民用風光互補發電系統的設計與應用

甘肅機電職業技術學院 鄭 偉

隨著環境污染的越發嚴重，人們開始廣泛應用清潔能源，在普通用戶當中應用風光互補發電技術已經得到社會各界的廣泛關注。民用風光互補發電系統具有較多優勢特點，主要表現在較高的能源利用率，較小的初期投資等，具有巨大的市場發展潛力。本文主要是針對民用風光互補發電系統的設計應用展開討論，在此基礎之上提出最大功率控制策略，希望能夠全面優化系統設計。

1 硬件設計

在民用風光互補發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，民用風光互補發電系統的供電主要包括普通市場供電和風光互補發電系統等。以上兩個系統之間主要是利用全控型開關器件實行切換，主要為風光互補發電系統供電，其次為市場供電。主電路是風光互補發電系統的核心，包括五種工作模式，對應五種電路連接，尤其體現在風力發電機獨立供電模式，該發電機能夠產生三相交流電，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，利用逆變點電路輸出的交流電，其次就是太陽能電池組供電模式，由電池組產生直流電，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。再者就是風力發電模式，該發電模式需要借助太陽能發電模式，將K1開關器件于連接BC，將K2開關器件連接于bc，太陽能電池組的直流電通過電路2能夠與整流器一起輸出直流電壓；此外就是以太陽能電池組為主，輔助風力發電，將K1開關器件于連接BD，將K2開關器件連接于bd，張在經過整流器之后的風力發電機輸出直流電壓；最后就是太陽能電池組和風力發電機的發電模式，將將K1開關器件于連接BC，將K2開關器件連接于bd，這樣就能夠形成風光互補發電系統。在整個電路設計當中需要將電路1和電路2共同通過斬波電路實行，在對電路進行保護時需要應用三個電路二極管。

圖1 民用風光互補發電系統原理圖

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關切換，還能夠展現出鍵盤功能，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電路主要是應用集成驅動芯片實現設計，由市場供電，太陽能電池組以及風力發電機等能夠給予電源電能。

2 最大功率跟蹤控制策略

在研究系統最大功率跟蹤控制策略能夠有效處理風光互補發電系統效率低下問題，此系統從硬件設計角度出發，并且應用軟件系統的五種工作模式使用不同的最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，太陽能電池組的發電電路就會中斷工作，只能應用風力發電模式，系統工作如果設置在1工作模式上，電路1就會對風力發電機組的工作狀態進行控制，將其確定在最佳葉速比；如果風力較弱或者沒有風時，風力發電電路就會中斷，只有太陽能電池組提供電能，系統處于2工作模式，電路2需要對太陽能電池組的最大功率點進行匹配；如果光照一般而風力比較強時，可以同時應用太陽能發電電路和風力發電電路等，但是主要是以風力發電為主，此時系統處于3工作模式，為了提升功率輸出最大值，需要對風力發電機的最大功率實行跟蹤控制；如果風力一般而光照較強時，可以同時應用太陽能發電電路和風力發電電路等，但是主要是以太陽能發電為主，此時系統處于4工作模式，為了提升功率輸出最大值，需要對太陽能發電機的最大功率實行跟蹤控制；如果風力和光照都比較強時，系統處于5工作模式，此時輸出功率都較大，因此無需對太陽能發電和風力發電進行最大功率跟蹤控制。

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能發電機和風力發電機實現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用電電壓，太陽能電池組輸出電壓以及風力發電機電池組輸出電壓等，參數Flag1為風力發電機輸出電壓標志位，參數Flag2為太陽能發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供電模式，可利用中斷方式設置參數，如果沒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行驗證分析，使用專業軟件對不同模式進行仿真模擬。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能發電機輸出特征進行模擬，使用可變電阻對輸出負載進行模擬。

仿真結果也能證實，使用單片機設置的民用風光互補發電系統具有較快的響應速度，在使用MPPT控制之后能夠顯著加強系統能源利用率，有效能源使用效果。

5 結束語

綜上所述，此次研究設計主要是應用AVR單片機，這樣能夠顯著處理民用風光互補發電系統的適用性問題，還能夠將MPPT控制策略引入在系統控制當中，這樣能夠顯著處理系統效率問題，能夠在各個區域使用太陽能資源和風力資源，使用價值比較高，能夠在市場當中推廣使用。