毕业设计开题报告

毕业设计开题汇报设计题目:基于单片机风光互补发电控制系统设计院系名称:机电工程学院

专业班级:能源工程及其自动化学生姓名:李学彬

导师姓名:国绍文开题时间:3月日指导委员会指导委员会审查意见：签字：年月日1课题研究目标和意义（黑体小二）正文（宋体小四）能源与环境成为当今世界所面临两大主要课题。人类正在努力寻求清洁，高效，能够再生能源来代替对石油，煤炭等常规能源依赖。太阳能，风能是洁净资源，对环境不产生污染。所以，开发利用再生能源成为本世纪能源发展战略基本选择。小型风光互补发电系统就是利用自然能源，处理位于远离电网地方（草原、边防海岛、山区、牧区等）没有比较稳定电源问题。

风光互补发电控制系统是为了填补传统电力不足而设计独立发电设备。它是由太阳能电池组件与风力发电机配合而成一个系统，经过微型计算机远程控制，基本实现了免维护。因为系统中设有单片机工作状态检测、数模转换结果正确是否监测、继电器是否按指令要求动作检测，并对全部检测结果都设有错误报警显示。系统中一切设施能够确保蓄电池安全工作，既不会过充也不会过放。系统设置中软硬件结合，既发挥了硬件运算快优点，又利用了软件使用方便优势。2文件综述（课题研究现实状况及分析）（黑体小二）2.1风光互补发电系统现实状况及发展情况最初风光互补发电系统，就是将风力机和光伏组件进行简单组合，因为缺乏详细数学计算模型，同时系统只用于确保率低用户，造成使用寿命不长。

