第２８卷第１期２０１０年２月
可再生能源
Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ
Ｅｎｅｒｇｙ
Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ
Ｖ（，１．２８
Ｎ（，．１
Ｆｅｂ．２０ｌＯ
基于ＧＰＲＳ的风光互补发电无线远程监测系统
舒杰１’２，吴昌宏２，张先勇２
（１．中山大学，广东广州
５１０２７５；２．中国科学院广州能源研究所，广东广州
５１０６４０）
摘
要：采用ＡＴｍｅｇａｌ２８单片机以及ＳＩＭ３００模块设计了基于通用分组无线业务（ＧＰＲＳ）的无线数据采集系
统，对风光互补发电系统进行远程数据监测。并将数据传送到计算机网络服务器。文章介绍了无线ＧＰＲＳ监测系统的硬件和软件原理及设计方案。
关键词：风光互补系统；单片机；ＳＩＭ３００模块；通用分组无线业务
中图分类号：ＴＮ９１９．２；ＴＭ６１４；ＴＭ６１５
文献标志码：Ｂ
文章编号：１６７１—５２９２（２０１０）０１—００９７－－０４
Ｗｉｒｅｌｅｓｓｒｅｍｏｔｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ
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（１．ＳｕｎＹａｔＳｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０２７５，Ｃｈｉｎａ；２．ＧｕａｎｇｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙ
ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ
５１０６４０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｗｉｒｅｌｅｓｓｒｅｍｏｔｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅ
ｏｎ
ＧＰＲＳｗｉｔｈ
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ＳＩＭ３００ｍｏｄｅｍｆｏｒｔｈｅｗｉｎｄ－ｓｏｌａｒｈｙｂｒｉｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｄａｔａ
ａｒｅ
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ａｎｄｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄｔｏＰＣＩｎｔｅｒｎｅｔｓｅｒｖｅｒ．Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｉｎｄｅ－ｔａｉｌｈｅｒｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄ－ｓｏｌａｒｈｙｂｒｉｄｓｙｓｔｅｍ；ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ；ＳＩＭ３００ｍｏｄｅｍ；ＧｅｎｅｒａｌＰａｃｋｅｔＲａｄｉｏＳｅｒ－
ｖｉｃｅ（ＧＰＲＳ）０前言
新能源与可再生能源的开发利用是解决人类能源短缺、减少温室气体排放的重要手段。近几年，太阳能、风能等可再生能源的开发利用在我国发展迅猛，年增长率达５０％以上。由于风能、太阳能资源在时空上具有互补性．因此风光互补发电成为一种重要的能源利用方案。目前，风力／光伏发电是解决我国偏远无电地区广大农牧民、海岛居民的生活用电．以及无电区域各种微波中继站等供电的重要方式ｆｌｌ。
采用无线数据技术对风光互补发电系统进行远程监测，了解当地风力／太阳能资源状况（风速分布、太阳能辐射）、系统运行状况（实时功率、电压，累积发电量）、系统故障等，对于风光互补系统
的综合分析与评价、指导工程应用具有十分重要的意义［２１。
中国科学院广州能源研究所建设的风光互补发电智能节能示范房。是一个采用了太阳能光伏组件与建筑集成、太阳能光伏与风能互补发电技术的独立分布式发电系统。该系统配置２ｋＷ小型风力发电机、峰值功率各为６４０Ｗ的晶硅太阳电池和２４０Ｗ的非晶硅薄膜太阳电池。本文研制
一套通用分组无线业务（Ｇｅｎｅｒａｌ
ＰａｃｋｅｔＲａｄｉｏ
Ｓｅｒｖｉｃｅ，ＧＰＲＳ）的无线数据监测系统。对光伏及风
力发电系统进行实时监测。
ｌ
ＧＰＲＳ技术概述
ＧＰＲＳ是在ＧＳＭ系统的基础上发展而来的一种新的移动通讯业务。它在移动用户和数据网
收稿日期：２００９—０７—１５。
基金项目：广东省科技攻关计划项Ｉｉｔ（２００６Ａ１０７０１００２）：广东省自然科学基金项目（８１５１００７００６０００００５）。
作者简介：舒杰（１９６９一），男，汉族，博士，副研究员，从事太阳能利用技术的研究工作。Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｕｃｈ＠ｍｓ．ｇｌｅｅ．ａｃ．ｃａ
?９７?
