小型风力发电机控制器设计-电子竞赛设计报告教案.doc

电子设计竞赛教程 考试(设计报告) 题 目：小型风力发电机控制器设计 摘要 现有的小型风力发电系统存在能量转换效率低、蓄电池使用寿命短、控制简单和缺乏完整的系统功率控制等问题。因此提高对蓄电池的充电速度，减少充电损耗，正确地监控蓄电池状态，确保蓄电池的正确使用、延长蓄电池的使用寿命对小型风力发电有着重要意义。本设计的目的是在分析现有的小型风力发电系统的基础上，设计简单、高效、高可靠性的风机控制器，实现风电系统可靠及优化运行。 本设计以单片机8051的加强版STC12C5A60S2为核心控制整个电路，具体由风力发电机、控制系统、整流电路、斩波电路、蓄电池充放电控制电路、蓄电池及其用电设备组成，功能上能保证系统安全运行，在电气特性和机械特性允许范围内运行。减少风速随机变化对输出电能的影响，使输出电压稳定，减少纹波。合理调度系统电能，保证向负载提供连续电能。保护蓄电池，防止过充和过放，提供足够充电能量进行快速充电。? 综上所述，本设计将具有可靠性更高、价格更廉等优势，对于增强市场竞争能力，加速小型风力发电的普及和应用，节约能源和保护环境都具有重要意义。 关键词：发电机 整流 锂电池 环保 目录 一 绪论 1 二 小型风力发电系统原理 2 2.1 风力发电系统组成 2 2.2 风电系统的运行特点 2 2.3 电能变换单元和控制单元 4 2.3.1 整流器 4 2.3.2 DC/DC 变换器 5 2.4 锂电池 5 2.4.1 锂电池的介绍 5 2.4.2 锂电池的种类 6 2.4.3 锂电池的充电方法 6 三 小型风力发电机控制器的设计 8 3.1 电机的选择 8 3.1.1 手摇发电机 8 3.1.2 电机特性曲线 9 3.2 单片机（单片机STC12C5A60S2） 11 3.2.1 产品介绍 11 3.2.2 单片机STC12C5A60S2的特点 11 四 流程图和电路图 14 4.1流程图和控制原理图 14 4.2 显示屏 18 4.3 锂电池选择 20 4.4 检测电路 21 4.4.1 电压检测 21 4.4.2 电流检测 22 五 调试 22 六 结语 24 一 绪论 随着现代工业的发展和社会的进步，人们对供电持续性和供电量的要求也越来越高。而煤炭、石油的日趋减少，开发新能源成为当今社会最热门的话题之一。风能作为一种自然资源，它有取之不尽、清洁无污染等优点，所以被人们称为“绿色资源”受到青睐。利用可再生能源可以节约能源和保护环境，而风力发电与其它再生能源相比，更具竞争潜力，因而发展迅速。 我国的风能资源十分丰富，目前已经探明的风能储量约为 3226GW，其中可利用风能约为 253GW，主要分布在西北、华北和东北的草原和戈壁以及东部和东南沿海及岛屿上。据统计，截至到 2006 年底，我国大陆地区已建成并网型风电场 91 座，累计运行风力发电机组 3311 台，总容量达 259.9 万 kW。已经建成并网发电的风场主要分布在新疆、内蒙、广东、浙江、辽宁等 16 个省区。根据电监会公布的数据，截至 2006 年底,中国发电装机容量达到 62200 万 kW，风力发电占全国总装机容量的 0.42%。和火力发电相比，风力发电还具有以下显著的优点： ① 风能是一种可再生的洁净能源，它既不消耗自然资源，也不污染环境，这是火力发电所无法比拟的。 ② 风力发电系统的建设周期要比火力发电系统短，而且投入的资金也要少得多。 ③ 由于现代高科技技术得融入，使得风力发电的可靠性得到显著提高。大中型风力发电机组的可靠性从 80 年代的 50％提高到 98％，已经高于火力发电，并且机组寿命可达 20 年以上。 ④ 与火力发电相比，风力发电机组建设的占地面积要远远小于火力发电，并且风力发电既可以并网运行，也可以和其他能源，如柴油发电、太阳能发电、水力发电组成互补系统。还可以独立运行。对于解决边远无电或供电困难地区的用电问题提供了现实的可行性。 由以上所述可以看出，风力发电对我国的经济发展有着巨大的意义。作者希望通过 对小型风力发电机及其相关控制技术的研究，来改进和完善风力发电技术，为风力发电技术的发展提出一些创造性的想法。 二 小型风力发电系统原理 2.1 风力发电系统组成 普通的独立式小型风力发电系统由风力发电机、控制系统、整流电路、斩波电路、蓄电池充放电控制电路、蓄电池及其用电设备组成（见图 2.1），其中整流电路和斩波电路也可以合称为电能变换单元电路，它实现了将风能转换为电能和变换为能够使用的电能的整个过程。利用风力带动发电机发电，将发出的电能存储在蓄电池中，在需要使用的时候再把存储的电能释放出来。 图 2.1 小型风力发电系统结构示意图 2.2 风电系统的运行特点