近几年伴随风光互补发电系统应用范围不停扩大，确保率和经济性要求提升，国外相继开发出一些模拟风力、光伏及其互补发电系统性能大型工具软件包。经过模拟不一样系统配置性能和供电成本能够得出最好系统配置。在国外对于风光互补发电系统设计主要有两种方法进行功率确实定：一是功率匹配方法，即在不一样辐射和风速下对应光伏阵列功率和风机功率和大于负载功率，只要用于系统优化控制；另一是能量匹配方法，即在不一样辐射和风速下对应光伏阵列发电量和风机发电量和大于等于负载耗电量，主要用于系统功率设计。据国内关于资料报道，现在运行风光互补发电系统有：西藏纳曲乡离格村风光互补发电站、用于气象站风能太阳能混合发电站、太阳能风能无线电话离转台电源系统、内蒙微型风光互补发电系统等。2.2风光互补发电系统应用前景（分析）2.2.1偏远农村生活生产用电中国现在农村人口数目众多。但偏远农村若靠电网供电，则需架设很长输电线路，其经济性很差．很不现实。而在这些地方其风能和太阳能蕴藏量十分丰富。若采取太阳能，风能这些可再生能源进行发电。则可基本满足偏远农村生活及照明用电。利用风光互补发电系统能够有效处理用电问题。2.2.2路灯照明系统风光互补路灯不需要输电线路。不消耗电网电能，一次性投入与常规路灯大致相当建设经费后即可一劳永逸地利用取之不尽用之不竭风能与太阳能提供稳定可靠能源。与单纯由太阳能供电路灯相比。风光互补路灯也有着显著优点：(1)风能充分利用不单大大提升了能量转换率。还显著降低了太阳能系统设备成本。使其在长久阴雨天气下仍能连续工作，提升了供电系统稳定性；(2)能量效率提升使得风光互补路灯在光源配置上更灵活。2.2.3通信基站中应用移动通信、微波、广播和电视转发，还是卫星通信。都各自在全国建立了一定数量通信基站。如今通信基站建设已从最早期城市内建设向城镇乡村发展．在未来几年。还将更多地向不发达西部地域、偏远山区发展。这些基站负荷比较小，若采取市电供电，架设输电线路代价很大。而采取风光互补发电系统能够很好处理问题。可使用清洁能源自给自足。在十分主要基站，则能够配置备用柴油发电机，形成风光柴油混合发电系统，提升供电可靠性确保。2.1******（黑体四号）2.1.1*****（黑体小四）正文（宋体小四）3设计基本内容、拟处理主要问题（黑体小二）3.1***机结构组成及工作原理（控制题目：控制系统组成及工作原理）要求：绘出工作原理图或组成框图（控制题目：控制系统方框图）由图一看,整个风光互补发电控制系统由集成装置、监控系统、逆变器、蓄电池和负载等主要部分组成.从能量角度看，整个风光互补智能系统由能量产生、存放、消耗步骤三部分组成。风力发电和太阳能发电部分属于能量产生步骤，分别将具备不确定性风能、太阳能转化为稳定能源；为了最大可能消除因为天气等原因引发能量供给与需求之间不平衡，引入蓄电池来调整和平衡能量匹配，系统中蓄电池来负担能量储存；能量消耗是指各种用电负载，有直流负载和交流负载两类。工作电压匹配直流负载能够直接接入电路，交流负载连入电路时需要配置逆变器。这套独立运行风光互补发电系统由风力发电机、太阳能电池阵列、智能控制器、蓄电池和负载等组成。风力发电机输出交流电，经整流后变成直流电，它与太阳能阵列输出直流电经控制器控制，对蓄电池进行充电。控制器除了控制风力发电机和太阳能电池阵列对蓄电池三段式充电外，还包含实现对蓄电池向负载放电管理，与系统运行时参数采集与通信功效。3.2设计基本内容集成装置由垂直轴风机、视日双轴跟踪机构和连接单元三部分组成.在集成装置中，风力发电机选择使用迎风调整机构垂直轴风机，能够接收360度方位中任何方向来风，较水平轴风机能够愈加好地适应.外界风向及风速改变快特点，且运行时噪音.太阳能电池板在视日双轴跟踪机构驱动下，实时跟踪太阳高度角和方位角改变，使电池板受光面自动正对太阳光。选为较为惯用H型垂直轴风机，由风机主转动转轴、3～5个叶片及若干水平连接杆组成，结构简单，便于在其叶片旋转运动外围安装支撑框架(上下各为圆形平板，平板外缘用若干垂直中空细管支撑并连接成类似笼形框架)。这种框架结构不但能够使垂直轴风机安装愈加稳固，提升抗风能力，而且具备防止因人员误入而造成伤害事故防范功效，更为主要是，利用其顶部空间，还能够集成安装太阳能电池板，在确保风能与太阳能发电互不干扰前提下，很好地实现风光互补发电装置紧密结合与降低占地空间设计目标。位于集成装置顶部视日双轴跟踪机构采取两台直流电机及对应机械传动装置，经过分别驱动太阳能电池板高度角转轴和方位角转轴来实现视日跟踪功效.监控系统是风光互补发电系统关键控制部分。由集成装置控制系统、环境监测系统和发电运行控制系统三个节点组成.，均采取8位单片机进行控制。其中，集成装置控制系统完成全部运动机构控制，尤其是视日双轴跟踪、风机开启与刹车和机械传动切换等。