Ｙ３＂Ｘ生能源
络之间提供了一种连接，给移动用户提供高速无线ＩＰ。ＧＰＲＳ采用分组交换技术，每个用户可以同时占用多个无线信道，同一个信道又可以为多个用户使用．以提高无线信道的利用率。ＧＰＲＳ的理论传输速率为１７１．１５ｋｂ／ｓ．实际传输速率为４０—１００ｋｂ／ｓ。特别适合于间断的、频繁的少量数据传输。ＧＰＲＳ网络覆盖范围广。无空间和距离限制。使用ＧＰＲＳ技术实现数据分组收发，用户永远在线，保证数据传输的实时性，接入速度快，且按流量计费。可以有效降低服务成本１３］。
２系统设计方案
本系统由ＧＰＲＳ数据采集终端和上位机服务器组成。ＧＰＲＳ数据采集终端由Ａｔｍｅｇａｌ２８单片机、ＧＰＲＳ模块、ＬＭ２４０１２８液晶、传感器模块等组成。主要进行模拟量采集以及ＧＰＲＳ数据传输。测量的模拟量有：风速、风向、太阳辐照、太阳电池电压、蓄电池电压、多晶硅太阳电池电流、非晶硅太阳电池电流、风机电流、负载电流等。上位机服务器是一台能连上Ｉｎｔｅｍｅｔ的计算机，具有公网ＩＰ地址（图１）。
图１系统框图
Ｆｉｇ．１Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｄｉａｇｒａｍ
２．１模拟量的测量
为了提高数据测量的精度。本系统不采用ＡＴｍｅｇａｌ２８片内ＡＤ，而选用ｌｌ通道１２位ＭＤ器件ＴＬＣ２５４３，单片机Ｉ／Ｏ通过模拟ＳＰＩ总线来读写ＴＬＣ２５４３，进行ⅣＤ转换。
采用锦州阳光公司生产的ＴＢＱ一２总辐射表测量太阳辐射量。灵敏度为７～１４；ｚＶ／（Ｗ?ｍ２），信号输出为０～２０ｍＶ，经过信号放大后，输入到?９８?ＴＬＣ２５４３。
采用锦州阳光公司生产的一体化风速风向传感器测量风速及风向。风速输出的是脉冲信号，与脉冲频率成正比；风向输出的是７位格雷码信号。风速脉冲频率信号接到ＡＴｍｅｇａｌ２８的ＩＣＰ捕捉引脚，通过ＩＣＰ中断测出频率，风速性０．０５．厂ｏ７位风向信号接到ＡＴｍｅｇａｌ２８的Ｉ／Ｏ口，通过程序进行格雷码——二进制码——方位角度转换计算。
采用电压／电流传感器来采集太阳电池、风机输出的电压，电流信号。传感器模块输出的信号均为标准０～５Ｖ，不须进行信号处理而直接接到ＴＬＣ２５４３模拟输入引脚。
单片机读取实时时钟芯片ＤＳｌ３０２。记录各模拟量采集时的时刻，以获得风能／太阳能在对应时间下发电输出的数据。
２．２单片机ＧＰＲＳ无线上网
中国移动在ＧＰＲＳ网与Ｉｎｔｅｍｅｔ网之间建立了许多相当于ＩＳＰ的网关支持节点（ＧＧＳＮ），以连接ＧＰＲＳ移动网外部的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络。对于单片机无线测控系统，采用ＧＰＲＳ模块作为移动台终端连接ＧＰＲＳ网，ＧＰＲＳ数据经ＳＧＳＮ（服务ＧＰＲＳ支持节点）发送往ＧＧＳＮ，ＧＧＳＮ对分组数据进行处理，再发送Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，实现单片机ＧＰＲＳ无线上网。
ＧＰＲＳ模块与ＧＧＳＮ的通信要符合ＰＰＰ协议，使用ＰＰＰ协议登陆之后。就可以通过ＧＧＳＮ连上Ｉｎｔｅｒｎｅｔ。Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上数据的传输采用的是ＴＣＰ／ＩＰ协议。对于不带协议栈的ＧＰＲＳ模块，下位机终端与上位机通信，单片机系统程序要实现的从底层到上层的协议有：串口驱动层、ＧＰＲＳ模块驱动层、ＰＰＰ协议层、ｌＰ协议层、ＴＣＰ协议层与应用层。
