獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)光互補(bǔ)電站監(jiān)測系統(tǒng)的研究

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)/光互補(bǔ)電站監(jiān)測系統(tǒng)的研究所屬學(xué)院:電子工程信息學(xué)院目錄TOC\h\z\t"標(biāo)題1,1,二級(jí)標(biāo)題,2,三級(jí)標(biāo)題,3"摘要： IIIAbstract： IV第一章引言 11.1課題背景 11.1.1可再生資源的利用現(xiàn)狀與發(fā)展 11.1.2我國太陽能和風(fēng)能資源 11.2國內(nèi)外研究情況 41.2.1國外研究情況 41.2.2國內(nèi)研究水平 61.3課題研究意義及主要工作 6第二章 獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)、光及其互補(bǔ)電站 82.1獨(dú)立運(yùn)行的光伏電站 82.1.1系統(tǒng)組成 82.1.2光伏電站的主要部件介紹 82.2獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電站 132.2.1系統(tǒng)組成 132.2.2風(fēng)力發(fā)電站主要部件 142.3獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)/光互補(bǔ)電站 172.4獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)/光互補(bǔ)電站監(jiān)測策略 18第三章硬件電路設(shè)計(jì) 203.1方案選擇 203.2硬件電路結(jié)構(gòu)圖 213.3EDA9033A三相電參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊 223.3.1EDA9033A三相電參數(shù)采集模塊簡介 223.3.2EDA9033A模塊接線圖 243.3.3EDA9033A-ASCII碼指令集及參數(shù)計(jì)算說明 263.4RS485通訊連接 273.4.1RS485介紹 273.4.2RS485通訊電路 28第四章軟件設(shè)計(jì) 304.1編程環(huán)境介紹 304.2主要控件介紹 314.2.1MSComm控件 314.2.2坐標(biāo)系統(tǒng) 334.2.3時(shí)鐘控件 344.3程序結(jié)構(gòu) 344.3程序設(shè)計(jì) 354.3.1MSComm通訊程序 354.3.2波形顯示程序 364.3.3模擬仿真 36第五章總結(jié) 40參考文獻(xiàn) 41致謝 42附錄ⅠMSComm通訊程序 43附錄Ⅱ仿真程序 44窗體1-歡迎界面 44窗體2-選擇界面 44窗體3-1號(hào)風(fēng)機(jī) 46窗體6-1號(hào)光伏板 58

獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)/光互補(bǔ)電站監(jiān)測系統(tǒng)的研究電子信息工程學(xué)院電氣071501盧林龍指導(dǎo)教師：劉立群摘要：隨著供電需求的不斷增加、電力系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大、運(yùn)行要求不斷提高，工作量的增大與人力相對不足的矛盾日益突出。同時(shí)，為減少人為錯(cuò)誤對安全生產(chǎn)的影響，自動(dòng)化將是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。電站監(jiān)控系統(tǒng)的改進(jìn)和進(jìn)一步完善是十分必要的，特別是充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的潛力和特點(diǎn)，替代變電站值班人員易發(fā)生錯(cuò)誤或難以持久進(jìn)行的某些工作，如某些單調(diào)、重復(fù)的檢測、對低概率事件的長期監(jiān)視等，其需求尤為迫切。本文利用EDA9033A電參數(shù)采集模塊采集風(fēng)/光互補(bǔ)電站參數(shù)，通過RS485將數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，依靠VB編寫的監(jiān)測系統(tǒng)處理輸出顯示數(shù)據(jù)與波形。利用這個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、長久的對電站進(jìn)行監(jiān)測，確保電站穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。關(guān)鍵字：風(fēng)/光互補(bǔ)電站，監(jiān)測系統(tǒng)，VB輸出波形，多窗口應(yīng)用

TheResearchofMonitoringSystemforHybridPV/WindPowerStationSchoolofElectronicandinformationengineeringElectricalDirector：LiuLiqunAbstract：Withtheincreasedemandofpowersupply,thescaleexpandofelectricpowersystem,theimprovementoperationrequirements,theconflictbetweentheincreasingworkloadandrelativeshortageofpersonnelhavebecomeincreasingprominent.Atthesametime,automationwillbeaninexorabletrendtoreducetheinfluenceoftheproductionsafetybyhumanerror.Itisnecessarythatpowerstationmonitoringsystemshouldbefurtherimproved.Especiallymakingfulluseofthecomputer’spotentialandcharacteristicstoreplacesometasksthatthesubstationworkswhichareeasilytogivefaultorhardtosustained,suchassomemonotonousandrepetitivetesting,thelong-termmonitoringoflowprobabilityeventsetc,thedemandisparticularlyurgent.ThistestuseEDA9033Aelectricparameteracquisitionmodule,transferthedatatothecomputerthroughRS485,processingtheoutputdisplaydataandwaveformsdependonmonitoringsystempreparedbyVB.Usingthemonitoringsystem,wecanmonitoredthestationreal-timely,accuratelyandinlong-term,andensureastable,efficientandcheaperoperation.KeyWords:HybridPV/windpowerstation,monitoringsystem,VBoutputwaveform,Multi-windowapplications第一章引言1.1課題背景1.1.1可再生資源的利用現(xiàn)狀與發(fā)展所謂可再生能源主要指太陽能、水能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能等自然能源。其突出特點(diǎn)是資源豐富，可再生，可供人類永久利用，不存在資源枯竭的問題。據(jù)有關(guān)專家測算，僅太陽能、風(fēng)能、水能和生物質(zhì)能在現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)水平下，全球一年獲得的資源量即達(dá)1033億tce(標(biāo)準(zhǔn)煤，下同)，大約是2000年全世界一次能源消費(fèi)量(143億特tce)的7.2倍，比2020年需求量(203億tce)還要多4倍，預(yù)測到2050年左右，可再生能源發(fā)電量將達(dá)到世界總發(fā)電量的30-40%左右，成為人類的基礎(chǔ)能源之一。自上個(gè)世紀(jì)70年代發(fā)生了石油危機(jī)以來，促使了一批可再生能源新技術(shù)的誕生。到上個(gè)世紀(jì)90年代，世界各國可再生能源發(fā)展迅速，世界上許多國家都把可再生能源作為未來國家能源的基礎(chǔ)，其中風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能發(fā)展速度最快，有廣闊的發(fā)展前景，因?yàn)榭稍偕茉吹睦迷鲩L率遠(yuǎn)高于常規(guī)能源。其中風(fēng)力發(fā)電是可再生能源中成本最接近常規(guī)能源的清潔能源，因此其發(fā)展速度最快，年增長率達(dá)27%；而據(jù)歐洲JRC的預(yù)測，到2030年太陽能發(fā)電將在世界電力的供應(yīng)中顯現(xiàn)其重要作用，達(dá)到10%以上，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中占到30%；2050年太陽能發(fā)電將占總能耗的20%，可再生能源占到50%以上，到本世紀(jì)末太陽能發(fā)電將在能源結(jié)構(gòu)中起到主導(dǎo)作用。1.1.2我國太陽能和風(fēng)能資源我國地處北半球歐亞大陸的東部，幅員遼闊，有著豐富的太陽能資源，但隨著緯度和地形、氣候條件的不同，太陽能在全國的分布有很大的區(qū)別。中國各地的太陽能年輻射總量大約在3.3×106～8.4×106千焦/米2年之間，其平均值是5.9×106千焦/米2年。我國太陽能資源豐富和比較豐富的Ⅰ、Ⅱ類地區(qū)面積約占全國總面積的2/3以上。我國的風(fēng)力資源也比較豐富，近十幾年來，對風(fēng)能資源狀況作了較深入的勘測調(diào)查，全國可開發(fā)利用的風(fēng)能資源總量約2.5億千瓦。東南沿海和山東、遼寧沿海及其島嶼，內(nèi)蒙古北部，甘肅、新疆北部以及松花江下游等地區(qū)均屬風(fēng)能資源豐富區(qū)，年平均風(fēng)速≥6米/秒，有效風(fēng)能密度≥200瓦/米2，具有很好的開發(fā)利用條件。和常規(guī)能源相比較，太陽能和風(fēng)能資源具有如下5個(gè)優(yōu)越性：1）取之不盡，用之不竭太陽內(nèi)部由于氫核的聚變熱核發(fā)應(yīng)，從而釋放出巨大的光和熱，這就是太陽能的來源。根據(jù)氫核聚變的反應(yīng)理論計(jì)算，如果太陽像目前這樣，穩(wěn)定地每秒鐘向其周圍空間發(fā)射3.826×1028焦耳的輻射能，在氫核聚變產(chǎn)能區(qū)中，氫核穩(wěn)定燃燒的時(shí)間，可在60億年以上。也就是說太陽能至少還可像現(xiàn)在這樣有60億年可以穩(wěn)定地被利用。太陽發(fā)射出的能量，只有22億分之一被地球所獲得，其余部分都散射到太空中去了。但這一部分能量也是很可觀的，地球表面一年中仍可獲得7.034×1024焦耳的能量，相當(dāng)于燃燒200萬億噸煙煤所發(fā)生的巨大熱量。根據(jù)古斯塔夫遜的計(jì)算，太陽通量在地球和太陽間的數(shù)值為1400瓦/米2，而地球表面上所獲得的功率為1.8×1017瓦，一年中所獲得的能量換算成電力約為1.58×1018度。風(fēng)能是太陽能的一種轉(zhuǎn)化形式，仍根據(jù)古斯塔夫遜的估算，在全球邊界層內(nèi)，風(fēng)的總功率為1.3×1015瓦，一年中約為1.44×1016度電力的能量。這相當(dāng)于目前全世界每年燃燒礦物能源所產(chǎn)生能量的3000倍左右。