基于单片机控制的小型风光互补发电系统的控制器

  能源是发展国民经济和提高人民生活水平的重要物质基础，因此开发新型能源是缓解能源紧缺状况、提高企业经济效益和保护环境的重要措施。在目前众多可再生能源与新能源技术开发中潜力最大、最具开发价值的是风能和太阳能，并且太阳能和风能具有极强的互补性。本作品就是以风力发电和光伏发电作为控制对象而设计的，本控制器具有可靠性高，能源利用率高，成本低等特点。
首先介绍国内开发新能源的背景及风光互补发电的发展状况，提出了研制风光互补控制系统的可行性，并确定系统的总体设计方案。
其次介绍风光互补控制系统硬件组成、系统各个功能以及系统的软件设计，着重介绍了系统的主电路原理图，控制电路原理图，软件设计的流程图以及技术亮点。
  最后系统概括了本控制器的状态显示和功率切换等创新点，以及结合当前市场的发展趋势预计该控制器说的应用前景。
关键词：风光互补，状态显示，功率切换,高可靠性，高利用率
国内开发新能源的背景
改革开放30多年来，中国经济有了飞速发展，也付出了相当大的资源和环境代价。发达国家工业化200多年遇到的环境问题，在我国30多年的快速发展中集中出现，使我国，能源供应日益紧张，环境污染日趋严重，常规能源面临日益枯竭的窘境。改变不可持续的发展方式，开发新能源已成为当务之急。
2005年，我国在社会经济发展的“十一五”规划纲要中，首次提出约束性的量化节能减排目标：到2010年，我国单位GDP能耗由2005年的1.22吨标准煤下降到1吨标准煤以下，降低20%左右；单位工业增加值用水量降低30%。主要污染物排放总量减少10%。去年，我国政府再次提出了新的目标，即到2020年单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%至45%，非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右。
能源是发展国民经济和提高人民生活水平的重要物质基础，因此开发新型能源是缓解能源紧缺状况、提高企业经济效益和保护环境的重要措施。在目前众多可再生能源与新能源技术开发中潜力最大、最具开发价值的是风能和太阳能。风能和太阳能具有极强的互补性，但是风能和太阳能发电的功率会随着外部环境的变化而变化，因此在风能和太阳能的利用过程中迫切需要控制器来使风能和太阳能的输出功率和电压维持在一个比较稳定的范围内，提高风能和太阳能的利用率。
本设计就是一款基于单片机作为处理器的具有电压实时监测的小型风光互补发电系统的高效控制器。
一、系统总体设计框图
本系统的主要功能如下：
（1）主电路具有短路保护,过载保护，系统安全可靠性高。
（2）输出电压稳定，可以有效利用的电压范围广。
（3）实时准确地控制输出电压，并带有故障检测和显示功能。
（4）蓄电池和负载所需的功率可以通过风力发电机和光伏电池提供，也可以切换到电网。
（5）电路简单，成本低，供电可靠性高。
（6）电路强弱电可靠隔离，安全系数高。
   该控制器采用单片机对风力发电机和光伏电池组的输出电压进行实时监测，根据输入电压的大小确定电力MOSFET的导通时间，使负载输出电压和蓄电池的充电电压快速稳定，提高了风能和太阳能的利用率，实现能源的高效率用。
二、控制器技术亮点
1 可充电的电压范围广，风光互补性强
  风力发电机和光伏电池板输出电压为0－18V，当风力发电机或者光伏电池板输出电压达到7V时就可以给12V的蓄电池和负载供电，风光互补性强，可充电电压低，实现了风能和太阳能的高效利用。
2可以在风光发电和电网之间自由切换
  在正常情况下，由风力发电机和光伏电池给蓄电池和负载供电，当天气条件非常恶劣时，比如连续几天的阴雨天气和风速很低时，蓄电池储存的能量耗尽，为了使系统和负载正常工作，将由电网给负载供电。减小了外界气候条件对系统的影响，提高了负载供电的可靠性。
3 系统各个部分均设有状态检测和状态显示
  系统的各个部分都设有相应的LED灯来显示当前系统各个部分运行的状态。可以很方便的帮助系统的操作人员了解系统的运行状态。
三、作品结构原理图
1 系统硬件结构图
系统的主电路原理图
系统的控制电路原理图
2系统程序框图
四、作品实物外形照片
主电路实物照片
控制电路实物照片
系统的实物照片
五、创新点及预计应用前景
  状态显示和功率切换是本控制器的最大亮点和创新点，通过单片机对系统的各个部分进行检测进而通过LED灯显示出来，很方便的帮助系统的操作人员了解系统的运行状态。而功率在风光发电和电网之间的自由切换减小了外界气候条件对系统的影响，提高了负载供电的可靠性。控制器采用单片机作为主控制芯片，成本比较低，市场竞争里比较强。
在众多可再生能源与新能源技术开发中潜力最大、最具开发价值的是风能和太阳能，并且风能和太阳能具有极强的互补性，风能和太阳能的利用技术发展迅速，风光发电系统在边远地区的照明用电，城市路灯照明系统，通信基站以及海上浮标等小功率用电场合有着广泛的应用。目前，国家正在大力号召和扶持风能和太阳能产业，风能和太阳能发电在未来的能源应用中将会发挥越来越重的作用，若本控制器拖入到市场中，将会发挥巨大的经济效益和社会价值。
参 考 文 献
[1] 王兆安、刘进军.电力电子技术（第五版） 北京：机械工业出版社，2009.5
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[3] 李小坚 等编著 Protel DXP电路设计与制作实用教程（第二版）北京：人民邮电出版社，2009.2              
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[5] 谭浩强编著 C程序设计 北京：清华大学出版社，2008.6
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[7] 钟炎平著 电力电子电路设计 出版社:武汉市：华中科技大学出版社 出版日期:2010.04