为了简化硬件设计和方便程序设计，本文采用自带有ＴＣＰ／ＩＰ协议栈的ＧＳＭ，ＧＰＲＳＭＯＤＥＭ，内嵌ＳＩＭ３００模块．集成了电源电路、ＳＩＭ卡电路、串口阿用Ｓ２３２电平转换电路。设计的重点主要是单片机与ＳＩＭ３００模块串行通信，无线ＧＰＲＳ数据的收发。
２．３ＳＩＭ３００无线ＧＰＲＳ模块
ＳＩＭ３００是ＳＩＭＣＯＭ推出的ＧＳＭ／ＧＰＲＳ三频／四频模块，主要为语音传输、短信息和数据业务提
舒杰。等基于ＧＰＲＳ的风光互补发电无线远程监测系统
供无线接口。ＳＩＭ３００集成了完整的射频电路和ＧＳＭ的基带处理器．适合于开发一些ＧＳＭ／ＧＰＲＳ的无线应用产品．如移动电话、无线数据传输业务、远程测量等．应用范围十分广泛【４】。
２．３．１
ＳＩＭ３００与单片机的接口
ＳＩＭ３００提供标准的ＲＳ２３２串行接口．
ＳＩＭ３００
ＭＯＤＥＭ串口输出的是ＲＳ２３２电平．因此
采用ＭＡＸ２３２芯片进行单片机串口ｎＵＲＳ２３２
电平转换，与ＭＯＤＥＭ输出电平匹配。本设计不使用ＳＩＭ３００全串口通信，只使用ＴＸＤ。ＲＸＤ．ＧＮＤ
３个引脚，同时将Ｃ佟和ＲＴＳ引脚短接（图２）。
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图２单片机与ＳＩＭ３∞接口电路
Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔｂｅｔｗｅｅｎｍｉｃｒｏｃｈｉｐａｎｄｓｉｍ３００
２．３。２程序设计
ＳＩＭ３００支持标准ＡＴ指令集。ＡＴ指令是专门用来控制调节调制器的指令集。每条ＡＴ指令执行完后，调节调制器都会返回应答嘲。通过单片机串口中断程序接收ＳＩＭ３００应答信号，并进行判断，流程图如图３。
图３
ＡＴ指令发送流程
Ｆｉｇ．３
Ｔｈｅ
ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｓｅｎｄｉｎｇＡＴｃｏｍｍａｎｄ
初始化：单片机初始化，设置通讯波特率，单片机发送ＡＴ＋ＩＰＲ＝Ｉ１５２００．设置ＳＩＭ３００的波特率为１１５２００。
建立ＴＣＰ连接：ＳＩＭ３００数据采集终端作为下位机，上位机为连接上Ｉｎｔｅｍｅｔ的计算机，具有公网固定ＩＰ地址。单片机发送ＡＴ＋ＣＩＰｓＴＡＲＴ＝“ＴＣＰ”，“ＩＰＡｄｄｒｅｓｓ”，“Ｐｏｒｔ”指令建立ＴＣＰ连接，连接成功返同ＣＯＮＮＥＣＴ
ＯＫｔ６１，ｉｔ］。
ＧＰＲＳ数据发送：连接成功后。单片机发送ＡＴ＋ＣＩＰＡＴＳ＝＜ＭＯＤＥ＞．＜ＴＩＭＥ＞指令自动发送数据。系统的采样时间为ｌＳ，ｌ条数据记录集包含实时时间、各路模拟量。当数据记录达到１０条时，发送一次数据包（即１０Ｓ发送１次）。
发送数据程序流程如图４。单片机发送数据前先发送ＡＴ＋ＣＩＰＳＴＡＴＵＳ指令检查ＳＩＭ３００的
连接状态．只有在模块连接成功状态下才可发送数据。
定时器中断程序中进行模拟量Ａ／Ｄ采样，并对数据进行滤波。
图４发送数据程序流程
Ｆｉｇ．４
Ｔｈｅ
ｐｒｏｇｒａｍｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｓｅｎｄｉｎｇｄａｔａ
２．４上位机设计
ＰＣ机上的监控上位机程序通过Ｖｉｓｕａｌ
Ｂａ．
ｓｉｃ６．０开发环境编写，采用ＷｉｎＳｏｃｋ控件接收远程数据。并将数据存到ａｃｃｅｓｓ数据库中［ｓｌ。
２．４．１
ＷｉｎＳｏｃｋ控件
Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ提供的Ｗｉｎｓｏｃｋ控件对用户而言是
不可见的．用户不需要了解ＴＣＰ或底层Ｗｉｎｓｏｃｋ
?９９?
