DSP风光互补系统模拟设计+现状+框图+电路图+源代码 第3页
1.1.4. 毕设的提出
将风力发电机与太阳能电池组合，通过控制系统对蓄电池进行充电，就能保证晴天、阴雨天的充电能量能够持续。但是由于风能和太阳能受气候影响波动大，输出不稳定，而且二者输出功率不匹配，使得风光互补发电系统协调工作存在一定困难。因此，本文的主要目的是在模拟一套风光互补发电系统装置对风光互补发电匹配进行试验，设计一种用于小型风光互补发电系统储能环节的充电控制器，该控制器能够实现升降压控制稳定输出电压，这样就可以将功率变化较大的风电和光电有效的加以利用，从而提高系统的整体运行效率。
1.2. 风光发电系统概述毕业论文
http://www.751com.cn1.2.1. 风力发电系统的组成
风力发电机组是实现风能转换成电能的设备，通常包括风轮机、传动机构、发电机、自动控制装置以及支撑铁塔等。风轮机的作用是将风能转换为机械能， 它由气动性能优异的2~3 个叶片装在轮毂上所组成， 低速转动的风轮通过传动系统由增速齿轮箱增速， 将动力传递给发电机。风轮机按照风轮旋转轴在空间的方向可分为水平轴和垂直轴两大类。目前大型风力发电机组多采用水平轴。水平轴风轮机叶片有定桨距调节型和变桨距调节型。定桨距是指桨叶与轮毂的连接是固定的，桨距角固定不变，即当风速变化时，桨叶的迎风角度不能随之变化，优点是简单可靠。变桨距是指安装在轮毂上的叶片通过控制装置可以改变其桨距角的大小，能够尽可能多地吸收风能转化为电能。变桨距调节的优
点是桨叶受力较小，桨叶较为轻巧，缺点是结构比较复杂，故障率相对较高。
自动控制装置是风力发电机组的关键部件， 其控制着风力发电机组的工作功能和安全保护功能的实现。自动控制的工作功能主要有：在风速达到设定的启
动风速时，风力机自动启动并带动发电机开始运转；当风向变化时， 水平轴风力机自动跟踪风向变化以实现自动对风； 当风速超过最大的设定风速或风力机的风轮转速超过规定的最大转速时， 风力机自动制动停止运转。风力发电机组的发电机可采用直流发电机、同步发电机、异步发电机等多种类型。直流发电机常用于小型风力发电机组， 同步发电机和异步发电机在大中型风力发电机组中广泛应用。同步发电机能够提供自身磁场电流，但成本高，并网复杂。异步发电机在转速超过同步转速情况下以发电方式运行， 将风轮机的机械能转化为电能，并向电网输送有功功率，但它需从电网吸收无功功率建立磁场，不具有电压及无功调节能力。异步发电机结构简单，成本低，易并网，且无振荡，在大型风电场中多采用异步发电机。
1.2.2. 系统控制技术
风力发电系统中的控制技术和伺服传动技术是其中的关键技术，这是因为自然风速的大小和方向是随机变化的，风力发电机组的并网和退出电网、输入功率的限制、风轮的主动对风以及对运行过程中故障的检测和保护必须能够自动控制。同时，风力资源丰富的地区通常都是边远地区或是海上，分散布置的风力发电机组通常要求能够无人值班运行和远程监控，这就对风力发电机组的控制系统的自动化程度和可靠性提出了很高的要求。本文来自辣"文'论-文~网
与一般工业控制过程不同，风力发电机组的控制系统是综合性控制系统。它不仅要监视电网、风况和机组运行参数，对机组运行进行控制。而且还要根据风速与风向的变化，对机组进行优化控制，以提高机组的运行效率和发电量。
20世纪80年代中期开始进入风力发电市场的定桨距风力发电机组，主要解决了风力发电机组的并网问题和运行的安全性与可靠性问题，采用了软并网技术、空气动力刹车技术、偏航与自动解缆技术，这些都是并网运行的风力发电机组需要解决的最基本的问题。由于功率输出是由桨叶自身的性能来限制的，桨叶的节距角在安装时已经固定；而发电机转速由电网频率限制。因此，只要在允许的风速范围内，定桨距风力发电机组的控制系统在运行过程中对由于风速变化引起输出能量的变化是不作任何控制的。这就大大简化了控制技术和相应的伺服传动技术，使得定桨距风力发电机组能够在较短时间内实现商业化运行。