此外，從長遠(yuǎn)來看，人類為免除礦物燃料資源枯竭的威脅，從目前的礦物燃料能源結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變到持久能源結(jié)構(gòu)，已是勢在必行，而且現(xiàn)在已經(jīng)開始了轉(zhuǎn)變。2）就地可取，不需運(yùn)輸?shù)V物能源中的煤炭和石油資源在地理分布上的不均勻，以及全世界工業(yè)布局的不均衡造成了煤炭和石油運(yùn)輸?shù)牟痪?。這些礦物能源必須經(jīng)過開采后長途運(yùn)送，才能到達(dá)目的地，給交通運(yùn)輸造成壓力。對一些高山、孤島、草原和高原等電網(wǎng)不易到達(dá)、交通不方便的地方，充分利用氣象資源，會(huì)帶來很大方便。在我國幅員遼闊，人煙稀少的少數(shù)民族聚居地和邊遠(yuǎn)地區(qū)，由于遠(yuǎn)離電網(wǎng)而很難獲得經(jīng)濟(jì)可靠的電源，同時(shí)這些地區(qū)所設(shè)置的郵電局、微波中繼站、氣象臺(tái)、電視調(diào)頻差轉(zhuǎn)臺(tái)以及邊防哨所需要的電功率都在10千瓦以下，目前采用柴油發(fā)電機(jī)組供電，其成本高，不但柴油需求量大，而且燃料運(yùn)輸路途遙遠(yuǎn)，費(fèi)用高。這些地區(qū)若合理地利用太陽能、風(fēng)力發(fā)電裝置，就更加能夠顯示出太陽能、風(fēng)能發(fā)電的優(yōu)越性。3）分布廣泛，分散使用如果將10米高處，能量密度大于150～200瓦/米2的風(fēng)能，作為有利用價(jià)值的風(fēng)能，從世界風(fēng)能分布圖上可以看出全世界約有三分之二的地區(qū)具有風(fēng)能利用價(jià)值。太陽能年輻射總量一般大于5.04×106千焦/米2年，就有實(shí)際利用價(jià)值，若大于6.3×106千焦/米2年，則為較高利用價(jià)值地區(qū)。世界上約有二分之一的地區(qū)可以達(dá)到這個(gè)數(shù)值。雖然太陽能和風(fēng)能分布也具有一定的局限性，但與礦物能、水能和地?zé)崮艿认啾热钥梢暈榉植驾^廣的一種能源，稱得上具有分布較廣，到處都有的優(yōu)點(diǎn)。4）不污染環(huán)境，不破壞生態(tài)人類在利用礦物燃料的過程中，必然釋放出大量有害物質(zhì)，如SO2,CO2等，使人類賴以生存的環(huán)境受到了破壞和污染。此外，其他新能源中水電、核能、地?zé)崮艿?，在開發(fā)利用的過程中，也都存在著一些不能忽視的環(huán)境問題。但太陽能和風(fēng)能在利用中不會(huì)給空氣帶來污染，也不破壞生態(tài)，是一種清潔安全的能源。5）周而復(fù)始，可以再生在自然界可以不斷生成并有規(guī)律地得到補(bǔ)充的能源，稱為可再生能源。太陽能和風(fēng)能都屬于可再生能源。煤炭、石油和天然氣等礦物能源經(jīng)過幾十億年才形成，而且短期內(nèi)無法恢復(fù)。當(dāng)今世界消耗石油、天然氣和煤炭的速度比大自然生成它們的速度要快一百萬倍，如果按照這個(gè)消耗速度，在幾十億年時(shí)間里所生成的礦物能源將在幾個(gè)世紀(jì)內(nèi)就被消耗掉。目前，非再生能源占世界能源結(jié)構(gòu)的98%左右，為了減少不可再生的礦物能源的消耗量，我們一方面要致力于提高礦物能源的有效利用率，節(jié)制利用礦物能源，另一方面必須積極開發(fā)可再生能源和核能。太陽能和風(fēng)能盡管與常規(guī)能源相比具有五大優(yōu)越性，是極好的能源，但在利用時(shí)也存在著以下兩大弊端：1）能量密度低標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，空氣的密度在僅為水的密度的1/773。在3米/秒風(fēng)速時(shí)，風(fēng)的能量密度僅為0.02千瓦/米2，而在水流速為3米/秒時(shí)，其能量密度達(dá)到20千瓦/米2。在相同流速下，要想獲得與水能同樣大的功率，風(fēng)輪直徑要相當(dāng)于水輪的27.8倍。太陽能能量密度也很低，必須裝置相當(dāng)大的受光面積，才能采集到足夠的光能。所以不論太陽能還是風(fēng)能都是一種能量密度極其稀疏的能源，也就是單位面積上所獲得的能量比較小的能源。2）能量不穩(wěn)定太陽能和風(fēng)能對天氣和氣候都非常敏感，它們都是隨機(jī)能源。雖然各地區(qū)的太陽輻射和風(fēng)的特性在較長時(shí)間內(nèi)大致上有一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性可循，但是其強(qiáng)度無時(shí)無刻都在不斷的變化之中，不但各年間有變化，甚至在很短時(shí)間內(nèi)還有無規(guī)律的脈動(dòng)變化。此外，太陽能還具有晝夜有規(guī)律變化的特點(diǎn)。這種時(shí)大時(shí)小的不穩(wěn)定性也給太陽能和風(fēng)能的使用帶來了很大的困難。由于具有這兩大困難，所以要想把這兩種能源轉(zhuǎn)變成經(jīng)濟(jì)而又可靠的電能，存在很多技術(shù)問題。這也就是幾個(gè)世紀(jì)以來太陽能和風(fēng)能的利用發(fā)展極為緩慢的原因。但是，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，太陽能和風(fēng)能的利用都已經(jīng)在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上有所突破，有些應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)性應(yīng)用領(lǐng)域。1.2國內(nèi)外研究情況1.2.1國外研究情況在新能源的利用上，歐共體、美國、日本等處于世界先進(jìn)水平。由于風(fēng)能相比太陽能，更加不穩(wěn)定。國外由于電網(wǎng)普及面比較廣，并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組效率高，運(yùn)行安全可靠，從節(jié)能和機(jī)組效率的角度來看是一種理想的運(yùn)行方式，所以國外在風(fēng)力發(fā)電的利用方面，主要還是采用并網(wǎng)型大型風(fēng)力發(fā)電站的形式。在解決有風(fēng)無電地區(qū)居民集結(jié)點(diǎn)的供電問題上，國外一般采用風(fēng)/柴電站交替運(yùn)行方案，它需要配備一定容量的柴油發(fā)電機(jī)組，且絕大多數(shù)著眼于生活用電的需要。這種電站歸納起來有三種方案，即負(fù)載控制方案，配備長期儲(chǔ)能裝置方案，配備短期儲(chǔ)能裝置方案。在負(fù)載控制方案中公認(rèn)為較成功的英國IRD公司在英國三個(gè)島上建立的55kW風(fēng)力機(jī)和容量不等的柴油發(fā)電機(jī)交替運(yùn)行獲得了較好的效果。該方案是將負(fù)載分為優(yōu)先、次要和耗能負(fù)載，由發(fā)電機(jī)頻率控制其通斷，當(dāng)風(fēng)電不足以保證“優(yōu)先”負(fù)載時(shí)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，無須儲(chǔ)能。該方案運(yùn)行可靠，在風(fēng)能資源豐富地區(qū)可達(dá)到滿意的節(jié)油效果，但它具有投資過高，次要負(fù)載用電效率低，負(fù)載檔次分得過細(xì)的缺點(diǎn)。長期儲(chǔ)能方案的風(fēng)電一蓄電池一逆變器系統(tǒng)對10kW以上容量的電站來說，投資過高。如在愛爾蘭的CapeClear島進(jìn)行了60kW風(fēng)力機(jī)，72kW柴油發(fā)電機(jī)和100kWh蓄電池的示范工作，這種方案避免了柴油發(fā)電機(jī)的頻繁起動(dòng)，但同時(shí)也存在著造價(jià)高、控制復(fù)雜的缺點(diǎn)。英國Reading大學(xué)對部分儲(chǔ)能方案進(jìn)行了論證和計(jì)算機(jī)模擬工作，認(rèn)為是可取的。短期儲(chǔ)能現(xiàn)有飛輪儲(chǔ)能和液壓儲(chǔ)能，還處于試驗(yàn)階段。下面介紹荷蘭和日本光伏系統(tǒng)控制器的研究情況。荷蘭荷蘭的光伏電站專用控制器已經(jīng)達(dá)到了專業(yè)化的生產(chǎn)水平，而且技術(shù)性能也有很大提高。其控制器帶有最大功率跟蹤功能（MPPT）（只用于70Wp以上的光伏系統(tǒng)），在蓄電池虧電和光強(qiáng)較弱時(shí)，可比普通控制器的充電效率提高30?？刂破鲗π铍姵夭捎昧巳N充電方式:當(dāng)蓄電池電壓較低時(shí)以MPPT方式充電；當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到設(shè)定值1（如12V蓄電池，設(shè)定值1為14.1V）時(shí)，轉(zhuǎn)為吸收充電，1小時(shí)后轉(zhuǎn)為恒壓浮充充電（對12V蓄電池，充電電壓在13.25V)；當(dāng)電池電壓低于設(shè)定值2（如12V蓄電池，設(shè)定值2為13V）時(shí)，又轉(zhuǎn)換為MPPT充電。此外，蓄電池帶有溫度傳感器，具有溫度補(bǔ)償功能。當(dāng)蓄電池溫度升高時(shí)，能自動(dòng)適當(dāng)降低滿充電壓的控制門限，防止蓄電池電解液氣化；而當(dāng)蓄電池溫度過低時(shí)，能自動(dòng)提高滿充電壓的控制門限，保證蓄電池充滿。日本作為中日在新能源開發(fā)利用的合作內(nèi)容的一部分，日本NEDO在中國安裝了14套獨(dú)立運(yùn)行光伏集中電站。2001年5月，中日合作甘肅敦煌玉門關(guān)8.4kWp光伏示范電站的建立。玉門關(guān)光伏電站共有8路光伏發(fā)電支路，各支路分別由8塊SHARP公司設(shè)計(jì)的控制器單獨(dú)控制?？刂破饔赡M分離元件構(gòu)成，通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻來設(shè)定控制點(diǎn)電壓，當(dāng)蓄電池電壓低于這條光伏支路所設(shè)定的下限控制電壓值時(shí)，閉合開關(guān)，讓該光伏支路對蓄電池進(jìn)行充電；當(dāng)蓄電池電壓高于這條光伏支路所設(shè)定的上限控制電壓時(shí)，斷開開關(guān)，停止該光伏支路對蓄電池的充電。玉門關(guān)光伏電站的運(yùn)行參數(shù)除了電壓、電流、系統(tǒng)輸出直流電能等參數(shù)通過安裝在控制柜表面的電壓表、電流表和電度表顯示之外，其他的運(yùn)行參數(shù)都由單獨(dú)的測量柜采集，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)采集卡中，不就地顯示。通過定期更換數(shù)據(jù)采集卡，用PC機(jī)來處理、分析卡上的數(shù)據(jù)，作為研究光伏電站運(yùn)行狀況的依據(jù)。其他的中日合作光伏電站分別由京瓷、殼牌等日本公司提供，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，類似于SHARP公司所設(shè)計(jì)的玉門關(guān)光伏電站。1.2.2國內(nèi)研究水平在國內(nèi)，研究、并實(shí)際設(shè)計(jì)獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)/光互補(bǔ)電站的單位，主要有中國科學(xué)院電工研究所的新能源室、北京計(jì)科公司、各地新能源研究所、高校、以及一些公司。獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)/光互補(bǔ)電站，在我國主要應(yīng)用于如下地區(qū)：地域遼闊、居住分散、游牧性強(qiáng)的牧民所居住的草原牧區(qū)，以及邊防哨所、氣象站、電視傳送站等。