可再生能源
２０１０，２８（１）ＡＰＩ函数。通过设置Ｗｉｎｓｏｃｋ控件的属性和调用
该控件的方法，就可以很容易地连接到远程计算
机并进行双向的数据交换。
２－４．２服务器设计
Ｗｉｎｓｏｃｋ创建服务器应用程序。先设置一
个本地端口（ＬｏｃａｌＰｏｒｔ属性）。用Ｌｉｓｔｅｎ方法监
听这个端口，当客户机连接到该端口。就会发
生ＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎＲｅｑｕｅｓｔ事件，调用Ａｃｃｅｐｔ方法完
成连接过程。建立连接后，下位机发送数据过
来时。产生ＤａｔａＡｒｒｉｖａｌ事件．调用ＧｅｔＤａｔａ方法
就可获取数据。服务器程序工作过程如图５
所示。
服务器
’垃置本地ＩＰ
绑定Ｂｉｎｄ本地
端ＩＩ．ＩＰ
二Ｉ二
侦听Ｉ．ｉｓｔｅ．ｎ
本地端口
接收Ａｃｃｅｐｔ
莲接请求二ＥＷｉｎｄｓｏｅｋ接收数据【；ｅＩｄａｌａ二［显示Ｊｉ存剜Ａｃｃｅｓｓ数据库
客户端莲接本地端口
客户端发送
教据
图５服务器程序流程
Ｆｉｇ．５Ｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｓｅｒｖｅｒ服务器监测界面如图６所示。
圈６上位机监测界面
Ｆｉｇ．６Ｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｈｏｓｔ
ｃｏｍｐｕｔｅｒ
?１００?３结论
根据太阳能光伏、风能发电的技术特点，成功开发了基于ＧＰＲＳ的风光互补分布式发电无线远程能量监测系统。该系统包括远程监测终端、远端上位机监测软件系统两部分。通过ＧＰＲＳ网络与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ互联，实时向远程服务器传送风光互补发电系统运行数据、太阳能风能资源数据等，实现了无线远程数据采集监测功能。
该系统从２００９年初开始运行．采集了海量现场数据，为风光互补发电系统性能分析与评价提供了有益素材，也为今后的工程应用提供了参考。
参考文献：
【ｌ】中国可再生能源学会，中国科学院广州能源研究所．２００８年中国新能源与可再生能源产业发展报告【Ｚ】．
２００８．
【２】舒杰，彭宏．光伏系统的远程监控技术与实现叨．华南理工大学学报（自然科学版），２００５（５）：４３－４６．
ｆ３】钟章队，蒋文怡．ＧＰＲＳ通用分组无线业务【Ｍ】．ｊＥ京：人民邮电出版社．２００１．
【４】ＳＩＭ３００ＨａｒｄｗａｒｅＩｎｔｅｒｆａｃｅＤｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ，Ｖｅｒｓｉｏｎ１．０５．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｉｍ．ｃｏｍ，２００５－１１－２２．
【５】ＳＩＭ３００ＡＴＣｏｍｍａｎｄｓＳｅｔ，Ｖｅｒｓｉｏｎ１．０３［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｉｍ．ｃｏｒｎ．２００５－１ｌ—０８．
【６】ＴＣＰ／ＩＰＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＮｏｔｅｓ，Ｖｅｒｓｉｏｎ１．０１［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗ＇ｗ．ｓｉｍ．ｃｏｒｎ．２００５一ｌＯ一２０．
【７】杜矗，李波．内置ＴＣＰ／ＩＰ狮议的ＧＰＲＳ模块的应用【Ｊ】．单片机与嵌入式系统应用，２００６（１０）：４１－４３．
【８】余琴，赵振华．基于ＧＰＲＳ的ＳＯＣＫＥＴ通信的应用研究（Ｊ】．单片机与嵌入式系统应用，２００５（１１）：５２—５５．
