【正文】 8 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 62 脈沖式充電曲線 這里雙標(biāo)表示 風(fēng)光互補(bǔ)電力系統(tǒng)的輸出電壓和電流。然后重復(fù)幾次脈沖電流，每進(jìn)行一次脈沖就停頓一下，直到充滿為止。雖然是快速充電的方法，但是不適合作為風(fēng)光互補(bǔ)電力系統(tǒng)蓄電池充電過程。以下就說明三種典型的充電方式： 恒流充電法 通過來改變或者恒定風(fēng)光互補(bǔ)電力系統(tǒng)所發(fā)出的電壓再或者添加減少串聯(lián)蓄電池電阻，保持恒定的電流大小給蓄電池充電。該監(jiān)控單元可以控制太陽能控制器直接調(diào)節(jié)太陽能電池方陣輸出的電壓、電流；控制觀察蓄電池的充放電 以及對蓄電池在充滿電時(shí)做出保護(hù)動(dòng)作輸出精度高的浮充電壓；按照設(shè)備電流、電壓調(diào)節(jié)逆變器進(jìn)行電流逆變等對于這些操作都能進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控處理。當(dāng)監(jiān)控單元檢測到功率過高或者過低的時(shí)候，功率控制單元會(huì)即時(shí)開啟或關(guān)閉負(fù)荷，從而改變電流來跟蹤功率點(diǎn)防止很大功率波動(dòng)造成的系統(tǒng)的電壓、頻率的變化。在初始充電時(shí)，蓄電池電壓較低，小于蓄電池的給定電壓，因此有，由于PI 調(diào)節(jié)的作用，使輸出達(dá)到最大值，然后電流就會(huì)輸入被限制的值給蓄電池從而實(shí)現(xiàn)充電電流不穩(wěn)定限制的作用。 風(fēng)力發(fā)電機(jī) 風(fēng)力發(fā)電部分充電器 光伏部分充電器 光伏電池組件 逆變器 蓄電池 監(jiān)控系統(tǒng) 接口 交流母線 直流母線 RS485 第 13 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 521 光伏陣列充放電控制單元結(jié)構(gòu)框圖 風(fēng)力發(fā)電充放電控制單元 想到蓄電池對充電電流的要求苛刻，和充電控制經(jīng)過很流狀態(tài) 到恒壓狀態(tài)應(yīng)采取對風(fēng)力發(fā)電機(jī)恒壓限流的方式對蓄電池進(jìn)行充電管理。 風(fēng)光互補(bǔ)電力系統(tǒng)也可以僅僅依靠微處理器運(yùn)行控制，再加上 RS485 監(jiān)控系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)給逆變器就能夠組成簡易的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電控制系統(tǒng)框圖，如圖 52： 第 12 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 52 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電控制系統(tǒng)框圖 光伏陣列對充放電控制單元 如圖 521 所示，通過改變脈沖寬度從而控制變換器所提供的電流，使得蓄電池能可靠穩(wěn)定的充電。在控制蓄電池充放電時(shí)采用PWM 無級卸載方式控制蓄電池的充放開關(guān)，其中的脈寬調(diào)制方式可以 達(dá)到上千級的卸載?？刂破鲗τ陲L(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)而言是最為重要的元件相當(dāng)于人的大腦。本設(shè)計(jì)選用智能 型充電控制逆變的正弦波逆變器，對系統(tǒng)的電流控制穩(wěn)定有很高的可靠性，對系統(tǒng)有很強(qiáng)的過載和限流保護(hù)的功能抗干擾能力也很強(qiáng)。 供電部分 因?yàn)樾铍姵貎?chǔ)存的電能只能通過直流電的形式發(fā)出來，而設(shè)備很多是交流電，因此電力系統(tǒng)必須要添加逆變器?？?制及直流中心的具體構(gòu)成參數(shù)有最大用電負(fù)荷與日平均用電量決定，通過計(jì)算最大用電負(fù)荷來選擇系統(tǒng)逆變器容量，通過計(jì)算平均日發(fā)電量來選風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池和蓄電池組容量。 控制及直流中心部分 風(fēng)光互補(bǔ)電力系統(tǒng)控制部分非常重要，通過根據(jù)當(dāng)?shù)氐娜照諒?qiáng)度、風(fēng)力大小和電力系統(tǒng)安裝的負(fù)載，隨時(shí)對蓄電池組的充放電進(jìn)行管理和控制，它必須滿足能把調(diào)整后的電能直接送往直流或交流負(fù)載，還要滿足把多余的電能送往蓄電池組儲(chǔ)存。這時(shí)必須要在風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽能發(fā)電機(jī)組后面接上蓄電部分 來平穩(wěn)發(fā)電機(jī)所供的電，蓄電池是可逆的因?yàn)椴粌H要接受電還要放出電，這時(shí)對蓄電池的要求和控制就很重要了。 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 發(fā)電部分 發(fā)電部風(fēng)由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通過設(shè)計(jì)三葉風(fēng)機(jī)通過當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)高風(fēng)速設(shè)置桿塔的高度和材料連接到風(fēng)光互補(bǔ)控制器；太陽能電池組件需要選擇多晶體硅電池或者單晶體硅電池按照系統(tǒng)要求或者自身需要組裝大小數(shù)量不同的太陽能電池組件，然后通過當(dāng)?shù)氐奶柟庹丈浣嵌仍O(shè)計(jì)太陽能電池組件的支架，最后連接到風(fēng)光互補(bǔ)控制器上。 