目前國內(nèi)的風(fēng)/光互補(bǔ)電站的控制器具有以下共同點(diǎn)：控制電路基本上都是由模擬分離元件構(gòu)成，通過模擬電壓比較電路，采集蓄電池電壓跟各控制點(diǎn)電壓（控制點(diǎn)電壓通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻來設(shè)定）進(jìn)行比較，來決定光伏支路或風(fēng)力發(fā)電機(jī)是否對蓄電池進(jìn)行充電，在控制柜運(yùn)輸、搬運(yùn)、安裝過程中，有可能因?yàn)轭嶔ざ斐煽刂泣c(diǎn)電壓值的改變；因?yàn)槭袌龊蛻?yīng)用條件不同，國內(nèi)在設(shè)計(jì)不同用途，不同安裝地點(diǎn)，不同容量的光伏、風(fēng)電，或風(fēng)/光互補(bǔ)系統(tǒng)時(shí)，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)控制器，未能形成系列化產(chǎn)品；在蓄電池的充、放電控制中，僅僅考慮了蓄電池的端電壓因素，而實(shí)際上，蓄電池的充、放電過程較復(fù)雜，還與溫度高低、充放電電流大小等因素密切相關(guān)；由于采用模擬分離元件設(shè)計(jì)控制器，很難實(shí)現(xiàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、顯示功能，從而不能分析電站的運(yùn)行狀況和性能。1.3課題研究意義及主要工作在我國，由于電網(wǎng)還不夠普及，邊遠(yuǎn)地區(qū)還有眾多人口無電、缺電，還需要通過建立一系列的風(fēng)/光互補(bǔ)電站來滿足這部分無電人口的用電需要。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大、電站數(shù)目不斷增加、運(yùn)行要求不斷提高，工作量的增大與人力相對不足的矛盾日益突出。同時(shí)，為減少人錯(cuò)誤對安全生產(chǎn)的影響，自動(dòng)化將是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。電站監(jiān)控系統(tǒng)的改進(jìn)和進(jìn)一步完善是十分必要的，特別是充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的潛力和特點(diǎn)，替代變電站值班人員易發(fā)生錯(cuò)誤或難以持久進(jìn)行的某些工作，如某些單調(diào)、重復(fù)的檢測、對低概率事件的長期監(jiān)視等，其需求尤為迫切。因此，電站監(jiān)控系統(tǒng)的深入研究意義深遠(yuǎn)電站監(jiān)測系統(tǒng)有助于風(fēng)/光互補(bǔ)電站穩(wěn)定高效的運(yùn)行，提供更加可靠的電能。本文所介紹的風(fēng)/光互補(bǔ)電站的監(jiān)測系統(tǒng)采用了集成數(shù)據(jù)采集卡作為采集核心模塊，并用VB在計(jì)算機(jī)上編寫簡單、實(shí)用可視化界面。優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：參數(shù)采集簡單，易于實(shí)現(xiàn)；不但可以使用與風(fēng)/光互補(bǔ)電站，也可以兼容地運(yùn)用于單純的光伏、風(fēng)力電站，能同時(shí)監(jiān)測3個(gè)光伏陣列和3臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)，系統(tǒng)監(jiān)測容量擴(kuò)充簡單；監(jiān)測參數(shù)實(shí)時(shí)更新，最短刷新間隔為0.1秒，大大提高了監(jiān)測的實(shí)時(shí)性與電站運(yùn)行的穩(wěn)定性；監(jiān)測系統(tǒng)具備運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和顯示功能，為評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能、分析電站的運(yùn)行狀態(tài)，以及后續(xù)的互補(bǔ)控制提供了依據(jù)；本監(jiān)測系統(tǒng)還將各類參數(shù)以實(shí)時(shí)波形的形式顯示在監(jiān)控界面，更加直觀簡單的表現(xiàn)出電站的運(yùn)行情況。論文的主要工作包括：按照風(fēng)/光互補(bǔ)電站的運(yùn)行特點(diǎn)，提出合理的監(jiān)測策略；根據(jù)既定的監(jiān)測策略，選取采集模塊，進(jìn)行軟、硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測功能；實(shí)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和顯示功能；按3臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)與3個(gè)光伏陣列進(jìn)行模擬監(jiān)測。

第二章獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)、光及其互補(bǔ)電站為了了解獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)/光互補(bǔ)電站控制監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理，本章主要介紹了獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)、光電站的三種典型應(yīng)用:獨(dú)立運(yùn)行光伏電站、獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電站、獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)/光互補(bǔ)電站。最后，提出論文所介紹的獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)/光互補(bǔ)電站監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測策略。2.1獨(dú)立運(yùn)行的光伏電站2.1.1系統(tǒng)組成太陽能光伏發(fā)電是一種將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的新型發(fā)電技術(shù)。太陽光輻射能經(jīng)光伏器件轉(zhuǎn)換成電能，再經(jīng)過能量儲(chǔ)存、控制和保護(hù)、能量變換等環(huán)節(jié)，成為可按人們需要向負(fù)載提供的直流或交流電能。太陽電池陣列太陽電池陣列太陽電池陣列……太陽電池陣列控制器逆變器交流負(fù)載蓄電池直流負(fù)載圖2.1獨(dú)立運(yùn)行光伏原理圖獨(dú)立運(yùn)行光伏電站原理圖如圖2.1所示，主要由以下幾部分組成：太陽電池陣列、蓄電池、充放電控制器、逆變器和用戶負(fù)載。目前，雖然光伏發(fā)電的成本仍然較高，但由于其可靠性高，維護(hù)費(fèi)用低，以及太陽能的分布廣泛，光伏發(fā)電技術(shù)在邊遠(yuǎn)無電地區(qū)以及人口分散地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用，在這些地區(qū)所使用的光伏電站都屬于獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)。2.1.2光伏電站的主要部件介紹太陽能電池太陽電池的原理將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的關(guān)鍵器件稱為太陽電池，它主要是由半導(dǎo)體材料制成。人們很早就發(fā)現(xiàn)，在太陽光照射下，一些特定的半導(dǎo)體內(nèi)可以產(chǎn)生自由電荷，這些自由電荷的定向移動(dòng)和積累可在其兩端產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢并向外電路提供電流。這種現(xiàn)象被稱為光生伏特效應(yīng)或光伏效應(yīng)，它是制造太陽電池的物理基礎(chǔ)。用適當(dāng)波長的光照射到太陽電池由P型和N型兩種不同導(dǎo)電類型的同質(zhì)半導(dǎo)體材料構(gòu)成的PN結(jié)上時(shí)，在一定條件下，光能被半導(dǎo)體吸收后，在導(dǎo)帶和價(jià)帶中產(chǎn)生非平衡載流子—電子和空穴。由于PN結(jié)勢壘區(qū)存在較強(qiáng)的內(nèi)建靜電場，因而產(chǎn)生在勢壘區(qū)中的非平衡電子和空穴，或者產(chǎn)生在勢壘區(qū)外但擴(kuò)散進(jìn)勢壘區(qū)的非平衡電子和空穴，在內(nèi)建靜電場的作用下，各向相反方向作漂移運(yùn)動(dòng)，結(jié)果使P區(qū)電勢升高，N區(qū)電勢降低，PN結(jié)兩端產(chǎn)生光生電動(dòng)勢，這就是PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)。由于光照產(chǎn)生的非平衡載流子各向相反方向漂移，從而在內(nèi)部構(gòu)成自N區(qū)流向P區(qū)的光生電流。在PN結(jié)短路情況下構(gòu)成短路電流密度Jsc。在開路情況下，PN結(jié)兩端建立起電勢差Voc，也即開路電壓。如將PN結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會(huì)不斷的有電流流過電路。太陽電池的特性和主要參數(shù)太陽電池的輸出特性主要由I-V曲線體現(xiàn)，光照下太陽電池的特性曲線如圖2.2所示。即當(dāng)太陽電池短路時(shí)V=0輸出電流為短路電流值（I=Isc）；當(dāng)太陽電池開路時(shí)I=0，輸出電壓為開路電壓Voc。圖2.2太陽電池I-V曲線在恒定光照下，一個(gè)處于工作狀態(tài)中的太陽電池，其光電流IL不隨工作狀態(tài)而變化，在等效電路中可把它看作恒流源。光電流的一部分流經(jīng)負(fù)載RL，在負(fù)載兩端建立起端電壓Vo反過來它又正向偏置于PN結(jié)，引起與光電流方向相反的暗電流IF，暗電流的數(shù)值同PN結(jié)上的正向偏置電壓Vj有關(guān)，它抵消了一部分光電流，流經(jīng)負(fù)載的輸出電流為I=IL-IF（Vj）。一個(gè)理想的PN結(jié)太陽電池的等效電路如圖2.3（a）所示。圖2.3單晶硅等效電路不考慮串并聯(lián)電阻考慮串并聯(lián)電阻由于前表面和背表面的電極接觸，以及材料本身具有一定的電阻率，基區(qū)和頂層都不可避免地要引入附加電阻。在等效電路中，可將它們的總效果用一個(gè)串聯(lián)電阻Rs來表示。由于電池邊沿的漏電，以及制作金屬電極時(shí)在電池的微裂紋、劃痕等處形成的金屬橋漏電等，使一部分本應(yīng)通過負(fù)載的電流短路，這種作用的大小可用一歌并聯(lián)電阻Rsh來等效。這樣，一個(gè)簡單而又比較接近實(shí)際的等效電路如圖2.3（b）所示。根據(jù)太陽電池的等效電路，我們可以得到其輸出電流和輸出電壓之間的關(guān)系為QUOTE（式2.1）太陽電池的主要參數(shù)包括開路電壓、短路電流、峰值功率、填充因子和轉(zhuǎn)換效率。其中，開路電壓指太陽電池組件在外電路開路情況下的端電壓，用符號(hào)Voc表示；短路電流指太陽電池通過外電路直接短路時(shí)，流經(jīng)外電路的電流，用符號(hào)Isc表示；峰值功率，為表征太陽電池輸出能力和容量的一個(gè)很重要的參數(shù)，指在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下，即在輻射強(qiáng)度為1000W/m2，大氣質(zhì)量為1.5（AM1.5）太陽電池的結(jié)溫為25oC的環(huán)境下測得的太陽電池的最大輸出功率，用符號(hào)Wp表示；太陽電池輸出特性的填充因子定義為QUOTE（式2.2）它表示輸出最大功率占以Voc和Isc為邊長的矩形面積的百分比；光電能量轉(zhuǎn)換效率QUOTE是衡量太陽電池質(zhì)量和技術(shù)水平的重要參數(shù)，其定義為QUOTE（式2.3）獨(dú)立運(yùn)行、光伏發(fā)電系統(tǒng)中太陽電池的運(yùn)行狀態(tài)單塊太陽電池的端電壓和輸出電流都較小。