，’＋。＋。＋。＋。＋。＋。＋。＋”＋“＋。＋。＋。＋。＋‘＋。＋。＋。＋”＋。、从太阳能热利用专委会的调查数据显示，２００９＃ｉ
全行业生产真空管３．５３亿支，实际用于当年销售热ｉ水器的约为３．３６亿支，比２００８年的２．５亿支增长｝ｊ３４．４ｊ｝；：新增真空管集热器面积约４０００万ｍｚ，平板集ｊｌ热器面积约２００万ｍ２，全年太阳集热器总产量为；ｔ４２００万ｍｚ，比２００８年的３１００万ｍｅ增长了３５．５鬈：ｔ｝太阳热水器国内销售额约为５７８．５亿元，同比增长｝；３４．５％，出口额为２亿美元，增长６６．６％。（泰阳）ｌ
ｋ．＋．＋．＋。＋。—＋一＋．＋．＋．＋．＋。＋．＋．＋。＋．＋．＋。＋．＋．＋√
基于GPRS的风光互补发电无线远程监测系统
作者：舒杰， 吴昌宏， 张先勇， SU Jie， WU Chang-hong， ZHANG Xian-yong
作者单位：舒杰,SU Jie(中山大学,广东,广州,510275;中国科学院,广州能源研究所,广东,广州
,510640)， 吴昌宏,张先勇,WU Chang-hong,ZHANG Xian-yong(中国科学院,广州能源研究所
,广东,广州,510640)
刊名：
可再生能源
英文刊名：RENEWABLE ENERGY RESOURCES
年，卷(期)：2010，28(1)
被引用次数：0次
参考文献(8条)
1.中国可再生能源学会.中国科学院广州能源研究所2008年中国新能源与可再生能源产业发展报告 2008
2.舒杰.彭宏.沈辉.邓幼俊光伏系统的远程监控技术与实现[期刊论文]-华南理工大学学报（自然科学版）
2005(5)
3.钟章队.蒋文怡GPRS通用分组无线业务 2001
4.SIM300 Hardware Interface Description,Version 1.05
5.SIM300 AT Commands Set,Version 1.03 2005
6.TCP/IP Application Notes,Version 1.01
7.杜垚.李波内置TCP/IP协议的GPRS模块的应用[期刊论文]-单片机与嵌入式系统应用 2006(10)
8.余琴.赵振华基于GPRS的SOCKET通信的应用研究[期刊论文]-单片机与嵌入式系统应用 2005(11)
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进入21世纪,能源问题已经成为关系到人类生存和发展的首要问题.从能源安全和保障生态环境出发,迫切需要采取措施加大可再生能源的开发利用并不断提高技术水平.太阳能和风能的利用近年来日趋受到各国的普遍重视,已经成为新能源领域中开发利用水平最高,技术最成熟,应用最广泛,最具商业化发展条件的新型能源.
论文源于风光互补家用电源项目,该项目的目的是向我国现存的900多万无电户(总人口达2900万)提供基本生活用电.在对国内外的技术现状和发展趋势进行综述的基础上,结合我国实际情况,提出了在满足性能要求的前提下,以经济成本最优为目标的风光互补系统匹配设计方案,为降低成本,提高可靠性和整机效率,设计风光互补控制逆变一体机.设计中提出了一种基于扰动观测回探法的风光互补系统MPPT控制策略.在机箱结构设计中,基于空气动力学来设计内部散热结构,并利用隔板把电路部分和变压器分开,提高电磁兼容性.基于价格低廉且性能稳定的工业级单片机PIC16F73设计了户用电源的控制电路,有助于提高系统的稳定性和可靠性.
在工程设计实践中,提出了一种基于经验的简化设计.在马兰基地罗布泊辐射监测站建设的2500W风光互补电站通过一年多恶劣环境下的可靠运行进一步验证了设计的可行性.