20世纪90年代开始，风力发电机组的可靠性已经大大提高，变桨距风力发电机组开始进入风力发电市场。采用全变桨距的风力发电机组，起动时可对转速进行控制，并网后可对功率进行控制，使风力机的起动性能和功率输出特性都有显著和改善。由风力发电机组的变桨距系统组成的闭环控制系统，使控制系统的水平提高到一个新的阶段。
由于变距风力发电机组在额定风速以下运行时的效果仍不理想，到了20世纪90年代中期，基于变距技术的各种变速风力发电机组开始进入风电场。变速风力发电机组的控制系统与定速风力发电机组的控制系统的根本区别在于，变速风力发电机组是把风速信号作为控制系统的输入变量来进行转速和功率控制的。变速风力发电机组的主要特点是：低于额定风速时，它能跟踪最佳功率曲线，使风力发电机组具有最高的风能转换效率；高于额定风速时，它增加了传动系统的柔性，使功率输出更加稳定。特别是解决了高次谐波与功率因数等问题后，使供电效率、质量有所提高。
随着计算机技术与先进的控制技术应用到风电领域，控制方式从基本单一的定桨距失速控制向变桨距和变速恒频控制方向发展。
目前的控制方法是：当风速变化时通过调节发电机电磁力矩或风力机浆距角使叶尖速比保持最佳值，实现风能的最大捕获。控制方法基于线性化模型实现最佳叶尖速比的跟踪，利用风速测量值进行反馈控制，或电功率反馈控制。但在随机扰动大、不确定因素多、非线性严重的风电系统，传统的控制方法会产生较大误差。因此近些年国内外都开展了这方面的研究。一些新的控制理论开始应用于风电机组控制系统。如采用模糊逻辑控制、神经网络智能控制、鲁棒控制等。使风机控制向更加智能方向发展。
风光互补发电系统是利用风力和太阳能在时间的互补性设计的一套混合发电系统，通过该系统可以减小单独使用风力或太阳能发电所需的蓄电池容量。
1.2.3. 风的基本特性
(1) 风速毕业论文
http://www.751com.cn风速是单位时间内空气在水平方向上移动的距离，其单位常用m/s、km/s、mile/h等来表示。因为风具有不恒定性，所以风速随时间和地点而不断变化着，从而形成复杂的风况。通常说的风力等级即是风力强度的一种表示方法，风越强，数值越大。
(2) 瀑布系数，单位面积获得的风功率称为风能密度。推动风力机械运转的风能为：(1-1) (1-2)
式中：E—每秒种风轮扫过的风能(W)，ρ—空气质量密度( )，
V—风速(m/s)，S—风力机叶轮扫掠的面积( )，R—风轮半径(m)
所以，风能密度为： (1-3)1.2.4. 风的运行特性
世界上第1台用于发电的风力机于1891年在丹麦建成,但由于技术和经济等方面原因,风力发电一直未能成为电网中的电源。直到1973年发生石油危机,美国、西欧等发达国家为寻求替代化石燃料的能源,投入大量经费,用新技术研制现代风力发电机组。20世纪80年代开始建立示范风电场,成为电网新电源。
风力机一般分为水平轴和垂直轴两种，垂直轴的风力机主要缺点是转矩脉动大，在遇到强风时不易调速，在80年代后期各国已经停止了对这种风车的研制和开发，现在的风力机主要是水平螺旋桨推进器型的。
风力机运行特性：
(1) 叶尖速比与风能利用系数
根据风力机的空气动力学特性，风力机输出机械功率可表示为：（1-4）
式中， 为风能利用系数；R为风轮半径，单位m，ρ为空气密度，单位 ；V为风速，单位m/s。
由式(1-4)可知，在风轮叶片大小、风速和空气密度一定时，影响功率输出的唯
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