對于集中型的光伏電站來說，為了減少輸電線路上的功率損耗，通常需要提高光伏電站的輸出電壓，如在10kW以下的獨(dú)立運(yùn)行光伏電站中，系統(tǒng)電壓通常選擇為48V，而在10kW以上的光伏電站中，系統(tǒng)電壓需要提高到110V或者220V。系統(tǒng)電壓的提高，需要采用多塊太陽電池串聯(lián)的工作方式，而為了增大輸出電流，是通過把多條串聯(lián)支路并聯(lián)起來，構(gòu)成光伏串并聯(lián)支路來實(shí)現(xiàn)的。獨(dú)立運(yùn)行光伏電站的控制，主要是基于對光伏串并聯(lián)支路的控制。當(dāng)太陽電池輸出功率較小、或者基本沒有輸出時(shí)（比如陽光較弱，或者夜晚的時(shí)候），為了防止蓄電池對太陽電池反向供電，在光伏支路中串聯(lián)了只能單向?qū)ǖ姆婪炊O管，保證了電流的流經(jīng)方向只能是由光伏支路到蓄電池。蓄電池地面可獲得的太陽光輻射量是不斷變化的，一天中從早到晚都在不斷的變化之中，而且一年四季中不同月份的太陽光輻射量也是不同的，天氣的變化更是對它有直接影響。太陽光輻射量強(qiáng)度的變化必然引起直流發(fā)電系統(tǒng)輸出電能的變化，而且這種變化同負(fù)載的用電需要沒有必然聯(lián)系，使得光伏電站的發(fā)電和用電無法匹配。并網(wǎng)光伏電站，可以利用電網(wǎng)作為儲(chǔ)能系統(tǒng)，而獨(dú)立運(yùn)行的光伏電站主要是依靠蓄電池來儲(chǔ)存多余的電能。鉛酸蓄電池和鎘鎳蓄電池是目前光伏發(fā)電系統(tǒng)中最常用的兩種儲(chǔ)能單元。蓄電池常用安時(shí)數(shù)(Ah)來表示其額定容量，它表明在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)蓄電池一次放出的最大電能。蓄電池的使用壽命由循環(huán)次數(shù)決定或者由正極板的腐蝕情況確定。當(dāng)蓄電池的容量下降到額定容量的某一個(gè)百分比（80%），可以認(rèn)為該蓄電池已經(jīng)基本接近其使用壽命。蓄電池容量逐漸下降的最常見原因是充放電過程及蓄電池極板隔柵腐蝕所引起的活性物質(zhì)的逐漸丟失。從蓄電池運(yùn)行角度看，以下這些因素都對蓄電池的壽命有著很大影響：經(jīng)常性深度放電，這容易造成正極板活性物質(zhì)的脫落；溫度過高會(huì)加速極板的腐蝕；經(jīng)常性過度充電也會(huì)加速極板的腐蝕；經(jīng)常性充電不足（欠充）會(huì)導(dǎo)致硫化和電解液分層現(xiàn)象，從而使容量下降。作為儲(chǔ)能蓄電池重要參數(shù)之一的蓄電池電壓取決于電池種類、充電狀態(tài)、放電速率、溫度和電解液溶度等因素的影響。在獨(dú)立運(yùn)行光伏電站中，考慮到太陽電池和蓄電池的內(nèi)阻，光伏支路對蓄電池的充電電流為：QUOTE（式2.4）式中，QUOTE為光伏支路的端電壓，E為蓄電池電動(dòng)勢，Rpv為該光伏支路的等效內(nèi)阻，Rc為蓄電池內(nèi)阻。由上式可知，只有在QUOTE＞E時(shí)，才會(huì)有充電電流流入蓄電池。充放電控制器充放電控制器是直流控制系統(tǒng)中最主要的部分，也是光伏電站中不可缺少的部分。它的主要功能和作用是讓蓄電池在允許的限制范圍內(nèi)按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)者規(guī)定的模式工作，特別是要防止過度充電和深度放電。此外，國外在很多場合使用的光伏電站控制器帶有最大功率點(diǎn)跟蹤功能（MPPT），能夠提高太陽電池的輸出功率以及提高太陽電池對蓄電池的充放電效率。逆變器太陽光伏陣列只能產(chǎn)生直流電，在負(fù)載為直流負(fù)載時(shí)可以直接應(yīng)用。在獨(dú)立運(yùn)行電站有交流負(fù)載的情況下，逆變器成為系統(tǒng)中不可缺少的重要部分。逆變器將太陽能電池的直流輸出電能或者蓄電池的直流放電電能轉(zhuǎn)變成交流電能。在帶有蓄電池的光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器的輸入為蓄電池的放電輸出，可以認(rèn)為輸入電壓具有恒壓源的特性，故光伏電站中逆變器主要為電壓型逆變器。在光伏電站中所使用的逆變器主要要求具有較高的效率，特別是輕載時(shí)的效率要高，這是因?yàn)楣夥l(fā)電系統(tǒng)經(jīng)常運(yùn)行在輕載狀態(tài)。另外，由于輸入的蓄電池電壓隨充、放電狀態(tài)改變而變動(dòng)較大，這就要求逆變器能在較大的直流電壓變化范圍內(nèi)正常工作，而且要保證輸出電壓的穩(wěn)定。目前，獨(dú)立運(yùn)行的光伏電站主要用于邊遠(yuǎn)地區(qū)，運(yùn)行維護(hù)及維修條件都比較差，高可靠性是光伏電站中的逆變器一個(gè)特別重要的要求。2.2獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電站2.2.1系統(tǒng)組成我們把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，這就是風(fēng)力發(fā)電?？稍偕茉窗ㄌ柲?、風(fēng)能、海洋能、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能等，目前在發(fā)電方面形成規(guī)模產(chǎn)業(yè)的就是風(fēng)能。風(fēng)力發(fā)電近年來發(fā)展較快的原因有如下幾點(diǎn)：風(fēng)力發(fā)電是一種綠色能源。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)成熟。發(fā)電成本低。在可再生能源中，它的發(fā)電成本最低。隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的不斷提高，技術(shù)的不斷完善，風(fēng)力發(fā)電成本將可與常規(guī)能源相競爭。獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)電系統(tǒng)主要采用以下3種運(yùn)行方式網(wǎng)：負(fù)荷控制，風(fēng)/柴系統(tǒng)交替運(yùn)行；長期儲(chǔ)能，風(fēng)電—蓄電池—逆變器運(yùn)行方式；使用飛輪儲(chǔ)能和液壓儲(chǔ)能來實(shí)現(xiàn)的短期儲(chǔ)能運(yùn)行方式。本節(jié)所介紹的為采用長期儲(chǔ)能運(yùn)行方式的獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電站，主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、蓄電池、控制器、逆變器、耗能負(fù)載和用戶負(fù)載等組成。電站原理圖如圖2.4所示。風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)耗能負(fù)載整流器風(fēng)力發(fā)電機(jī)整流器耗能負(fù)載控制器逆變器負(fù)載蓄電池……圖2.4獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電站原理圖2.2.2風(fēng)力發(fā)電站主要部件1.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組簡介從能量轉(zhuǎn)換的角度來看，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包含了兩部分：其一是風(fēng)力機(jī)，它的功能是將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能；其二是發(fā)電機(jī)，它的功能是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。風(fēng)力機(jī)的種類和式樣很多，但由于風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的主要部件是受風(fēng)力作用而旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪，因此，風(fēng)力機(jī)依風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)及其在氣流中的位置大體上可分成兩大類：一類為水平軸風(fēng)力機(jī)，風(fēng)輪圍繞一個(gè)水平軸旋轉(zhuǎn)；另外一類為垂直軸風(fēng)力機(jī)，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)圍繞一個(gè)垂直軸而旋轉(zhuǎn)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的式樣很多，其原理和結(jié)構(gòu)總的說來大同小異。以水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)為例，它主要由以下幾部分組成：風(fēng)輪、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（增速箱）、發(fā)電機(jī)、機(jī)座、塔架、調(diào)速器或限速器、調(diào)向器、停車制動(dòng)器等。對于一臺(tái)實(shí)際的風(fēng)力機(jī)，其機(jī)械輸出功率Pm可以用下式表示：QUOTE（式2.5）式中，Pw為通過風(fēng)輪掃掠面積的風(fēng)的功率；D是風(fēng)輪直徑；Cp為風(fēng)能利用系數(shù)，它不是一個(gè)常數(shù)，隨著風(fēng)速、風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速以及風(fēng)力機(jī)葉片參數(shù)（如攻角、槳距角）而變化；QUOTE是風(fēng)輪遠(yuǎn)前方風(fēng)速。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)承擔(dān)了機(jī)械能到電能的能量轉(zhuǎn)換過程，發(fā)電機(jī)不僅直接影響了這個(gè)轉(zhuǎn)換過程的性能、效率和供電質(zhì)量，而且還影響風(fēng)能到機(jī)械能轉(zhuǎn)換過程的運(yùn)行方式、效率和裝置結(jié)構(gòu)。因此，選擇適合于風(fēng)電轉(zhuǎn)換用的運(yùn)行可靠、效率高、控制和供電性能良好的發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，是風(fēng)力發(fā)電工作的一個(gè)重要組成部分。2.整流器整流器的主要功能是對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的三相交流電進(jìn)行整流，使其轉(zhuǎn)換為能對蓄電池進(jìn)行充電的直流電能。下面以三相橋式整流電路，說明整流器的工作原理。圖2.5所示為三相橋式整流電路原理圖。圖2.5三相橋式整流電路原理圖二極管D1，D3，D5組成共陰極，二極管D2，D4，D6組成共陽極，導(dǎo)通原則為：對于共陰極的二極管，哪一個(gè)陽極電壓最高，該二極管導(dǎo)通，其它兩個(gè)二極管受反向電壓而截止；對于共陽極的二極管，哪一個(gè)陰極電壓最低，該二極管導(dǎo)通，其它兩個(gè)二極管截止。圖2.6所示為三相橋式整流電路輸入交流電壓和整流輸出電壓的波形圖，其工作特點(diǎn)為：一個(gè)周期內(nèi)，每一元件導(dǎo)通角度為120o；每隔60o有一元件換流：兩元件換流瞬間恰在兩個(gè)線電壓大小相等方向相反，而另一個(gè)線電壓為0時(shí)；輸出的整流電壓在一個(gè)周期內(nèi)有6次脈動(dòng)。輸出電壓的平均值如下式所計(jì)算：QUOTE（式2.6）式中，QUOTE為線電壓有效值。