摘要：近几年来，随着社会经济的不断发展，能源供求失衡日趋凸显，太阳能和风能作为最理想的发电能源之一，具有广泛的应用领域。本文提出的风光互补发电系统，较好的利用太阳能和风能互补性，弥补了独立发电系统的缺陷，而控制系统的性能对风光互补发电的效率提升具有重要作用。因此本课题的研究具有较好的实用价值。针对风光互补发电系统特点，采用相应控制策略来使系统运行，并设计风光互补发电系统的控制器，主要包括下位机控制器和上位机管理软件。下位机控制器主要可以实现对风光互补发电系统的充放电的控制、信息采集与显示、和通讯等功能。其开发过程主要包括硬件电路的设计和运行程序的编写两部分。
关键词：风光互补；采集电路；太阳能自动跟踪；控制器；单片机
引言
能源与环境已成为全球所面临的两个最严峻问题。当前寻找开发有效、绿色可循环利用的能源将是人类一直努力的目标。而风光互补发电系统就是利用自然能源，将不稳定的自然资源转化为可利用的电能。致力于发电系统能量的损耗，风光互补发电控制系统已逐渐被人们普遍推广。系统中的控制装置可以保证蓄电池稳定的工作，既不会过充也不会过放。系统装置中利用软硬件结合，既发挥了硬件运算快的优点，又利用了软件使用方便的优势。使整个系统操作简单，控制方便。
1、国内外发展现状
伴随着全球濒临枯竭的能源危机，可再生能源已经成为今后人类依赖能源中不可或缺的一部分，刚开始的风光互补发电系统，就是将风力发电机和光伏组件进行的简单配合，但是大自然提供的资源并不稳定，导致发电效率很低。近些年来风光互补发电系统使用范围的不断状大，提高利用率和经济性已成为必然要求，国内外陆续研发出风力、光伏及其互补发电的综合发电控制系统。
现代国内风光互补发电系统中大多采用的控制策略是对蓄电池进行浮充充电的控制模式，让负载有效地消耗由太阳电池组和风力发电机发出的电量。一般通过蓄电池电压检测来确定其运行状况，现在市场上智能控制芯片种类繁多,如常见的单片机,DSP,CPLD,FPGA,ARM等等。应当根据系统实际需求选择一种经济实用且通用性强编程容易的芯片。根据控制芯片的选择不同，国内市场有这样几种常用风光互补控制器。
(1)针对天气不佳不理发电的情况，小规模风光互补发电系统常采用MPPT风光互补控制器，一般分为WPVS、WSCS两大模式。其最突出的优势是风能的发电效率高，风机只要运转就会将风能转换成电能储存。市面上主流的风力发电机必须要达到一定的转速才能有限工作，而这种模式产品利用了MPPT控制原理和PWM谐振技术，这让小风速下的天气得以有效发电。造成的风损失小，使一些天气不佳情况下也能工作发电。
（2）分散式控制系统，也叫分布式控制系统或集散控制式系统。此系统一般采用分级控制，通常分为现场级、控制级和管理级。现场级包括传感器和执行器，控制级则是由若干个现场控制器（下位机）分散在现场实现分布式控制，管理级由一台中央管理计算机（上位机）实现集中监视管理。上下位机之间通过控制网络互联以实现彼此之间的数据传递.
(3)单片机控制系统:主控芯片选用的是28个引脚的STC12C5410AD，此系统:包括系统主控芯片及其外围电路、MOSFET驱动电路、电压采样电路、电流采样电路、蓄电池表面温度及环境温度采样电路、蓄电池容量显示电路、串口通信电路,其次还有整个控制系统的电源电路。以上四个部分互相联系,统一配合,在控制器的总体控制下分工操作,共同构成一个协调统一的个体，选择此款单片机作为系统的主控芯片可满足系统7路模拟量输入转换的需要。因为自带PWM模块可满足系统Boost升压电路中MOSFET开关管门极驱动信号的需要。在价格方面也有很大优势。
2、未来发展趋势
综合来看，伴随着控制技术和自动化技术快速发展，计算机技术和电子通信技术的应用也会极大加强。检测仪器自动化、智能化、网络化的程度也随着要求不断提高，风光互补发电系统控制器作为整个系统的核心，将具有如下功能：
(l)实现风光互补发电最大功率点跟踪;
(2)实现蓄电池过充电、过放电保护;
(3)实现系统的过压、过流保护;
(4)实现风机功率过载的保护;
(5)具有直观的系统工作状态和故障状态指示灯;
(6)负载供电具有准确定时和光敏调节功能;
(7)具有较高的安全性、可靠性和经济性；
3、课题研究内容及方向
整个风光互补发电系统主要由能量产生、储存、消耗环节三部分组成。风力发电和太阳能发电部分属于能量产生部分，分别将具有不确定性的风能、太阳能转化为稳定能输出的电能；为了有效的消除天气等自然因素引起的能量供需之间的不平衡，引入蓄电池来调控和平衡能量匹配，系统中的蓄电池来承担电量的存储；各种负载在当蓄电池满足工作电压时消耗电量属于能量消耗环节。
本论文设计的风光互补发电控制系统以AT89C51控制芯片为控制核心，由单片机最小系统，蓄电池模块、光电信号采集模块、风电信号采集模块、自动跟踪追日模块、通讯模块组成。在系统硬件上设计了包括风光互补发电控制电路、蓄电池充放电电路、A/D数模转换电路、电流电压采样电路、驱动电路、保护电路、电源等电路，并在硬件电路的基础上进行了控制系统软件的设计,根据总体结构先编出整体软件流程，主要包括主程序、充放电控制子程序、A/D数模转换子程序、太阳能自动跟踪子程序等设计流程图。综合来看本系统具有如下功能：
（1）风光互补发电系统的充放电的控制
（2）多路信号自动采集功能
（3）信号输出显示功能
（4）太阳能自动跟踪功能
（5）实现风机过载保护功能
（6）实现蓄电池过充电、过放电保护
（7）通讯功能
结束语
本论文设计的重点是风光互补发电系统的智能控制和相关信号自动采集，并能实现自动跟踪追日功能。但在远程操控显示以及系统仿真等方面还存在很多不足，相信随着风光互补发电系统的控制技术不断发展，科研人员的不断努力，风光互补发电控制系统所涉及到的一些难题将会得到解决。
参考文献
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论文作者:李学彬
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/19
标签：系统论文; 风光论文; 电路论文; 蓄电池论文; 控制系统论文; 控制器论文; 风能论文; 《电力设备》2017年第14期论文;