以前的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)只是簡單地沒有考慮其合理搭配設(shè)計(jì)優(yōu)化和系統(tǒng)的互補(bǔ)優(yōu)勢將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和太陽能發(fā)電電池組就組合在一起了。 對風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和匹配，盡量減少因?yàn)楣╇姴蛔愣鴦?dòng)用汽油柴油發(fā)電的備用電源，這樣就可以獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益和系統(tǒng)穩(wěn)定性。 第 10 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 將風(fēng)里和太陽光大自然的資源無限利用，通過設(shè)計(jì)風(fēng)力和光伏發(fā)電裝置來汲取無限的資源能量，可以獲得比較穩(wěn)定的和可靠性高的電源帶給人們巨大的收益。但是如果單一系統(tǒng)對運(yùn)行的可靠性要求很高的話，則可以選擇單晶體硅太陽能電池。非晶體和半導(dǎo)體化合物特性如表 442。在非晶體硅中薄膜涂層電池還化合物半導(dǎo)體電池用一層非常薄的光感材料貼附著在玻璃、不銹鋼等材料上就制成了電池可以說是非常的廉價(jià)技術(shù)要求也不需要多高，而且其光電轉(zhuǎn)換效率與多晶體硅電池相當(dāng)。 第 8 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 441 太陽能光伏電池分類 在硅晶體太陽能電池中多晶體硅和非晶體硅電池比較熱門，無論在轉(zhuǎn)換效率上還是在 獲得材料制造這些類電池來講都是優(yōu)于現(xiàn)階段我們使用眾多的單晶硅太陽能電池的。還有納米晶體太陽能和聚合物修飾電極太陽能電池，由于現(xiàn)在正在研究這兩類電池的階段對電池的控制和電池的電流電壓充放電技術(shù)還沒有完全掌握成熟，所以本設(shè)計(jì)還是運(yùn)用硅晶體太陽能電池。以下是對相應(yīng)的功率選擇或者匹配的相應(yīng)的風(fēng)力電機(jī)的參數(shù)，以及逆變器型號(hào)和蓄電池容量的選擇。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的性能可 第 6 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 用功率曲線來表達(dá)。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定輸出功率是配合特 定的額定風(fēng)速設(shè)而而定的，由于能量與風(fēng)速為函數(shù)關(guān)系，因此風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率會(huì)大大的受風(fēng)速的影響。比較新型的設(shè)計(jì)一般是可變速的如 Vestas 公司的V52850KW 風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)速為 14～ ），通過改變風(fēng)葉的角度改變轉(zhuǎn)速可以獲的更多的能量。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定輸出功率 風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要包括 3部分：葉輪、機(jī)艙和塔架。 4）按發(fā)電機(jī)組的輸出端電壓高地分類 分為高、低壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)。 （ 2）而異步發(fā)電機(jī)有其兩個(gè)發(fā)電方式與負(fù)載的勵(lì)磁系統(tǒng)。同步發(fā)電機(jī)比較與異步發(fā)電機(jī)其運(yùn)行時(shí)的頻率優(yōu)于異步發(fā)電機(jī)不需要調(diào)整。但是成本較高，需要經(jīng)常有人去維護(hù)運(yùn)行不方便。 介紹風(fēng)光互補(bǔ)電力系統(tǒng)原理組成 控制單元設(shè)計(jì)的說明與選用 優(yōu)化計(jì)算選擇蓄電池等器件 比較充放電方法選擇充電方式 舉例計(jì)算參數(shù)選擇器件 投運(yùn)后的運(yùn)行效益 第 5 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1)按風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的槳葉接受風(fēng)能的功率調(diào)節(jié)方式分類 一種是結(jié)構(gòu)簡單性能可靠的機(jī)組，由新型的槳葉和輪轂固定組裝而成，這個(gè)結(jié)構(gòu)利用已經(jīng)很久是現(xiàn)在主要的風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)；另一種的機(jī)組可以繞著葉片旋轉(zhuǎn)，組裝比較復(fù)雜但可以調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)組，雖然性能上有優(yōu)勢但是只用于大型的發(fā)電機(jī)組。 