圖2.6交流輸出線電壓與整流輸出的波形圖三相整流器除了把輸入的三相交流電能整流為可對蓄電池充電的直流電能之外，另外一個(gè)重要的功能是在外界風(fēng)速過小或者基本沒風(fēng)的時(shí)候，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率也較小，由于三相整流橋的二極管導(dǎo)通方向只能是由風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出端到蓄電池，所以防止了蓄電池對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的反向供電。3.耗能負(fù)載由于所安裝的小型獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電站主要是解決當(dāng)?shù)鼐用裆钣秒妴栴}，負(fù)載的用電時(shí)間主要為夜晚。在蓄電池充滿電的時(shí)候，為了防止風(fēng)力發(fā)電機(jī)組繼續(xù)對蓄電池充電，通過繼電器接入耗能負(fù)載，用它來消耗風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)出的電能。在正常風(fēng)速的情況下，耗能負(fù)載投入后，降低了整流橋的交流輸入電壓，無法滿足整流橋的整流二極管的導(dǎo)通條件，所以，也就停止了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對蓄電池的充電過程。4.蓄電池蓄電池作為風(fēng)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置。在獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電站中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)對蓄電池的充電電流為：QUOTE（式2.7）式中，QUOTE為發(fā)電機(jī)整流后輸出電壓的平均值，E為蓄電池電動(dòng)勢，QUOTE為發(fā)電機(jī)的等效內(nèi)阻，QUOTE為蓄電池的內(nèi)阻。由上式可知，只有在QUOTE＞E時(shí)，才會(huì)有充電電流流入蓄電池。隨著蓄電池端電壓和內(nèi)阻的變化，在同一QUOTE下的充電電流是不會(huì)相同的。5.逆變器逆變器的功能是將蓄電池所存儲(chǔ)的直流電能轉(zhuǎn)換為負(fù)載所需要的交流電能。詳細(xì)介紹見光伏電站中逆變器部分。2.3獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)/光互補(bǔ)電站風(fēng)能、太陽能都是取之不盡、用之不竭的清潔能源，但它們又都是不穩(wěn)定、不連續(xù)的能源，單獨(dú)用于無電網(wǎng)的地區(qū)獨(dú)立運(yùn)行時(shí)，需要配備相當(dāng)大的儲(chǔ)能設(shè)備，或者采用多能互補(bǔ)的辦法，以保證基本穩(wěn)定的供電。風(fēng)/光聯(lián)合發(fā)電即是一種多能互補(bǔ)的發(fā)電方式，特別是我國屬于季風(fēng)氣候區(qū)，一般冬季風(fēng)大，太陽輻射強(qiáng)度??；夏季風(fēng)小，太陽輻射強(qiáng)度大，正好可以相互補(bǔ)充利用。風(fēng)/光聯(lián)合發(fā)電比起單獨(dú)的風(fēng)電或光電來，有以下優(yōu)點(diǎn)：利用風(fēng)能、太陽能的互補(bǔ)特性，可以獲得比較穩(wěn)定的總輸出，系統(tǒng)有較高的供電穩(wěn)定性和可靠性。在保證同樣供電情況下，可大大減少儲(chǔ)能蓄電池的容量。對混合發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和匹配后，可以基本上由風(fēng)光系統(tǒng)供電，不需要啟用柴油發(fā)電機(jī)等備用電源，并可獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。風(fēng)電的單位發(fā)電成本低于光伏發(fā)電，風(fēng)/光互補(bǔ)能降低系統(tǒng)的總成本。獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)/光互補(bǔ)電站主要由光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、耗能負(fù)載、整流器、控制器、蓄電池、逆變器、用戶負(fù)載組成。風(fēng)/光互補(bǔ)電站原理圖如圖2.7所示。光伏陣列光伏陣列光伏陣列風(fēng)力發(fā)電機(jī)耗能負(fù)載整流器風(fēng)力發(fā)電機(jī)整流器耗能負(fù)載控制器逆變器負(fù)載蓄電池……圖2.7獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)/光互補(bǔ)電站原理圖2.4獨(dú)立運(yùn)行風(fēng)/光互補(bǔ)電站監(jiān)測策略本論文所介紹的控制監(jiān)測系統(tǒng)所控制的風(fēng)/光互補(bǔ)電站采用的是長期儲(chǔ)能（光伏支路、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組—蓄電池—逆變器）的運(yùn)行方式。在我國，風(fēng)能和太陽能具有互補(bǔ)的特性，風(fēng)/光互補(bǔ)電站采用了多能互補(bǔ)的運(yùn)行方式，可以獲得比較穩(wěn)定的總輸出，基本上不需要啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)等備用電源。在風(fēng)/光互補(bǔ)電站的某些應(yīng)用場所，如微波中繼站、電視信號(hào)差轉(zhuǎn)臺(tái)等，對供電穩(wěn)定性要求比較高，需要長期配備柴油發(fā)電機(jī)作為備用電源。柴油發(fā)電機(jī)除了在連續(xù)無風(fēng)無光、風(fēng)/光互補(bǔ)電站無法滿足負(fù)載用電需求的情況下對用戶負(fù)載供電之外，還對蓄電池補(bǔ)充充電。柴油發(fā)電機(jī)與逆變器對負(fù)載供電的切換通過交流配電柜的多路開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。此外，一些在新能源利用方面技術(shù)比較成熟的國家，在對光伏電站的某些控制場合下，采用了最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）技術(shù)，通過在光伏支路與蓄電池之間增加DC—DC轉(zhuǎn)換器，調(diào)節(jié)光伏支路的端電壓為最大功率點(diǎn)電壓來實(shí)現(xiàn)。最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)能夠提高光伏支路對蓄電池的充電效率和增加光伏支路的輸出能量，此外，還能實(shí)現(xiàn)對蓄電池的恒壓充電。MPPT控制將是光伏系統(tǒng)的發(fā)展方向。無論采用何種控制方式，實(shí)時(shí)、精確的監(jiān)測都是控制的重要依據(jù)。監(jiān)測系統(tǒng)的地位無可替代。風(fēng)/光互補(bǔ)電站主要部件中的太陽電池和逆變器的使用壽命較長，一般都能達(dá)到10-15年，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)和作為儲(chǔ)能裝置的蓄電池的使用壽命較短。因此，對風(fēng)/互補(bǔ)電站運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)掌握，是保證電站長久經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要前提。實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的了解運(yùn)行參數(shù)是本課題所研究的監(jiān)測系統(tǒng)的主要任務(wù)。本論文所介紹的控制監(jiān)測系統(tǒng)，其控制功能主要包括以下兩部分內(nèi)容：1.電站運(yùn)行參數(shù)的采集需要采集的參數(shù)包括：風(fēng)機(jī)輸出電壓、風(fēng)機(jī)輸出電流、風(fēng)速、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)矩，光伏輸出電壓、光伏輸出電流。這些參數(shù)是反應(yīng)電站運(yùn)行狀態(tài)的直接依據(jù)。實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的參數(shù)采集是對電站控制監(jiān)測的必要前提。風(fēng)速、光照的變化，各個(gè)參數(shù)都會(huì)隨之變化，而風(fēng)速與光照都是時(shí)刻變化著的，所以，各參數(shù)的采集必須具有實(shí)時(shí)性。2.顯示采集數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測為了對電站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，采集到的參數(shù)必須實(shí)時(shí)的反映出來。直觀簡單的顯示出參數(shù)，作為實(shí)施控制的依據(jù)。

第三章硬件電路設(shè)計(jì)3.1方案選擇工業(yè)控制中，廣泛使用的三種控制器分別為單片機(jī)、可編程控制器（PLC），工業(yè)控制機(jī)。下面比較一下它們的優(yōu)缺點(diǎn)：可編程控制器（PLC）PLC的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在:系統(tǒng)通用性好，靈活性高，功能強(qiáng)，運(yùn)算速度快，數(shù)據(jù)采集和控制功能可以通過擴(kuò)展模塊（如模擬/數(shù)字輸入模塊、數(shù)字輸出模塊）來實(shí)現(xiàn)，抗干擾能力強(qiáng)，輸出驅(qū)動(dòng)能力大，適合在高溫、濕度大、氣候條件差的野外場合下以及強(qiáng)電磁干擾下工作，尤其適用于順序控制、開關(guān)量輸入和輸出場合。缺點(diǎn)在于系統(tǒng)成本過高，PLC的CPU及其擴(kuò)展模塊的價(jià)格都非常貴。本論文所介紹的監(jiān)測系統(tǒng)需要直觀的顯示出多種參數(shù)。從成本方面考慮，不適用于本課題。單片機(jī)優(yōu)點(diǎn)在于指令豐富，軟件編程靈活，精確度及實(shí)時(shí)性好，控制系統(tǒng)體積小，功耗低，數(shù)據(jù)采集及控制功能的實(shí)現(xiàn)，很容易通過外圍電路的擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)。相比工業(yè)控制機(jī)和PLC，性價(jià)比最高。其缺點(diǎn)在于單片機(jī)自身抗干擾能力差，需要在電路設(shè)計(jì)時(shí)采取抗干擾措施。本課題的監(jiān)控需要同時(shí)輸出電壓、電流、功率、轉(zhuǎn)矩、風(fēng)速等參數(shù)，以及輸出波形，單片機(jī)不具備所有功能，不滿足要求。工業(yè)控制機(jī)本質(zhì)上就是PC機(jī)。優(yōu)點(diǎn)在于:編程方便，能夠使用如Basic，F(xiàn)ortran，C，C++，VB，VC等高級(jí)語言進(jìn)行編程，軟件編程較容易實(shí)現(xiàn);數(shù)據(jù)采集、控制功能比較容易通過擴(kuò)展插卡來實(shí)現(xiàn)；運(yùn)行數(shù)據(jù)可以由工控機(jī)自帶的CTR(顯示器)顯示。強(qiáng)大的處理功能，實(shí)用性很強(qiáng)，擁有足夠大的顯示界面，可以直觀反映出系統(tǒng)運(yùn)行狀況?