民用風(fēng)光互補發(fā)電系統的設計與應用

隨著(zhù)環(huán)境污染的越發(fā)嚴重，人們開(kāi)始廣泛應用清潔能源，在普通用戶(hù)當中應用風(fēng)光互補發(fā)電技術(shù)已經(jīng)得到社會(huì )各界的廣泛關(guān)注。民用風(fēng)光互補發(fā)電系統具有較多優(yōu)勢特點(diǎn)，主要表現在較高的能源利用率，較小的初期投資等，具有巨大的市場(chǎng)發(fā)展潛力。本文主要是針對民用風(fēng)光互補發(fā)電系統的設計應用展開(kāi)討論，在此基礎之上提出大功率控制策略，希望能夠全面優(yōu)化系統設計。
1 硬件設計
在民用風(fēng)光互補發(fā)電系統硬件主要包括主電路和控制電路。
1.1 主電路設計
圖1為系統主電路原理圖，民用風(fēng)光互補發(fā)電系統的供電主要包括普通市場(chǎng)供電和風(fēng)光互補發(fā)電系統等。以上兩個(gè)系統之間主要是利用全控型開(kāi)關(guān)器件實(shí)行切換，主要為風(fēng)光互補發(fā)電系統供電，其次為市場(chǎng)供電。主電路是風(fēng)光互補發(fā)電系統的核心，包括五種工作模式，對應五種電路連接，尤其體現在風(fēng)力發(fā)電機獨立供電模式，該發(fā)電機能夠產(chǎn)生三相交流電，之后借助整流器轉化為單相直流電，之后利用電路1給予蓄電池組電能，利用逆變點(diǎn)電路輸出的交流電，其次就是太陽(yáng)能電池組供電模式，由電池組產(chǎn)生直流電，利用電路2給予蓄電池組電能，之后借助逆變電路輸出交流電。再者就是風(fēng)力發(fā)電模式，該發(fā)電模式需要借助太陽(yáng)能發(fā)電模式，將K1開(kāi)關(guān)器件于連接BC，將K2開(kāi)關(guān)器件連接于bc，太陽(yáng)能電池組的直流電通過(guò)電路2能夠與整流器一起輸出直流電壓；此外就是以太陽(yáng)能電池組為主，輔助風(fēng)力發(fā)電，將K1開(kāi)關(guān)器件于連接BD，將K2開(kāi)關(guān)器件連接于bd，張在經(jīng)過(guò)整流器之后的風(fēng)力發(fā)電機輸出直流電壓；后就是太陽(yáng)能電池組和風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)電模式，將將K1開(kāi)關(guān)器件于連接BC，將K2開(kāi)關(guān)器件連接于bd，這樣就能夠形成風(fēng)光互補發(fā)電系統。在整個(gè)電路設計當中需要將電路1和電路2共同通過(guò)斬波電路實(shí)行，在對電路進(jìn)行保護時(shí)需要應用三個(gè)電路二極管。

圖1 民用風(fēng)光互補發(fā)電系統原理圖
1.2 控制電路
控制電路圖，核心為單片機，使用芯片的PWM資源能夠控制斬波電路和逆變電路，使用輸入輸出接口能夠控制蓄電池三段式充放電開(kāi)關(guān)切換，還能夠展現出鍵盤(pán)功能，顯示功能以及報警功能等。利用轉換接口能夠檢測電路控制當中的參數，在系統當中的控制電路的驅動(dòng)電路主要是應用集成驅動(dòng)芯片實(shí)現設計，由市場(chǎng)供電，太陽(yáng)能電池組以及風(fēng)力發(fā)電機等能夠給予電源電能。
2 大功率跟蹤控制策略
在研究系統大功率跟蹤控制策略能夠有效處理風(fēng)光互補發(fā)電系統效率低下問(wèn)題，此系統從硬件設計角度出發(fā)，并且應用軟件系統的五種工作模式使用不同的大功率跟蹤控制策略，表1為張詳細方案。如果光照強度較弱時(shí)，太陽(yáng)能電池組的發(fā)電電路就會(huì )中斷工作，只能應用風(fēng)力發(fā)電模式，系統工作如果設置在1工作模式上，電路1就會(huì )對風(fēng)力發(fā)電機組的工作狀態(tài)進(jìn)行控制，將其確定在葉速比；如果風(fēng)力較弱或者沒(méi)有風(fēng)時(shí)，風(fēng)力發(fā)電電路就會(huì )中斷，只有太陽(yáng)能電池組提供電能，系統處于2工作模式，電路2需要對太陽(yáng)能電池組的大功率點(diǎn)進(jìn)行匹配；如果光照一般而風(fēng)力比較強時(shí)，可以同時(shí)應用太陽(yáng)能發(fā)電電路和風(fēng)力發(fā)電電路等，但是主要是以風(fēng)力發(fā)電為主，此時(shí)系統處于3工作模式，為了提升功率輸出大值，需要對風(fēng)力發(fā)電機的大功率實(shí)行跟蹤控制；如果風(fēng)力一般而光照較強時(shí)，可以同時(shí)應用太陽(yáng)能發(fā)電電路和風(fēng)力發(fā)電電路等，但是主要是以太陽(yáng)能發(fā)電為主，此時(shí)系統處于4工作模式，為了提升功率輸出大值，需要對太陽(yáng)能發(fā)電機的大功率實(shí)行跟蹤控制；如果風(fēng)力和光照都比較強時(shí)，系統處于5工作模式，此時(shí)輸出功率都較大，因此無(wú)需對太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行大功率跟蹤控制。

表1 不同工作模式的MPPT控制策略
3 軟件設計
單片機軟件能夠采集電流電壓，判斷工作模式，設置輸入參數以及對太陽(yáng)能發(fā)電機和風(fēng)力發(fā)電機實(shí)現MPPT控制。下圖為張控制系統的主程序流程圖，采樣部分主要是負責采集市場(chǎng)用電電壓，太陽(yáng)能電池組輸出電壓以及風(fēng)力發(fā)電機電池組輸出電壓等，參數Flag1為風(fēng)力發(fā)電機輸出電壓標志位，參數Flag2為太陽(yáng)能發(fā)電機輸出電壓標志位，選取0,1,2值。其次，0工作模式主要是系統處于市場(chǎng)供電模式，可利用中斷方式設置參數，如果沒(méi)有特殊設置則需要應用默認值。

圖2 主程序流程圖
4 仿真
為了對MPPT控制策略和系統設計合理性進(jìn)行驗證分析，使用專(zhuān)業(yè)軟件對不同模式進(jìn)行仿真模擬。在仿真模擬期間使用電位器和直流電源模擬太陽(yáng)能電池輸出特征，使用頻率相等的正弦交流電源和電位器對三相風(fēng)能發(fā)電機輸出特征進(jìn)行模擬，使用可變電阻對輸出負載進(jìn)行模擬。
仿真結果也能證實(shí)，使用單片機設置的民用風(fēng)光互補發(fā)電系統具有較快的響應速度，在使用MPPT控制之后能夠顯著(zhù)加強系統能源利用率，有效能源使用效果。
5 結束語(yǔ)
綜上所述，此次研究設計主要是應用AVR單片機，這樣能夠顯著(zhù)處理民用風(fēng)光互補發(fā)電系統的適用性問(wèn)題，還能夠將MPPT控制策略引入在系統控制當中，這樣能夠顯著(zhù)處理系統效率問(wèn)題，能夠在各個(gè)區域使用太陽(yáng)能資源和風(fēng)力資源，使用價(jià)值比較高，能夠在市場(chǎng)當中推廣使用。