2.学位论文钟勇风光互补发电系统中蓄电池充放电控制器的研究2006
可再生能源的综合利用对我国社会经济的可持续发展和环境保护起着重要的作用。太阳能和风能是可再生能源中利用比较广泛的两种。太阳能和风能在资源条件和技术应用上都有很好的互补特性，在电能作为能量主要能量消耗形式的当今社会，综合考虑太阳能和风能在多方面的互补特性而建立起来的风光互补发电系统是一种经济合理的供电方式。该供电方式在解决边远地区的能源供应问题中发挥着积极的作用。由于风能和光能的随机性、间歇性，为满足稳定、持续的生活用电和生产的需要，一般加入蓄电池或超级电容等储能环节。风光互补发电系统可研究的内容很多，如风光互补系统的优化设计和运行控制、风光发电中最大功率（MPPT）控制、光伏发电中对太阳的自动跟踪控制、蓄电池直流供电、蓄电池逆变交流供电等。本文主要有以下特点：（1）进行风光互补发电对蓄电池充放电控制的研究；（2）以PIC16F874单片机为控制芯片，通过系统软件调整来满足对蓄电池智能充放电控制；（3）与以往采用模拟分离元件构成的控制器件相比体现出有更好的可靠性和灵活适应性；（4）有利于形成系列化的产品，达到推动风能、太阳能利用产业化、市场化的目的，并为最终因地制宜地开发利用风能太阳能提供必要的前提条件。由于风光互补发电系统的结构复杂，影响运行控制的因素很多，本文也只是在着重考虑蓄电池作为储能环节在整个风光互补系统的经济性、可靠性的基础上进行风光互补蓄电池充放电控制系统的研究，若再从风光互补发电系统运行高效性方面考虑，控制系统还可以进一步完善，文章在这方面提出了相关建议，为风光互补发电系统运行控制的深入研究和控制系统的不断完善提供了参考。
3.学位论文王健并网型风光互补发电数据采集监测系统的研究与开发2006
一套并网型风光互补发电系统的实际运行效果是否达到设计指标，是否符合实际的需求，如果没有实际运行数据验证，很难看出系统设计匹配的优劣。不同地区，太阳能、风能资源以及用电负荷情况有很大不同，如何评价系统及系统中主要部件的实际运行性能，进而对已安装的系统进行评估，最终给出不同地区最优系统设计方案是今后实施风光互补发电系统工程应解决的主要技术问题。为此，本文主要研究并网型风光互补系统数据采集监测系统。
本文在介绍并网型风光互补发电系统的工作原理、系统组成部分、各部分的工作特性的基础上，建立了一套由传感器、信号采集硬件电路和PC机组成的数据采集监测系统，该监测系统主要完成数据采集、处理、显示和数据的数据库保存、数据的通讯等功能。文中一方面对监测硬件系统从电路设计的原理做了详细的分析，同时对各硬件系统功能模块从实际功能角度做具体研究；另一方面与硬件系统相结合的分析监测软件系统的各功能模块实际工作流程以及细述PC机使用的Visual Basic可视化软件的特点。
本文所研究的以AT89C52为核心的单片机监测系统具有强大的数据采集功能，能够采集并网型风光互补发电系统的所有相关参数：风速、风向、辐射度、电流、电压、功率等；数据采集系统具有速度快、精度高、稳定性好、抗干扰能力强等特点；可采用多种通讯方式，满足不同系统的需求，以便实现近远程监控；PC采用具有较强人机互动界面Visual Basic与ACCESS数据库相结合的数据管理系统，简单、易懂，方便用户使用。
数据采集监测系统的开发对风光互补发电事业的研究有深远地指导意义。
4.学位论文程军风光互补智能控制系统的设计与实现2009
随着能源危机和环境恶化日益加剧，人们越来越关注环境保护和新能源技术的发展。风力发电和太阳能发电是所有可再生能源中最有前景的，它们具有零污染、低辐射、永不枯竭等诸多不可取代的优点。近年来，世界各国都加大对风能和太阳能产业的投入。随着成本的进一步降低，产业技术的升级以及政府财政与政策的支持，风光互补智能系统作为一种灵活、稳定的能源供给系统，将是新能源利用研究与应用的热点。