；谝陨先N控制器的優(yōu)缺點(diǎn)，以及本次課題的要求與目的，選擇PC對電站實(shí)時(shí)監(jiān)測最為理想。基于需要可視化界面，這里選擇制作界面簡單的VB來實(shí)現(xiàn)。本課題作如下考慮，選用了山東力創(chuàng)科技公司的EDA9033A三相電參數(shù)采集模塊采集數(shù)據(jù)：功能齊全EDA9033A模塊是一款高性價(jià)比的智能電參數(shù)變送器，他能替代過去的電流、電壓、功率、功率因數(shù)、電量等一系列變送器及測量。這些變送器標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)的模入模塊，可大大降低系統(tǒng)成本,方便現(xiàn)場布線，提高系統(tǒng)的可靠性。內(nèi)部集成A/D轉(zhuǎn)換器16位A/D轉(zhuǎn)換，6通道，每通道均以4KHz速率同步交流采樣，真有效值測量。數(shù)據(jù)更新模塊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的更新周期可設(shè)置（40mS～1000mS，每步為10mS）；更新周期默認(rèn)為250ms。過載能力1.4倍量程輸入可正確測量；瞬間（<10周波）電流5倍，電壓3倍量程不損壞。輸出數(shù)據(jù)三相相電壓Ua、Ub、Uc；三相電流Ia、Ib、Ic；有功功率P、無功功率Q、功率因數(shù)PF、各相有功功率Pa、Pb、Pc；正反向有功電度等電參數(shù)。通訊簡單輸出為RS-485或RS-232接口的數(shù)字信號(hào)，支持的通訊規(guī)約有3種：ASCII碼協(xié)議、十六進(jìn)制LC-01協(xié)議、MODBUS-RTU協(xié)議，3種協(xié)議可同時(shí)識(shí)別使用，無需配置。其可與其他廠家的控制模塊掛在同一RS485總線上，且便于計(jì)算機(jī)編程，使你輕松地構(gòu)建自己的測控系統(tǒng)。綜上所述，選用EDA9033A三相電參數(shù)采集模塊進(jìn)行電參數(shù)采集。另需要一風(fēng)速計(jì)測量風(fēng)速變化。3.2硬件電路結(jié)構(gòu)圖硬件電路如圖3.1所示包括兩部分：數(shù)據(jù)采集部分EDA9033A采集風(fēng)機(jī)輸出電壓、電流采集，與風(fēng)速計(jì)測量風(fēng)速。EDA9033A能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，通過外置電壓互感器與電流互感器測出電壓、電流。再用自帶的16位A/D轉(zhuǎn)換，6通道，直接將輸入的模擬信號(hào)（電壓、電流）轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)。RS485數(shù)據(jù)傳輸部分RS-485串行接口總線，RS-485支持半雙工通信，分時(shí)使用一對雙絞信號(hào)線進(jìn)行發(fā)送或接收，可以滿足高速遠(yuǎn)距離傳送。RS485接口采用差分方式傳輸信號(hào)，并不需要相對于某個(gè)參照點(diǎn)來檢測信號(hào)，系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差即可。將EDA9033A采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C。EDAEDA9033ARS485PC風(fēng)速計(jì)輸入模擬信號(hào)電壓、電流圖3.1數(shù)據(jù)采集部分結(jié)構(gòu)圖3.3EDA9033A三相電參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊3.3.1EDA9033A三相電參數(shù)采集模塊簡介EDA9033A模塊是一智能型三相電參數(shù)數(shù)據(jù)綜合采集模塊；三表法準(zhǔn)確測量三相三線制或三相四線制交流電路中的三相電流、三相電壓（真有效值）、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功功率等電參數(shù)。其輸入為三相電壓（0～500V）、三相電流（0～1000A）；輸出為RS-485或RS-232接口的數(shù)字信號(hào)，支持的通訊規(guī)約有3種：ASCII碼協(xié)議、十六進(jìn)制LC-01協(xié)議、MODBUS-RTU協(xié)議，3種協(xié)議可同時(shí)識(shí)別使用，無需配置。EDA9033A模塊可廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制與測量系統(tǒng)及各種集散式/分布式電力監(jiān)控系統(tǒng)。EDA9033A模塊是一款高性價(jià)比的智能電參數(shù)變送器，他能替代過去的電流、電壓、功率、功率因數(shù)、電量等一系列變送器及測量這些變送器標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)的模入模塊，可大大降低系統(tǒng)成本,方便現(xiàn)場布線，提高系統(tǒng)的可靠性。其可與其他廠家的控制模塊掛在同一RS485總線上，且便于計(jì)算機(jī)編程，使你輕松地構(gòu)建自己的測控系統(tǒng)。采用電磁隔離和光電隔離技術(shù)，電壓輸入、電流輸入及輸出三方完全隔離。其主要的功能與技術(shù)指標(biāo)如下：輸入信號(hào)三相交流50/60Hz電壓、電流。輸入頻率：45～75Hz。電壓量程（相電壓）：60V、100V、250V、300V、400V、500V可選。電流量程：1A、2A、5A、20A、（50A、100A、200A、500A、1000A）等可選。信號(hào)處理：16位A/D轉(zhuǎn)換，6通道，每通道均以4KHz速率同步交流采樣，真有效值測量；數(shù)據(jù)更新：模塊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的更新周期可設(shè)置（40mS～1000mS，每步為10mS）；此功能可通過“E系列產(chǎn)品測試軟件”MODBUS-RTU協(xié)議中的配置界面進(jìn)行配置；更新周期默認(rèn)為250ms。過載能力：1.4倍量程輸入可正確測量；瞬間（<10周波）電流5倍，電壓3倍量程不損壞。通訊輸出輸出數(shù)據(jù)：三相相電壓Ua、Ub、Uc；三相電流Ia、Ib、Ic；有功功率P、無功功率Q、功率因數(shù)PF、各相有功功率Pa、Pb、Pc；正反向有功功率等電參數(shù)。輸出接口：RS-485二線制±15KVESD保護(hù)、或RS-232三線制±2KVESD保護(hù)。通訊速率（Bps）：1200、2400、4800、9600、19.2K；通訊協(xié)議：ASCII碼格式協(xié)議、十六進(jìn)制LC-01協(xié)議、MODBUS-RTU協(xié)議，3種協(xié)議可同時(shí)識(shí)別使用，無需配置。測量精度電流、電壓：0.2級(jí)；其它電量：0.5級(jí)；參數(shù)設(shè)定模塊地址、通訊速率可通過通訊接口設(shè)定；有功電量底數(shù)可通過通訊接口清0。模塊供電電源+5V±5%、+8～30V、AC220（100）V可選其一功耗：小于0.5W+5V供電，消耗電流小于70mA，輸入紋波應(yīng)小于100mV，輸入電壓5V±5%。+8～30V供電，消耗電流小于70mA，最高輸入電壓不得超過+32V。交流供電（50HZ），輸入電壓為AC85～265V。隔離電壓輸入-輸出：1000VDC。電流輸入、電壓輸入、AC電源輸入、通訊接口輸出之間均相互隔離。工作環(huán)境工作溫度：-20℃～70℃存儲(chǔ)溫度：-40℃～85℃相對濕度：5%～95%EDA9033A端子定義如表3.1所示：表3.1EDA9033A端子定義端子號(hào)名稱定義1NC未連接，保留2NC未連接，保留3TXDRS-232接口數(shù)據(jù)輸出4RXDRS-232接口數(shù)據(jù)輸入5GND地，與10腳電源地通6INIT*(SLT)未連接，保留7DATA+RS-485接口信號(hào)正極8DATA-RS-485接口信號(hào)負(fù)極9VCC+510～30V電源正，或5V電源正10GND電源負(fù)，地11UGND三相電壓測量信號(hào)輸入地12NC未連接13UAA相電壓輸入14NC未連接15UBB相電壓輸入16NC未連接17UCC相電壓輸入18NC未連接19AC1交流供電電源輸入N20AC2交流供電電源輸入L3.3.2EDA9033A模塊接線圖EDA9033A模塊可應(yīng)用于三相三線制或三相四線制電路。在三相三線制電路中，UGND端可不連接或接地；在三相四線制電路中，UGND端接零線。EDA9033A輸出電壓Ua、Ub、Uc都是相電壓（每相對UGND端的電壓）。LED指示燈：模塊正常運(yùn)行狀態(tài)下，指示燈按模塊的數(shù)據(jù)更新速率閃爍。圖3.2三相三線直接電壓電流回路圖3.3三相四線直接電壓電流回路圖3.4三相三線直接電壓回路圖3.5三相四線直接電壓回路圖3.6三相三線3CT、2PT圖3.7三相三線2CT、2PT圖3.8三相四線3CT、3PT電流輸入的方向如圖示：每相的電流與電壓應(yīng)如圖示相對應(yīng)接入，否則將導(dǎo)致錯(cuò)誤的功率與累計(jì)電量。本文所研究的監(jiān)測系統(tǒng)選用三相三線的3CT、2PT連接方式。3.3.3EDA9033A-ASCII碼指令集及參數(shù)計(jì)算說明寫配置：配置EDA9033A模塊的通訊地址、波特率命令：%(ADDR)(NEWADDR)(00)(波特率)(01)<CR>響應(yīng)：!(ADDR)<CR>（NEWADDR）：新地址01～FFH（若不改變地址則使新地址等于原地址2字節(jié)(波特率):03～07，表示1200BPS～19200BPS，2字節(jié)例：命令：$0102000601<CR>響應(yīng)：！02〈CR〉該例為將1號(hào)模塊地址改為2號(hào)，波特率為9600BPS，回答表示改地址成功。讀數(shù)據(jù):讀出EDA9033A模塊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),輸出順序?yàn)閁a、Ia、Ub、Ib、Uc、Ic、P、Q、COSQUOTE。命令：#（Addr）A<CR>響應(yīng)：>（DataUa）（DataIa）（DataUb）（DataIb）（DataUc）（DataIc）（DataP）（DataQ）（DataCOSQUOTE）<CR>Data：9個(gè)參數(shù)，每個(gè)參數(shù)為7字節(jié)ASCII碼值，格式為一位符號(hào)位＋或－，5位十進(jìn)制數(shù)據(jù)位和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。其數(shù)值為標(biāo)稱滿量程的百分?jǐn)?shù)（COSQUOTE為實(shí)際測量值）。各個(gè)參數(shù)的含義及計(jì)算如下：（UA）：A相電壓值。實(shí)際值＝（UA）×（U0）×（UBB）V（UB）：B相電壓值。實(shí)際值＝（UB）×（U0）×（UBB）V（UC）：C相電壓值。實(shí)際值＝（UC）×（U0）×（UBB）V（IA）：A相電流值。實(shí)際值＝（IA）×（I0）×（IBB）A（IB）：B相電流值。實(shí)際值＝（IB）×（I0）×（IBB）A（IC）：C相電流值。實(shí)際值＝（IC）×（I0）×（IBB）A（P）：總有功功率值。實(shí)際值＝（P）×3×（U0）×（I0）×（UBB）×（IBB）W（Q）：總無功功率值。實(shí)際值＝（Q）×3×（U0）×（I0）×（UBB）×（IBB）Var（COSQUOTE）：總功率因數(shù)值。實(shí)際值＝（COSQUOTE）PF本課題的數(shù)據(jù)傳輸選用MODBUS-RTU協(xié)議。MODBUS-RTU協(xié)議目前是工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的協(xié)議，支持傳統(tǒng)的具有RS232、RS422、RS458和以太網(wǎng)接口的設(shè)備。