风光气互补加热系统的设计与仿真

论文摘要

在能源枯竭与环境污染问题日益严重的今天,人们渴望用“取之不尽,用之不竭”的可再生能源来代替资源有限、污染环境的常规能源。研究和实践表明,太阳能和风能是资源最丰富的可再生能源,它们分布广泛,可以再生,不污染环境,是国际公认的理想替代能源。本文是以可再生能源的综合利用为指导思想,根据太阳能和风能在资源条件和技术应用上有良好互补性的特点,来进行整体系统设计和仿真的。文中通过对风光气互补加热系统和原加热系统成本核算的比较,验证了风光气互补加热系统节能改造的可行性,并根据加热系统的结构,确定了系统的工作原理、运行方式及系统应具有的功能;在此基础上设计了一套以AT89S53单片机为控制核心,由传感器、变送器、信号调理、单片机、执行元件、显示和键盘等器件组成的智能控制系统,并对控制系统中主要模块的功能、工作原理作了详细的叙述;同时还阐述了风能的基础理论、建立了风速、永磁同步发电机的数学模型。最后,利用Matlab7.1/Simulink5.0仿真软件,建立了风力发电系统各组成部分的仿真模型,并进行了仿真模拟实验。通过仿真模拟图形可知,所建立的仿真模型是正确的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 太阳能的应用现状
• 1.2.1 我国太阳能分布
• 1.2.2 太阳能应用现状
• 1.3 风能的应用现状
• 1.3.1 我国风能分布
• 1.3.2 风能应用现状
• 1.4 课题来源
• 1.5 本论文研究的主要内容
• 第2章 风光气互补加热系统的设计方案
• 2.1 改造前后两加热系统的经济性分析
• 2.1.1 原加热系统的成本核算
• 2.1.2 改造后加热系统的成本核算
• 2.2 太阳能加热方式的确定
• 2.3 太阳能集热器的选型
• 2.3.1 太阳能集热器的分类
• 2.3.2 热管式真空管集热器的介绍
• 2.4 太阳能热水器循环方式的确定
• 2.4.1 自然循环系统
• 2.4.2 强迫循环系统
• 2.5 太阳能集热器跟踪方案的确定
• 2.6 加热系统的结构
• 2.7 加热系统的工作原理
• 2.8 加热系统应具有的功能
• 2.8.1 水位控制功能
• 2.8.2 水温控制功能
• 2.8.3 温差循环功能
• 2.8.4 强制停水功能
• 2.8.5 防冻功能
• 2.8.6 显示与键盘功能
• 2.8.7 除尘、清雪功能
• 2.8.8 保护、报警功能
• 2.9 控制系统的设计方案
• 2.10 本章小结
• 第3章 风光气互补加热系统的硬件设计
• 3.1 单片机
• 3.2 扩展I/O 接口电路
• 3.3 扩展数据存储器电路
• 3.4 A/D 转换接口电路
• 3.5 温度采集模块
• 3.5.1 D518820 的基本特性
• 3.5.2 D518820 的测温原理
• 3.5.3 D518820 与AT89553 单片机的接口
• 3.6 水位检测模块设计
• 3.7 显示与键盘
• 3.7.1 液晶显示器
• 3.7.2 键盘
• 3.8 系统的功率接口
• 3.9 太阳能集热器的跟踪装置
• 3.9.1 比较控制式跟踪装置的工作原理
• 3.9.2 跟踪装置的控制流程
• 3.9.3 光电检测电路
• 3.10 除尘、清雪模块设计
• 3.11 步进电机驱动模块
• 3.11.1 步进电机的工作原理
• 3.11.2 步进电机的驱动电路
• 3.12 本章小结
• 第4章 风能的基础理论
• 4.1 风能的计算
• 4.2 自由流场中的风轮
• 4.3 风力机的特性系数
• 4.4 风力机的静态特性
• 4.5 风力机的仿真模型
• 4.6 风速的数学模型
• 4.6.1 基本风
• 4.6.2 阵风
• 4.6.3 渐变风
• 4.6.4 随机风
• 4.7 永磁发电机的数学模型
• 4.8 本章小结
• 第5章 风力发电系统的模拟仿真
• 5.1 风力发电机子系统
• 5.2 整流桥子系统
• 5.3 逆变桥子系统
• 5.4 仿真结果
• 5.4.1 交流母线电压
• 5.4.2 交流母线电压和电流
• 5.4.3 整流器交流侧电压
• 5.4.4 整流器直流侧电压
• 5.4.5 逆变器交流侧电压
• 5.4.6 负载的端电压
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