【正文】 國土面積的75%，一年當(dāng)中風(fēng)速超過3m/s的時(shí)間超過2000h。我國大部分地區(qū)日照比日本和歐洲要好，其中，西藏、青藏高原地區(qū)日照強(qiáng)度最大，可以和撒哈拉沙漠想媲美。在過去的30年，太陽能已經(jīng)被用于許多領(lǐng)域，如光伏建筑、光伏水泵、太陽能熱水器、太陽能空調(diào)等。在第五屆國際太陽能產(chǎn)業(yè)及光伏工程論壇上，國家科技部國際合作司副司長陳霖豪在致辭中表示，2010年中國光伏電池產(chǎn)量達(dá)到八千兆瓦（8000MW），約占全球總產(chǎn)量一半，居世界首位[25]。這也響應(yīng)了黨中央在“十二五”規(guī)劃中所提出的大力發(fā)展新興能源產(chǎn)業(yè)，加快核電建設(shè)，大力發(fā)展風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能，發(fā)展煤炭的清潔利用產(chǎn)業(yè)的要求。 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)介紹風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電站系統(tǒng)主要有風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池方陣、智能控制器、蓄電池組、多功能逆變器、電纜及支撐和輔助件等組成一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，將電力并網(wǎng)送入常規(guī)電網(wǎng)中。圖11 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)示意圖⑴ 風(fēng)電和光電系統(tǒng)在蓄電池組合逆變環(huán)節(jié)是可以通用的，使成本大大降低，同時(shí)可以設(shè)計(jì)逆變系統(tǒng)具有自動穩(wěn)壓功能，改善供電質(zhì)量。⑶ 由于風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性和保證率高，可以設(shè)計(jì)較低的光電真容量和蓄電池容量，是整個(gè)系統(tǒng)的成本下降。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)供電可靠性高，運(yùn)行維護(hù)成本低，缺點(diǎn)是系統(tǒng)造價(jià)高。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)發(fā)電量較高，系統(tǒng)造價(jià)較低，運(yùn)行維護(hù)成本低。⑶ 風(fēng)電和光電系統(tǒng)都存在一個(gè)共同的缺陷，就是資源的不確定性導(dǎo)致發(fā)電與用電負(fù)荷的不平衡，風(fēng)電和光電系統(tǒng)都必須通過蓄電池儲能才能穩(wěn)定供電，但每天的發(fā)電量受天氣的影響很大，會導(dǎo)致系統(tǒng)的蓄電池組長期處于虧電狀態(tài)，這也是引起蓄電池組使用壽命降低的主要原因。⑷ 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)比單獨(dú)的光伏或風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)復(fù)雜多，需要解決其管理和控制問題。雖然我國的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)做了調(diào)整和修改，根據(jù)2009版國標(biāo)（GB/T 13981—2009），一個(gè)最顯著的特點(diǎn)就是要求風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)速在6～10m/s，這是不合理的。風(fēng)機(jī)限速后，輸出功率急速下降，從而大大縮小了風(fēng)機(jī)的有效工作風(fēng)速范圍[6]。因此，實(shí)時(shí)測量和采集風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)工作時(shí)的發(fā)電電壓和發(fā)電電流成為一項(xiàng)不可或缺的工作。⑵由于風(fēng)光互補(bǔ)的發(fā)電電流為020A，超出了電流表的測量范圍，所以將電壓表與相應(yīng)的分流器（20A/75mV）并聯(lián)組成量程為020A的電流表。⑷風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)作為電源為測量系統(tǒng)中的電流表、電壓表、電流變送器和電壓變送器供電。⑸在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集卡的輸入范圍為05V，而風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電電壓為060V，發(fā)電電流為020A，不是可直接采集的信號。⑸將AC 220V轉(zhuǎn)5V的電路和DC 60V轉(zhuǎn)5V的電路用雙刀雙擲開關(guān)連接，實(shí)現(xiàn)可切換的雙電源為測量系統(tǒng)中的電流表和電壓表供電。