新能源的应用课程设计

《LED选课总结》课程设计独立家用太阳能风能控制器设计院（系）名称专业班级学号学生姓名指导教师2011年11月20日LED结课任务书2011—2012学年第一学期专业：电子信息工程学号：姓名：课程设计名称：新能源（太阳能、风能、新能源）LED选课总结设计题目：独立家用太阳能风能控制器设计完成期限：自2011年11月10日至2010年11月24日共2周设计依据、要求及主要内容：一、课题意义本课题用新能源的基本知识完成。通过本课题采用基于AVR单片机的光年太阳能控制器的设计，可以使学生深入理解新能源的工作原理，对扩展学生的知识面及以后从事这方面的工作有一定帮助。二、课题实现方法首先可查阅相关资料（网上查找或参考相关书籍手册），深刻理解一般太阳能风能控制器的基本原理、特点、基本电路和技术要求，然后根据要求正确设计出电路原理图，并对其进行分析和阐述，到实验室进行测试和调试，提交课程设计说明书一份。三、设计内容1。掌握太阳能风能控制器的功能和特点；2。正确理解新能源的基本原理和技术指标；3.完成用AVR单片机的光年太阳能控制器的设计；4。详细分析说明各组成部分作用和工作原理。5。编写设计报告，写出设计过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。四、设计要求1。基本概念清楚，基本原理正确；2。电路图设计符合国家有关规范和标准；3。阐述分析工作原理，条理清晰，重点突出；2。按时参加知道教师辅导，按要求完成课程设计。五、参考文献[1]陆虎瑜，马胜红。光伏·风力及互补发电村落系统[M]。北京：中国电力出版社，2005：3—7。[2]杨鹏，史旺旺。基于单片机的船用风光互补发电系统控制器的设计[J]。工业控制计算机，2009，22(5)：63—64。[3]揭婷，段善旭，刘邦银，等。风光互补发电系统的能量管理研究[J]。变频器世界，2008(9)：45—48。[4]全钟夫，杜刚。ATmega128单片机C程序设计与实践[M]。北京：北京航空航天大学出版社，2008。[5]王兆安、黄俊。电力电子技术[M]。北京：机械工业出版社，2008：103-107。[6]王群京，王涛，李国丽。小型风光互补MPPT控制的研究[J]。电气传动，2009，39(5)：40—42。[7]闭金杰，罗晓曙，杨日星，等。基于AVR的太阳能控制器设计[J]。现代电子技术，2009(10)：167—169。指导教师（签字）：教研室主任（签字）：批准日期：年月日课程设计说明书基于AVR单片机的风能太阳能控制器设计摘要针对风能和太阳能互补发电中互补模块和逆变模块的控制问题，采用高性能低功耗的AVR单片机为核心，设计了一种风光互补发电控制器，并对控制器的结构和原理进行了详细的分析。PROTEUS仿真表明，该系统过程电压和输出电压稳定、操作方便、功能强大。关键词：AVR单片机；风能；太阳能；互补控制器Abstract：APV／windhybridcontrollerisdesignedbasedonAVRsinge—chipmicrocomputertosolvethecontrolproblemofhybridmoduleandinverter，andthestructureandprincipleofcontrollerisanalyzedandillustrated。Theresultsofsimulationshowthatthesystemhasstableprocessvohageandoutputvoltage，convenientoperationandpowerfulcapability。Keywords：AVRsinge-chipmicrocomputer；windenergy；solarenergy；hybridcontroHe课程设计说明书目录1绪论............................................................................................................................12硬件电路的设计........................................................................................................12.1控制电路.......................................................................................................12.2斩波、整流电路...........................................................................................22.3风能太阳能互补控制电路...........................................................................22.4输出逆变电路...............................................................................................32.5驱动电路.......................................................................................................32.6键盘、显示及保护电路...............................................................................33软件设计....................................................