3.4RS485通訊連接3.4.1RS485介紹由于RS232接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要有以下四點(diǎn)：（1）接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。（2）傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20Kbps；因此在“南方的老樹51CPLD開發(fā)板”中，綜合程序波特率只能采用19200，也是這個(gè)原因。（3）接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。（4）傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實(shí)際上也只能用在50米左右。針對RS232接口的不足，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標(biāo)準(zhǔn)，RS-485就是其中之一，它具有以下特點(diǎn)：（1）RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2-6）V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為（2-6）V表示。接口信號(hào)電平比RS-232降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。（2）RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。（3）RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。（4）RS-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為4000英尺，實(shí)際上可達(dá)3000米，另外RS-232接口在總線上只允許連接1個(gè)收發(fā)器，即單站能力。而RS-485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力，這樣用戶可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)镽S485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線（我們一般叫AB線），所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。3.4.2RS485通訊電路計(jì)算機(jī)一般不帶485接口，只有232接口。因此計(jì)算機(jī)與485接口的設(shè)備通信，需要一個(gè)轉(zhuǎn)換器，把232接口的設(shè)備的232信號(hào)轉(zhuǎn)換成485信號(hào)，然后再與485接口的設(shè)備通信，如圖3.9這個(gè)轉(zhuǎn)換器就RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路。以上的RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路上采用從計(jì)算機(jī)串口偷電技術(shù)，市場上稱之為“無源RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路”。在轉(zhuǎn)換電路兩端分別接上232與485接口即可實(shí)現(xiàn)利用485與計(jì)算機(jī)的通訊。圖3.9RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路

第四章軟件設(shè)計(jì)4.1編程環(huán)境介紹VB6.0全稱為VisualBasic6.0，是微軟公司于1998年推出的可視化編程工具M(jìn)SDN之一，是目前世界上使用最廣泛的程序開發(fā)工具之一。VB的中心思想就是要便于程序員使用，無論是新手或者專家。VB使用了可以簡單建立應(yīng)用程序的GUI系統(tǒng)，但是又可以開發(fā)相當(dāng)復(fù)雜的程序。VB的程序是一種基于窗體的可視化組件安排的聯(lián)合，并且增加代碼來指定組建的屬性和方法。因?yàn)槟J(rèn)的屬性和方法已經(jīng)有一部分定義在了組件內(nèi)，所以程序員不用寫多少代碼就可以完成一個(gè)簡單的程序。過去的版本里面VB程序的性能問題一直被放在了桌面上，但是隨著計(jì)算機(jī)速度的飛速增加，關(guān)于性能的爭論已經(jīng)越來越少。窗體控件的增加和改變可以用拖放技術(shù)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)排列滿控件的工具箱用來顯示可用控件（比如文本框或者按鈕）。每個(gè)控件都有自己的屬性和事件。默認(rèn)的屬性值會(huì)在控件創(chuàng)建的時(shí)候提供，但是程序員也可以進(jìn)行更改。很多的屬性值可以在運(yùn)行時(shí)候隨著用戶的動(dòng)作和修改進(jìn)行改動(dòng)，這樣就形成了一個(gè)動(dòng)態(tài)的程序。舉個(gè)例子來說：窗體的大小改變事件中加入了可以改變控件位置的代碼，在運(yùn)行時(shí)候每當(dāng)用戶更改窗口大小，控件也會(huì)隨之改變位置。在文本框中的文字改變事件中加入相應(yīng)的代碼，程序就能夠在文字輸入的時(shí)候自動(dòng)翻譯或者阻止某些字符的輸入。VB的程序可以包含一個(gè)或多個(gè)窗體，或者是一個(gè)主窗體和多個(gè)子窗體，類似于操作系統(tǒng)的樣子。有很少功能的對話框窗口（比如沒有最大化和最小化按鈕的窗體）可以用來提供彈出功能。VB的組件既可以擁有用戶界面，也可以沒有。這樣一來服務(wù)器端程序就可以處理增加的模塊。VB使用引用計(jì)數(shù)的方法來進(jìn)行垃圾收集，這個(gè)方法中包含有大量的對象，提供基本的面向?qū)ο笾С?。因?yàn)樵絹碓蕉嘟M建的出現(xiàn)，程序員可以選用自己需要的擴(kuò)展庫。和有些語言不一樣，VB對大小寫不敏感，但是能自動(dòng)轉(zhuǎn)換關(guān)鍵詞到標(biāo)準(zhǔn)的大小寫狀態(tài)，以及強(qiáng)制使得符號(hào)表入口的實(shí)體的變量名稱遵循書寫規(guī)則。默認(rèn)情況下字符串的比較是對大小寫敏感的，但是可以關(guān)閉這個(gè)功能。VB使得大量的外界控件有了自己的生存空間。大量的第三方控件針對VB提供。VB也提供了建立、使用和重用這些控件的方法，但是由于語言問題，從一個(gè)應(yīng)用程序創(chuàng)建另外一個(gè)并不簡單。4.2主要控件介紹4.2.1MSComm控件基本介紹MSComm作為一個(gè)串行通訊控件為程序員串口通訊編程節(jié)省了很多時(shí)間。MSComm通信控件提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)通信命令的接口，它允許建立串口連接，可以連接到其他通信設(shè)備（如Modem）．還可以發(fā)送命令、進(jìn)行數(shù)據(jù)交換以及監(jiān)視和響應(yīng)在通信過程中可能發(fā)生的各種錯(cuò)誤和事件，從而可以用它創(chuàng)建全雙工、事件驅(qū)動(dòng)的、高效實(shí)用的通信程序。在基于對話框的應(yīng)用中加入一個(gè)MSComm控件非常簡單。只需進(jìn)行以下操作即可：打開“Project->AddToProject->ComponentsandControls->RegisteredActivexControls”（工程/部件/控件），然后選擇控件：MicrosoftCommunicationControl,version6.0（MicrosoftCommControl6.0）插入到當(dāng)前的工程中。這樣就將CMSComm的相關(guān)文件mscomm.cpp和mscomm.h一并加入到了工程中。編程時(shí)只需將控件對話中的MSComm控件拖至你的應(yīng)用對話框中就可以了。MSComm的重要屬性介紹CommPort屬性：設(shè)置并返回通訊端口號(hào)。語法：object.CommPort[value]（value—整型值，說明端口號(hào)。）說明：在設(shè)計(jì)時(shí)，value可以設(shè)置成從1到16的任何數(shù)（缺省值為1）。但是如果用PortOpen屬性打開一個(gè)并不存在的端口時(shí)，MSComm控件會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤68（設(shè)備無效）。RThreshold屬性：在MSComm控件設(shè)置CommEvent屬性為comEReceive并產(chǎn)生OnComm之前，設(shè)置并返回的要接收的字符數(shù)。語法：object.Rthreshold[=value]（value整型表達(dá)式，說明在產(chǎn)生OnComm事件之前要接收的字符數(shù)）。說明：當(dāng)接收字符后，若Rthreshold屬性設(shè)置為0（缺省值）則不產(chǎn)生OnComm事件。例如，設(shè)置Rthreshold為1，接收緩沖區(qū)收到每一個(gè)字符都會(huì)使MSComm控件產(chǎn)生OnComm事件。CTSHolding屬性：確定是否可通過查詢ClearToSend（CTS）線的狀態(tài)發(fā)送數(shù)據(jù)。ClearToSend是調(diào)制解調(diào)器發(fā)送到相聯(lián)計(jì)算機(jī)的信號(hào)，指示傳輸可以進(jìn)行。該屬性在設(shè)計(jì)時(shí)無效，在運(yùn)行時(shí)為只讀。語法：object.CTSHolding（Boolean）說明：如果ClearToSend線為低電平（CTSHolding=False）并且超時(shí)，MSComm控件設(shè)置CommEvent屬性為comEventCTSTO（ClearToSendTimeout）并產(chǎn)生OnComm事件。ClearToSend線用于RTS/CTS（RequestToSend/ClearToSend）硬件握手。如果需要確定ClearToSend線的狀態(tài)，CTSHolding屬性給出一種手工查詢的方法。SThreshold屬性：在MSComm控件設(shè)置CommEvent屬性為comEvSend并產(chǎn)生OnComm事件之前，設(shè)置并返回傳輸緩沖區(qū)中允許的最小字符數(shù)。語法：object.SThreshold[=value]value整形表達(dá)式，代表在OnComm事件產(chǎn)生之前在傳輸緩沖區(qū)中的最小字符數(shù)。說明：若設(shè)置Sthreshold屬性為0（缺省值），數(shù)據(jù)傳輸事件不會(huì)產(chǎn)生OnComm事件。若設(shè)置Sthreshold屬性為1，當(dāng)傳輸緩沖區(qū)完全空時(shí)，MSComm控件產(chǎn)生OnComm事件。如果在傳輸緩沖區(qū)中的字符數(shù)小于value，CommEvent屬性設(shè)置為comEvSend，并產(chǎn)生OnComm事件。comEvSend事件僅當(dāng)字符數(shù)與Sthreshold交叉時(shí)被激活一次。例如，如果Sthreshold等于5，僅當(dāng)在輸出隊(duì)列中字符數(shù)從5降到4時(shí)，comEvSend才發(fā)生。如果在輸出隊(duì)列中從沒有比Sthreshold多的字符，comEvSend事件將絕不會(huì)發(fā)生。通訊方式MSComm控件提供下列兩種處理通訊的方式：查詢方式和事件驅(qū)動(dòng)方式。查詢通訊通過檢查InBuferCount屬性值來判定輸入緩沖區(qū)中是否接收到相應(yīng)數(shù)目的字符或字節(jié)。