第2章 數(shù)字系統(tǒng)測量原理從廣義上說，電子測量是泛指以電子科學(xué)技術(shù)為手段而進(jìn)行的測量，即以電子科技理論為依據(jù)，以電子測量儀器和設(shè)備為工具，對電量和非電量進(jìn)行的測量。電子測量技術(shù)具有以下特點(diǎn)：（1）測量頻率范圍寬；（2）量程范圍寬；（3）測量準(zhǔn)確度高；（4）測量速度快；（5）易于實(shí)現(xiàn)遙控測量； （6）易于實(shí)現(xiàn)測量過程的自動化和測量儀器智能化。一個(gè)完整的數(shù)字系統(tǒng)往往包括輸入電流、輸出電路、控制電路、時(shí)基電路和若干子系統(tǒng)等五部分，各部分具有相對的獨(dú)立性，在控制電路的細(xì)條和指揮下完成橙子的功能，如下圖所示。外部信號通?？煞譃槟M信號和開關(guān)信號兩大累，如聲、光、電、溫度、壓力及位移等物理量屬于模擬信號，而開關(guān)的閉合打開、管子的導(dǎo)通與截止等屬于開關(guān)量。②輸出電路 輸出電路是將經(jīng)過數(shù)字電路運(yùn)算和處理之后的數(shù)字信號變換成模擬信號或開關(guān)信號去推動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。子系統(tǒng)又稱為單元電路。⑤時(shí)基電路產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘，是整個(gè)系統(tǒng)在時(shí)鐘信號的作用下一步一步地順序完成各種工作。其優(yōu)點(diǎn)：準(zhǔn)確度高（8位顯示誤差可達(dá)177。根據(jù)A/D（“模數(shù)”）工作原理的不同，有不同特性的DVM[8]。主要有：反饋比較式和無反饋比較式。圖22原理框圖基本原理：將基準(zhǔn)電壓分成若干基準(zhǔn)碼，把被測電壓與可變基準(zhǔn)碼進(jìn)行比較，直至達(dá)到平衡，則其基準(zhǔn)碼顯示出被測電壓值。工作原理：程控下，先將最高位碼電壓Us與Ux進(jìn)行比較，若ΔU=UxUs≥0，則寄存器中的“1”保留；若ΔU＜0，則寄存器的“1”舍棄（變?yōu)椤?”），同時(shí)此位碼電壓Us也取消；再將次高位碼電壓加上最高位碼電壓與Ux比較，同樣ΔU≥0時(shí)寄存器中該位“1”保留，否則該位“1”舍去變?yōu)椤?”；如此往復(fù)，知道最低位碼為止?！癡/T”積分型DVM基本原理：在一個(gè)測量周期內(nèi)用同一個(gè)積分器積分兩次，將被測電壓轉(zhuǎn)換成與其成正比的時(shí)間間隔，用此間隔內(nèi)填充的標(biāo)準(zhǔn)脈沖數(shù)來反映被測電壓，故叫“V/T”變換型。②采樣階段（t1—t2）：邏輯控制電路使電子開關(guān)S4斷、S1合，積分器正向積分（U010），比較器輸出打開主門，則時(shí)鐘脈沖通過主門進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。積分器開始反向積分，主門開啟，計(jì)數(shù)器重新對脈沖計(jì)數(shù)。U02=0=U0mUsRCt3t2 (24)U0m=UsRCT2 (25)將正向積分結(jié)束的U0m代入（24）得：UX=T2T1Us=N2T0N1T0Us=N2N1Us (26)“V/F”積分型DVM基本原理：“V/F”轉(zhuǎn)換也是不斷積分，將被測電壓轉(zhuǎn)換為振蕩頻率f，然后以數(shù)字頻率測量電路測頻率值來表示被測電壓大小。工作原理：當(dāng)積分器輸出電壓Uint下降到EK時(shí)，比較器A2的輸出U0負(fù)跳變，使單穩(wěn)定是電路輸出一個(gè)寬度為t0的正脈沖，使K導(dǎo)通t0時(shí)間，將恒流源IR與積分器電流相加；在t0期間積分器反向充電（因設(shè)計(jì)保證Iimax=（Uimax/R）IR），Uint線性上升；當(dāng)t0結(jié)束時(shí)K截止，積分器在輸入電壓Ui作用向下正向充電，Uint下降，直至下降至EK時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，積分器再次反向充電。根據(jù)充放電電荷平衡原理得：IRt0=UiRT (27)輸出脈沖頻率為：基本原理：將被測電壓轉(zhuǎn)換成與其成比例的脈沖寬度的差。Ur、方波節(jié)拍177。比較器：積分器輸出U0與零電平比較。177。根據(jù)積分電容充放電電量相等得：當(dāng)R1=R2時(shí)，有Ux=T2T1TUR (210)式中節(jié)拍周期T=T1+T2為常數(shù)（其中T1為+Ur計(jì)入時(shí)間，T2為Ur計(jì)入時(shí)間）。數(shù)字式的表頭相比于指針式的表頭，可以更加方便的讀出被測數(shù)據(jù)，在工程實(shí)踐中比較實(shí)用，而精度相對差一些，但足以滿足測量系統(tǒng)的誤差要求，所以采用數(shù)字式電壓表電流表。測量部分主要功能就是測量風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電電流和發(fā)電電壓，是數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)的核心部分；供電部分的主要功能是給數(shù)字式電壓表和電流表提供電源，是整個(gè)測量系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。