................................................................43.1主程序...........................................................................................................43.2模式3子程序...............................................................................................43.3仿真...............................................................................................................53.4结语...............................................................................................................6总结..........................................................................................................................7致谢..........................................................................................................................8参考文献........................................................................................................................9课程设计说明书第1页1绪论随着能源危机的加重和人们对环境污染的重视，太阳能和风能作为理想的可再生清洁能源的优点逐渐显现出来。风能和太阳能在时间和地域上具有良好的互补性，这一优点引起了人们对风光互补发电研究和应用的广泛重视。本文建立了风光互补发电控制电路的模型，文中对风光互补电路的能量分配进行了研究，本文在实际研究的基础之上，主要对风光互补模块和输出逆变模块的控制电路进行了研究，设计了基于AVR单片机的风能太阳能控制器，实现了太阳能发电和风能发电控制的智能“二合一”。2硬件电路的设计风能太阳能控制器的结构如图1所示。该控制器由单片机控制电路和外围主电路组成，外围主电路主要包括风能太阳能互补控制电路、斩波电路、整流电路、逆变电路、驱动电路和检测电路等。图1风能太阳能控制器原理结构图2.1控制电路课程设计说明书第2页系统控制电路以ATmega128单片机为核心。采用该芯片4路可编程PWM资源实现输人斩波控制和输出逆变控制；通用I／O接口实现蓄电池的充放电控制及键盘、显示、报警等功能；内部集成的A／D转换器完成过程电压、电流和输出电压的采样。2.2斩波、整流电路风能发电机输出的三相交流电压经三相桥式整流为单相脉动直流电压，滤波后稳定的输出电压作为斩波器输出的基准电压。斩波电路1采用简单的Boost电路J，控制IGBT栅极的PWM信号占空比可以很容易地控制输出电压值，使其始终等于基准电压。斩波电路2采用Cuk电路J，同理，控制IGBT栅极的PWM信号占空比可以很容易地控制输出电压值，使其始终等于输出直流电压设定值。如果没有对输出电压值进行设定，该电路将完成最大输出功能跟踪(MPPT)功能。2.3风能太阳能互补控制电路为了实现太阳能发电和风能发电的智能“二和一”，采用两个固态继电器完成风光互补电路的控制，如图2所示。常开触点KS1和KS2分别控制斩波器输出电路和整流器输出电路的通断。对于常开触点KS2，只有当风能发电机输出电压大于等于阈值电压并且小于等于上限电压时闭合。互补输出的能量管理如表1所示，其中阈值电压和均可由单片机键盘设定。风能发电机输出上限电压主要是针对暴风等特殊情况下对主电路和控制电路的保护。风能太阳能互补电路中，当工作于模式3时，斩波器和整流器输出的直流电压大小必须相等。即在同时闭合常开触点KS1和KS2前，需检测图1中C、d两路输出电压的大小。同时，为防止电压大小短暂的差异损坏电路，设置两个电力二极管(VD1和VD2)实现主电路的保护。工作模式的选择可通过单片机键盘输入设定，缺省情况下，单片机根据c,d两路电压采样结果自行判定。图2风能太阳能互补控制电路图课程设计说明书第3页表1输出能量管理表2.4输出逆变电路输出逆变电路采用单相桥式逆变电路J，实现从直流电到频率和幅值可调的交流电的逆变。频率和幅值可以通过键盘设定，缺省值对应为5O赫兹220伏交流电输出。逆变器中的4个IGBT由AVR单片机生成的两路SPWM信号经过驱动电路2后进行驱动。通过对SPWM信号频率、相位和占空比的控制可以很方便的实现对输出交流电频率和幅值的控制。对输出电压的采样可以实现对交流输出电压频率和幅值的实时监控。2.5驱动电路驱动电路的质量决定对IGBT驱动的可靠性和稳定性，本系统采用集成驱动芯片IR2110来完成驱动电路的设计。由IR2110芯片搭建的驱动电路1和驱动电路2分别实现对两路PWM信号和两路SPWM信号的驱动。2.6键盘、显示及保护电路键盘采用矩阵方式设计，采用中断方式进行编程。键盘和显示电路主要完成控制器工作模式、输出交直流电压大小、蓄电池充放电情况以及太阳能供电阈值电压和风能供电阈值电压键盘采用矩阵方式设计，采用中断方式进行编程。键盘和显示电路主要完成控制器工作模式、输出交直流电压大小、蓄电池充放电情况以及太阳能供电阈值电压Vsth和风能供电阈值电压Vwth的设置和显示。保护电路采用光