环境监铡系统负责采集与风光互补发电过程亲密相关各种外界环境参数，为集成装置控制系统以及发电运行控制系统正常工作提供依据。发电运行控制系统依照光照强弱、风力大小以及负载改变不停对蓄电池工作状态进行切换和调整，使其在充电、放电或浮充电等多个工况下交替运行，预防蓄电池过充电和过放电，同时实现风能和太阳能最大功率点跟踪，确保风光互补发电系统工作连续性、稳定性和高效性。3.3拟处理主要问题(1)设计了一套模块化风光互补智能控制系统。提出了一个模块化体系结构，将整个系统分为发电控制模块、蓄电池充放电控制模块、系统管理模块。用户依照应用需求，能够选取模块组件组成实用系统，具备很好扩展性。在硬件模块化设计基础上，经过设计一套智能管理系统，实现了模块间兼容性；在软件实现上，利用单片机编程实现多个功效来代替部分硬件电路，使得系统具备可修改，易于管理与升级，提升了稳定性与性价比。(2)经过对光伏系统最大功率点跟踪问题进行分析，提出了一个最大效率跟踪策略。依照负载等效电阻不变，推出太阳能电池功率与工作电压关系，基于该关系对传统扰动观察法进行了改进，提出一个基于太阳能输出电压最大功率点跟踪算法。该算法结构简练，计算量小，成本低，并具备适应天气改变较快场所功效。(3)依照蓄电池三段式充电要求，设计了一套具备智能控制和智能保护功效充放电控制电路。经过采取模块化设计与智能管理，增强了风光互补智能系统可扩展性与可靠性，有效地延长了蓄电池使用寿命。(4)详细分析了开关电源各个步骤，将反馈控制与电源设计相结合，提出了一个利用TL431制作精准开关电源赔偿电路方法。将该方法应用在实际电路设计中，验证了方法有效性。(5)依照要求，设计了风光互补系统主控制部分硬件电路设计和相关软件。其主控制器（MCU）采取微芯企业8位单片机AT89S52。外围电路包含驱动放大电路和母线电压检测、母线电流检测、蓄电池温度检测等检测电路。正文（宋体小四）4技术路线或研究方法（黑体小二）论文本着风能、太阳能综合利用思想,从风光互补发电目标入手,以经典风光互补发电系统结构为对象认真分析系统在整个运行过程中能量生产、转换、贮备和消费步骤工作状态,对系统运行控制方式及方法进行剖析,归纳总结出切实可行控制策略。最终,经过系统地分析和比较研究,结合微计算机控制技术开发研制了为风光互补发电提供可靠运行保障控制系统.正文（宋体小四）5设计进度安排（黑体小二）12月16日-12月31日：查找和阅读参考资料，熟悉课题，撰写开题汇报。2月29日-3月10日：系统总体技术方案设计与优化。3月11日-3月31日：绘制各系统总图,以及外围电路包含驱动放大电路和母线电压检测、母线电流检测、蓄电池温度检测等检测电路。4月1日-5月10日：C51语言程序学习及编程,模拟仿真及撰写设计说明书。5月11日-5月20日：图纸和说明书提交导师审核，修改图纸和设计说明书。5月21日-5月31日：进行毕业设计答辩相关准备工作。正文（宋体小四）6主要参考文件（黑体小二）[1]王健;娄承芝风光互补发电数据采集管理系统研究\o"紫色刊名为"计算机测量与控制-09-25[2]杨鹏;史旺旺基于单片机船用风光互补发电系统控制器设计工业控制计算机-05-25[3]KalyanmoyDeb，AmritPratap，SanlerAgarwa1．Afastmulti-objectivegeneticalgorithms：NSGA—II[J]．IEEETransactiononEvolutionaryComputation，，6(2):1053-1068.[4]HartleyLE，Martinez-LozanoJA，UllaMP，eta．Theoptimizationofinclinationofasolarcollectortomaximizetheincidentsolarradiationl[J]．RenewableEnergy1999，17-31.[6]MarionWmiam，UrbanKen．User’smanualforY2s[R]．NationalRenewableEnergy，1995．[7]周志敏，纪爱华．离网风光互补发电技术及工程应用【M】．北京：人民邮电出版社，．[8]张志英，赵萍，李银凤．风能与风力发电技术[M]．北京：化学工业出版社，．[9]吕治安．ZigBee网络原理与应用开发【M】．北京：北京航空航天大学出版社，．[10]戴庚，徐璋，皇甫凯林，钟英杰．垂直轴风力机研究进展[J】．流体机械，，38(10)：39—43．[11]汤世松，舒志兵．双轴伺服太阳能跟踪系统设计【J】．自动化仪表，201l，32(2)：49-51．[12]李日忠，黄俊斌，秦石乔．四象限光电探铡器象限问一致性测