若已接收到相應(yīng)數(shù)目的字符或字節(jié)，就可以用Input屬性來接收這些字符或字節(jié)；否則繼續(xù)查詢InBuferCount屬性值，直到滿足條件。事件驅(qū)動(dòng)通訊是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。在許多情況下，當(dāng)輸入緩沖區(qū)中收到字符或是輸出緩沖區(qū)空時(shí)，需要通知程序以便處理，在這些情況下，可以利用MSComm控件的OnComm事件捕獲并處理這些通訊事件。需要注意的是，用查詢方式進(jìn)行通訊程序設(shè)計(jì)時(shí)，要對輸入緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)及時(shí)處理，保證數(shù)據(jù)的正確接收。例如，在輸出傳送命令后，程序就立即查詢調(diào)制解調(diào)器的回送結(jié)果碼；而向數(shù)據(jù)采集器發(fā)出查詢命令后，程序就立即查詢接收上報(bào)的數(shù)據(jù)。如果在數(shù)據(jù)量大，功能比較復(fù)雜的通訊程序中，就應(yīng)該采用事件驅(qū)動(dòng)的通訊方法，保證通訊的可靠性。4.2.2坐標(biāo)系統(tǒng)在VisualBasic中，每個(gè)對象定位與存放它的容器內(nèi)，對象定位都要使用容器的坐標(biāo)系，對象Left、Top屬性指示了該對象在容器內(nèi)的位置。例如，窗體出于屏幕內(nèi)，屏幕是窗體的容器。在窗體內(nèi)繪制控件，窗體就是控件的容器。如果在圖形框繪制圖形，該圖形框就容器。對象只能在容器界定的范圍內(nèi)變動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)容器時(shí)，容器內(nèi)的對象也隨著一起移動(dòng)，而且與容器的相對位置保持不變。每個(gè)容器都有一個(gè)坐標(biāo)系。構(gòu)成一個(gè)坐標(biāo)系，需要三個(gè)要素：坐標(biāo)原點(diǎn)、坐標(biāo)度量單位、坐標(biāo)軸的長度與方向。屬性ScaleTop、ScaleLeft用于控制容器對象左邊和頂端的坐標(biāo)，根據(jù)這兩個(gè)屬性值可以形成坐標(biāo)原點(diǎn)。所有對象的ScaleTop、ScaleLeft0屬性的默認(rèn)值均為0，坐標(biāo)原點(diǎn)在對象的左上角。屬性ScaleHeight和ScaleWidth確定對象內(nèi)部水平方向和垂直方向的單元數(shù)。屬性ScaleMode決定對象坐標(biāo)的度量單位，共有8種單位形式。ScaleMode屬性默認(rèn)時(shí)為twip。每英寸1440個(gè)，20個(gè)twip為1磅（point）。這個(gè)度量單位規(guī)定的是對象打印時(shí)的大小，屏幕上的實(shí)際物理距離可因顯示器的尺寸而異，普通14英寸VGA顯示器在800×600模式下，最大窗體尺寸約為12000×8700twip。度量單位轉(zhuǎn)換可使用ScaleX和ScaleY方法，其語法格式為：對象.ScaleX（轉(zhuǎn)換值，原坐標(biāo)單位，轉(zhuǎn)換坐標(biāo)單位）對象.ScaleY（轉(zhuǎn)換值，原坐標(biāo)單位，轉(zhuǎn)換坐標(biāo)單位）改變?nèi)萜鲗ο蟮腟caleMode屬性值，不會(huì)改變?nèi)萜鞯拇笮』蛩谄聊簧系奈恢谩．?dāng)設(shè)置ScaleMode屬性值后，它只是改變?nèi)萜鲗ο蟮亩攘繂挝?，VisualBasic會(huì)重新定義對象坐標(biāo)度量屬性ScaleHeight和ScaleWidth，以便使它們與新刻度保持一致。無論采用哪一種坐標(biāo)單位。默認(rèn)的坐標(biāo)原點(diǎn)為對象的左上角，橫向向右為X軸的正向，縱向向下為Y軸的正方向。需要注意的是窗體的Height屬性值包括了標(biāo)題欄和水平邊框?qū)挾?，同樣Width屬性值包括了垂直邊框?qū)挾取?shí)際可用高度和寬度由ScaleHeight和ScaleWidth屬性確定。4.2.3時(shí)鐘控件該控件在模擬仿真時(shí)使用，用于代替MSComm的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收。一個(gè)時(shí)鐘（Timer）控件能有規(guī)律地以一定時(shí)間間隔激發(fā)計(jì)時(shí)器事件（Timer）而執(zhí)行相應(yīng)的程序代碼。重要屬性時(shí)鐘控件有一個(gè)非常重要的屬性Interval，表示兩個(gè)記事起事件之間的時(shí)間間隔，其值以ms（0.001s）為單位，介于0～64767之間，所以最大的時(shí)間間隔大約為1min。在程序運(yùn)行期間，時(shí)鐘控件并不顯示在屏幕上，通常用戶一個(gè)標(biāo)簽來顯示時(shí)間。在Interval屬性值為0是表示屏蔽計(jì)時(shí)器。如果希望沒0.5s產(chǎn)生一個(gè)計(jì)時(shí)器事件，那么Interval屬性值應(yīng)設(shè)為500這樣，每隔500ms引發(fā)計(jì)時(shí)器事件，從而執(zhí)行相應(yīng)的Timer事件過程。事件時(shí)鐘控件只有一個(gè)Timer事件。4.3程序結(jié)構(gòu)本文介紹監(jiān)測系統(tǒng)的程序由主程序和通訊程序兩部風(fēng)組成。通訊程序采用查詢方式驅(qū)動(dòng)通訊，及時(shí)處理輸入緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的正確接收。向數(shù)據(jù)采集器發(fā)出查詢命令后，程序就立即查詢接收上報(bào)的數(shù)據(jù)。只要InBuferCount屬性滿足條件，就用Input屬性來接收這些字符或字節(jié)。如此循環(huán)查詢接收，保證監(jiān)測的實(shí)時(shí)性。主程序包括：初始化程序，建立P-T、U-T、I-T坐標(biāo)系，接收數(shù)據(jù)，電壓、電流、功率的折算輸出與轉(zhuǎn)矩的計(jì)算輸出，輸出風(fēng)電與光伏的P-T、U-T、I-T波形。主程序流程圖如圖4.1所示。開始開始程序初始化建立坐標(biāo)系接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算處理坐標(biāo)初始化輸出波形結(jié)束數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)是否已滿NY圖4.1主程序流程圖整個(gè)程序周期里，只有坐標(biāo)初始化多次執(zhí)行，其余初始化程序只在主程序啟動(dòng)后執(zhí)行一次，包括以下三方面內(nèi)容：對變量與緩存數(shù)組賦初值，坐標(biāo)初始化，MSComm控件的初始化。初始化之后，主程序才用循環(huán)掃描的運(yùn)行方式。每執(zhí)行一次主程序，就接收并處理顯示51組數(shù)據(jù)，輸出顯示電壓、電流、功率等電參數(shù)以及轉(zhuǎn)矩和風(fēng)速51次，但只輸出一次波形。若下達(dá)停止命令，程序?qū)⒉煌Ｋ⑿螺敵鰯?shù)據(jù)與波形，這就達(dá)到了實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。4.3程序設(shè)計(jì)4.3.1MSComm通訊程序程序啟動(dòng)之后，先對MSComm控件進(jìn)行初始化，設(shè)置屬性，然后讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)緩存在數(shù)組中，數(shù)組存滿，停止，等待下一次執(zhí)行。MSComm的初始化包括：設(shè)置端口號(hào)commport屬性，設(shè)置波特率settings屬性值，傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)，有無校對，端口緩沖清零，讀取數(shù)據(jù)Input，查詢InBufferCount的屬性值為1時(shí)，將Input中的數(shù)據(jù)賦給緩存數(shù)組。設(shè)置一個(gè)標(biāo)志量，判定接收數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)，數(shù)據(jù)滿時(shí)停止，執(zhí)行下一操作。主程序執(zhí)行時(shí)，MSComm的初始化只執(zhí)行一次。4.3.2波形顯示程序首先定義坐標(biāo)系，坐標(biāo)系初始化，連線成波形。每次波形顯示前都要輸出化坐標(biāo)系。波形顯示是本次設(shè)計(jì)中最為復(fù)雜的部分。定義坐標(biāo)系，即設(shè)定一個(gè)坐標(biāo)范圍。一般使用scale法，scale法是建立用戶坐標(biāo)系最方便的方法。用Scale方法可以方便建立用戶坐標(biāo)系，語法格式為：[窗體].Scale[(xLeft,yTop)-(xRight,yBottom)]其中(xLeft,yTop)表示窗體左上角的坐標(biāo)值,(xRight,yBottom)表示窗體右下角的坐標(biāo)值,則窗體的下述屬性值為：ScaleLeft=xLeftScaleTop=yTopScaleWidth=xRight-xLeftScaleHeight=yBottom-yTop坐標(biāo)系初始化包括：畫X軸、Y軸，標(biāo)記坐標(biāo)原點(diǎn)，在X軸上標(biāo)記刻度，在Y軸上標(biāo)記刻度。坐標(biāo)系的初始化設(shè)計(jì)復(fù)雜的坐標(biāo)分配、刻度計(jì)算以及刻度的標(biāo)記。在程序的運(yùn)行過程中坐標(biāo)系的初始化將會(huì)多次進(jìn)行。連線輸出波形包括：緩沖數(shù)組中的數(shù)后移，連接相鄰坐標(biāo)，設(shè)置輸出波形的顏色。緩沖數(shù)組中的數(shù)后移，數(shù)組中的數(shù)就不斷被新的數(shù)替換，這是為了保證輸波形的實(shí)時(shí)性。連接相鄰坐標(biāo)即是將對應(yīng)的參數(shù)數(shù)據(jù)作為Y坐標(biāo)，以時(shí)間（單位s）為X坐標(biāo)的兩個(gè)相鄰的坐標(biāo)點(diǎn)用直線連接起來。輸出波形的顏色有三種：紅綠藍(lán)，分別對應(yīng)函數(shù)RGB(240,0,0)，RGB(0,240,0)，RGB(0,0,240)。4.3.3模擬仿真監(jiān)測系統(tǒng)的仿真是利用VB的時(shí)鐘控件Timer加上隨機(jī)數(shù)值函數(shù)Int(Rnd*范圍+起始值)模擬MSComm控件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新。選取3臺(tái)風(fēng)機(jī)、3個(gè)光伏陣列進(jìn)行模擬仿真。仿真系統(tǒng)包括8個(gè)窗體：窗體1-歡迎界面，窗體2-選擇界面，窗體3-1號(hào)風(fēng)機(jī)，窗體4-2號(hào)風(fēng)機(jī)，窗體5-3號(hào)風(fēng)機(jī)，窗體6-1號(hào)光伏陣列，窗體7-2號(hào)光伏陣列，窗體8-3號(hào)光伏陣列。各窗口仿真結(jié)果分別如下圖所示：圖4.2歡迎界面圖4.3選擇界面圖4.41號(hào)風(fēng)機(jī)圖4.52號(hào)風(fēng)機(jī)圖4.63號(hào)風(fēng)機(jī)圖4.71號(hào)光伏陣列圖4.82號(hào)光伏陣列圖4.93號(hào)光伏陣列

第五章總結(jié)能源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活所必需的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，雖然石油與天然氣等一次能源的開發(fā)和利用使世界的經(jīng)濟(jì)得到了快速發(fā)展，但是，在利用這些一次能源的同時(shí)，也給我們