森林防火系统中风光互补高效电源研究

摘要

电源是电力设施的心脏，在森林防火系统作用不言而喻。相对于深山中的森林防火系统用太阳能风能作为电力供应不失为一种简单、经济的方式。
　　太阳能和风能发电是当今世界上可利用能源中最清洁、最现实、最有开发利用前景的发电方式之一。实际中，太阳能风能单独发电受自然条件的制约非常严重，但在时间和空间上却有很大的互补性。所以将二者结合起来组成混合发电系统，可以在很大程度上解决太阳能风能单独发电时断时续的状况。
　　本论文根据太阳能电池板的发电模型，使用matlab绘制了太阳能电池的I-V和P-V特性曲线，并以50W的太阳能电池板为实验平台实际测量并绘制了太阳光从不同角度入射时的I-V和P-V特性曲线。从而决定了太阳能电池板的固定方式。
　　由风能发电机的输出功率模型发现利用系数和尖速比等因素对风力机输出功率的影响比较大，故将风力发电机的运行区域分为最大功率跟踪、额定转速、额定功率运行三个阶段来实现风力发电机的最大功率输出。对于野外中风力发电机遇到大风转速极大的情况下，对风力发电机进行PWM短路刹车，从而使发电机转速下降并维持某一恒定电压，保护发电池的同时也保护电路设备。
　　通过对铅酸蓄电池充放电特性分分析，决定采用太阳能电池串联、风力发电机并联的方式进行充放电控制。电池控制中发现为了防止电池硫化对电池进行负脉冲充电为一种高效的快充模式，可以满足在野外电能不能快速充入蓄电池的问题。同时根据电池的充放电特性通过单片机控制负载接通和断开以保持电池永远在快速充电模式，而不至于使电池过度亏电从而无法迅速充起来。论文最后按照这种方式完成太阳能风能控制器的设计与实现。