最后譯碼驅(qū)動模塊發(fā)出顯示控制與驅(qū)動信號，驅(qū)動外部的LCD模塊顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)?；竟ぷ髟砜驁D如下圖所示。所以不能直接將電流表串接到光伏板的發(fā)電電路中，因?yàn)榘l(fā)電電流過大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電流表允許通過電流的范圍，所以需要一個(gè)分流器，將電流表并聯(lián)在分流器兩端，測量分流器電壓，分流器兩端電壓與電流表的讀數(shù)線性變化，從而實(shí)現(xiàn)測量回路中的電流。當(dāng)分流器兩端的電壓為0V時(shí)，電流表讀數(shù)為0A；當(dāng)分流器兩端的電壓為75mV時(shí)，電流表讀數(shù)為20A，呈線性變化。通?？梢园袮C 220V轉(zhuǎn)換為DC 5V，為電壓表和電流表供電。因此，可以把風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)作為供電電源，即風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)不僅是測量系統(tǒng)測量發(fā)電電流和發(fā)電電壓的對象，也為測量系統(tǒng)提供DC 5V電源。最后為了系統(tǒng)能夠更加穩(wěn)定工作，將上述兩種供電模式相結(jié)合為測量系統(tǒng)供電，兩種供電模式可自由切換。內(nèi)含過流、過熱和過載保護(hù)電路。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流[9]。在變壓器后面，由全橋整流模塊，將9V的交流電整流為直流電。電容C1后面并聯(lián)了1kΩ的電阻R1和一個(gè)發(fā)光二極管，電阻R1的作用是防止發(fā)光二極管被燒壞，發(fā)光二極管的作用是顯示電路的工作狀態(tài)，二極管亮?xí)r電路正常工作。因?yàn)樾枰敵?V的電壓，所以選用LM7805穩(wěn)壓芯片。LM7805最大可以輸出1A的電流，內(nèi)部有限流式短路保護(hù)，短時(shí)間內(nèi)，例如幾秒鐘的時(shí)間，輸出端對地（2腳）短路并不會使7805燒壞。濾波可以濾除交流噪聲使輸出電流更平穩(wěn)，阻尼可以減小電源內(nèi)部高頻內(nèi)阻。 圖37 AC 220V轉(zhuǎn)DC 5V電路圖 圖38a 試驗(yàn)AC 220V轉(zhuǎn)DC 5V（不工作） 圖38b 試驗(yàn)AC 220V轉(zhuǎn)DC 5V（工作）說明：發(fā)光二極管亮?xí)r，電路正常工作輸出電壓為5 V；發(fā)發(fā)光二極管不亮?xí)r，輸出電壓為0 V。5V，12V，15V，還有可調(diào)整輸出的型號。在指定輸入電壓和輸出負(fù)載條件下保證輸出電壓的177。10%誤差，還包括外部的斷開電路，特征有50μA待機(jī)電流[10]。4%； ③； ④輸入電壓范圍廣，40V至HV型號的60V（LM2576最大電源電壓為45V，LM2576HV最大電源電壓為63V）； ⑤需要4個(gè)外部器件支持； ⑥52kHz固定頻率內(nèi)部震蕩器。在光伏板后面，先要并聯(lián)一個(gè)電解電容Cin作為輸入電容。對輸入電容而言，最重要的參數(shù)是耐壓和均方根電流（紋波電流）。根據(jù)以上要求同時(shí)參考LM2576說明書中給出的典型應(yīng)用的例子——可調(diào)節(jié)輸出電壓電路，選擇100μF、耐壓75V的鋁電解電容作為輸入電容。 LM2576HVADJ芯片的輸入電壓為060V，最大輸入電壓為63V。在試驗(yàn)中，輸入電壓為11V，考慮到節(jié)約試驗(yàn)成本，用LM2576ADJ代替LM2576HVADJ進(jìn)行試驗(yàn)）。可以通過調(diào)節(jié)R2來調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。LM2576HVADJ芯片有5個(gè)引腳：1 腳Vin—輸入電壓端，2腳OUTPUT—穩(wěn)壓輸出端，3腳GND—接地端，4腳 FEEDBACK—反饋端，5腳ON/OFF—控制端。5腳輸入電平與TTL電平兼容。在LM2596的應(yīng)用中，需要一個(gè)吸納二極管來為電感電流（當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)）提供通路，這必須是一個(gè)快速二極管且要靠近LM2596，管腳要短、相連接的導(dǎo)線也要短。所以選擇肖特基二極管D1 MBR360。在多數(shù)情況下，LM2576ADJ芯片為連續(xù)工作模式，它能夠提供更大的輸出功率，同時(shí)，峰值開關(guān)電流、電感電流、二極管電流和輸出紋波電壓很小。參考LM2576說明書中給出的典型應(yīng)用的例子——可調(diào)節(jié)輸出電壓電路，選擇100μH的電感。必須使用小阻抗或低等效電阻（LOW ESR）的電解電容或固態(tài)鉭電容。若電容值太大，反而會在某些情況（負(fù)載開路、輸入端斷開）對器件造成損害