风光互补发电是利用风能和太阳能的资源互补特性，将间歇性的风能和太阳能通过有效的转化、储存、控制等手段，形成稳定的电力输出。风光互补智能系统是由控制系统、储能系统与配套设施组成的。发电系统、控制系统、储能系统独立设计，是整合后系统稳定性差的根本原因，也是目前该行业的技术壁垒。本文以实现具有智能控制和智能保护功能的风光互补系统为目标，在总结与分析已有工作的基础上，着重于风光互补智能控制系统的研制和最大功率跟踪策略两个方面的研究，其主要工作与贡献如下：
1)设计了一个模块化的风光互补智能控制系统。提出了一种模块化的体系结构，将整个系统分为发电控制模块、蓄电池的充放电控制模块、系统管理模块。用户根据应用需求，可以选用模块组件构成实用系统，具有很好的扩展性。在硬件模块化设计的基础上，通过设计一套智能管理系统，实现了模块间的兼容性；在软件实现上，利用单片机编程实现多种功能来代替部分硬件电路，使得系统具有可修改，易于管理与升级，提高了的稳定性与性价比。
2)通过对光伏系统的最大功率点跟踪问题进行分析，提出了一种最大效率跟踪策略。根据负载的等效电阻不变，推出太阳能电池的功率与工作电压的关系，基于该关系对传统的扰动观测法进行了改进，提出一种基于太阳能输出电压的最大功率点跟踪算法。该算法结构简洁，计算量小，成本低，并具有适应天气变化较快场合的功能。
3)根据蓄电池的三段式充电要求，设计了一套具有智能控制和智能保护功能的充放电控制的电路。通过采用模块化设计与智能管理，增强了风光互补智能系统的可扩展性与可靠性，有效地延长了蓄电池的使用寿命。
4)详细分析了开关电源的各个环节，将反馈控制与电源设计相结合，提出了一种利用TL431制作精准开关电源补偿电路的方法。将该方法应用在实际的电路设计中，验证了方法的有效性。
5.学位论文王斌一种新型的风光互补发电系统优化设计2008
太阳能及风能均具有能量密度低、随机性强的特点，所以单独的光伏或风电系统难以提供稳定的电能输出，加入蓄能装置有助于改善这一缺陷，但又大大加大了系统的投资。如何使得光伏电池及风力发电机发挥最大的潜能，又避免过多的投资浪费是急需要解决的问题。如何合理的匹配设计是充分发挥风光互补发电优越性的关键。
目前，国内设计风光互补系统配置一般采用经验来估算，这往往会造成系统装机容量严重不足或者过剩现象。风光互补独立供电系统的优化配置可看作一个多目标优化问题，两个冲突的目标是极大化供电可靠性和极小化成本。本文中，供电可靠性采用计算机软件模拟蓄电池组一年的每日的荷电状态值(SOC)来验算保证：成本的优化采用遗传基因算法动态搜索模式，搜索计算出最小化系统配置花费。
本文在设计风光互补独立供电系统时，系统中需要优化的不仅有光伏电池和蓄电池的容量，还应该有风力发电机种类和容量以及光伏电池的倾角[7]。优化目标为系统安装成本，约束条件为供电可靠性。在成本(目标)函数的最小化计算中，用改进的适应性微观策略的遗传算法优化，随机搜索并采用选择、交叉、变异三种基本算子在全部组合中搜索最优化的配置。计算和验证表明本文采用的算法收敛，能同时优化风力发电机类型和容量、光伏电池的容量和倾角以及蓄电池的容量，并且计算效率高。
本文首先按光伏方阵、风力发电机、蓄电池、负载、优化指标的顺序建立了风光互补发电系统的数学模型。其中光伏方阵模型包括了太阳辐射模型及光伏模板的电流电压模型。风力发电机的模型由一分段能量函数表示，以便于仿真[5]。储能单元中蓄电池模型直接采用了前人的工作成果。等效数学模型分析表明，超级电容器能够提升储能系统的峰值功率，优化蓄电池的充放电电流，使其工作在良好环境中[15]。本文提出了一种无源式超级电容器和蓄电池混合储能结构，并应用于独立风光系统中，建立了相应的控制系统。仿真和实验结果表明，由于超级电容器的滤波作用，在光伏系统的输出功率和负载功率大幅波动时，蓄电池的充放电电流能够保持在较平滑的水平，避免了因充放电电流过大而引起的容量损失和过早失效。这在本文的设计中是一个创新。
本文最后还设计了以PIC16F877单片机为核心的控制系统的硬件电路和相关软件，可以实现在风光系统运行过程中相关参数的测量、显示、计算和通信等功能。
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下载时间：2010年11月4日