系統(tǒng)硬件軟件設(shè)計(jì) 介紹風(fēng)光互補(bǔ)電力系統(tǒng)原理組成 分析安裝地點(diǎn)氣候資源狀況 設(shè)計(jì)桿塔與風(fēng)葉扇形結(jié)構(gòu) 根據(jù)低成本設(shè)計(jì)裝設(shè)風(fēng)光發(fā)電機(jī)組的比例 利用類似孤島檢測法優(yōu)化系統(tǒng) 對電力系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)營后的經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算 對比地區(qū)資源優(yōu)點(diǎn)設(shè)計(jì) 第 4 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 圖 32 方案二流程圖 方案選擇比較與選擇 本設(shè)計(jì)選用方案二。流程如圖 31所示： 圖 31 方案一流程圖 通過介紹風(fēng)能、太陽能、風(fēng)光互補(bǔ)電力系統(tǒng)的原理組成，來對其組成、資源狀況、可靠性、和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行優(yōu)化。通過介紹風(fēng)能、太陽能、風(fēng)光互補(bǔ)電力系統(tǒng)的原理組成。不需要消耗地球上的任何資源，就可以創(chuàng)造出可以讓地球運(yùn)轉(zhuǎn)的能量。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)較為一般發(fā)電站可靠性高，經(jīng)濟(jì)效益好，先進(jìn)安全、利于開發(fā)。本設(shè)計(jì)為可再生能源中的風(fēng)能和太陽能互補(bǔ)電力系統(tǒng)的優(yōu)化選型。 第 2 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 我國接近 16 億多的人口，人均資源能源占用率非常低。 風(fēng)能和太陽能 都是潔凈、儲(chǔ)量極為豐富的可再生能源。我國一般裝設(shè)單機(jī)容量 600KW 及以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。 風(fēng)能對于太陽能來說就有一定的局限性因?yàn)椴皇撬械胤揭恢庇酗L(fēng)，而且風(fēng)速要達(dá)到3~20m/s 才會(huì)被作為一種能源開發(fā)，它的能量太小就不會(huì)被開發(fā)具有一定的隨機(jī)性。太陽能是人們可以取之不盡、用之不竭的寶貴的能源，因?yàn)樵谶^去的 11 億年里，太陽才釋放出本身的 2%的太陽能；太陽能非常的方便利用隨處可開發(fā)，更為島國、沿海地區(qū)、小村莊或者軍事基地帶了便利；太陽能是潔凈能源，在開發(fā)利用的同時(shí)不會(huì)排放出任何廢物與化學(xué)工業(yè)品去污 染環(huán)境，也不會(huì)破壞生態(tài)平衡。根據(jù)光電轉(zhuǎn)換可以用太陽能設(shè)計(jì)太陽能電池，太陽能電池是今為止特 別有前途的一種新星電源，有永久性、清潔性和靈活性三個(gè)大優(yōu)點(diǎn)，而且太陽能電池能使用很久，有太陽光的地方，使用太陽能電池不會(huì)引起環(huán)境污染。 太陽能有多種發(fā)電方式光和熱互相轉(zhuǎn)換、光和電轉(zhuǎn)換、光和化學(xué)轉(zhuǎn)換。風(fēng)能、太陽、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽?、氫能和燃料電池等。排放的二氧化碳和熱量跟對地球氣候變化、南北極冰川造成巨大的影響。 Taking the 20KW LED solar supplementary power generation system and the 60W solar supplementary street lamp system as an example, the optimization is explained。 The selection and optimization of the control unit and the charge discharge mode of the battery are mainly explained and the control unit of the solar plementary power system is selected。 This design introduces the position and principle of wind energy、 solar energy、 solar wind and solar wind power system。 關(guān)鍵詞 ： 風(fēng)力發(fā)電機(jī) 太陽能光伏電池 蓄電池 控制器 控制單元 第 II 頁 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 Abstract： Wind and solar can be independently posed of power generation system ， Can also be posed of scenery plementary power generation system。 通過計(jì)算發(fā)電量、用電量、蓄電池總功率、風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率、太陽能電池總功率來設(shè)計(jì)要用的蓄電池型號(hào)和個(gè)數(shù)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)規(guī)格、太陽能電池組件、控制器 /逆變器型號(hào)達(dá)到優(yōu)化配電系統(tǒng)的效果。本設(shè)計(jì)介紹風(fēng)能、太陽能、風(fēng)光互補(bǔ)電力系統(tǒng)的組成及原理，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽能光伏電池組、蓄電池、控制器 /逆變器配電系統(tǒng)的選擇優(yōu)化。 電氣信息學(xué)院