H MOV TL0，#0F0H ；置时间常数为 10s MOV IE ，#82H ；允许 T0 申请中断 SETB TR0 ；启动定时器 RETI ；中断返回 主程序： ZCX： ORG0090H ；主程序 MOVR0 ，#00H ； 计数器 R0 清 0 MOVTMOD，#81H ；T0 定时器工作方式 MOVIE ，#82H ；T0 可申请中断 MOVTH0，#0D8H ；定时常数 10ms MOVTL0，#0F0H ； SETBTR0 ；启动定时器 LOOP： ACALLQD ；调 QD 子程序 MOV R4，A ；存结果在 A4 中 ACALLGCZC ；调“过充”子程序 ACALLGFZC ；调“过放”子程序 SJMPLOOP ；转至 LOOP 循环 A/D 转换、采样、滤波子程序： QD： ORG0120H ；A/D 启动转换滤波电路 MOVDPTR，#0000H ； MOVA，#01H ；选中通道 1，将标准电源 MOVDPTR，A ；送入 A/D DZ：MOVDPTR，#A0