任艷焱

（赤峰學院　計算機與信息工程學院，內蒙古　赤峰　024000）

簡述單片機與風力發(fā)電

任艷焱

（赤峰學院計算機與信息工程學院，內蒙古赤峰024000）

能源問題是當今社會主要關注的問題之一，其中對可再生資源風能的合理利用可以帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益.無論是大型風力發(fā)電還是家庭的小型風力發(fā)電都具有重要意義，為我國建立多元化的能源結構，改善環(huán)境做出了貢獻.在風力發(fā)電中，首先需要風輪機將自然界中的風能轉換成機械能，再由發(fā)電機及其相應的控制系統(tǒng)將機械能轉換成人們需要的電能.這中間需要很多的技術支持，本文對此進行了分析探討.

單片機；風機；控制；發(fā)電

0　風力發(fā)電技術的現(xiàn)狀及前景

我國人口眾多，幅員遼闊，所需的能源和所擁有的自然資源都很多.那么，怎樣合理的開發(fā)和利用可再生資源，解決未來的能源危機是當下的首要問題.作為資源比較豐富的新能源——風能具有很大的開發(fā)利用價值.風力發(fā)電具有很多優(yōu)勢，比如系統(tǒng)建設周期短、占地較少、低成本、無需燃料、無污染等，無論是大型電廠的風力發(fā)電還是漁船、家庭用的小型風力發(fā)電，都為建立多元化新能源結構、改善環(huán)境做出了巨大貢獻.現(xiàn)有的風力發(fā)電控制技術有定槳距失速風力發(fā)電技術、變槳距風力發(fā)電技術、主動失速/混合失速發(fā)電技術、變速風力發(fā)電技術等.風力發(fā)電系統(tǒng)采用先進的模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡、模式識別等智能控制技術，可以有效地克服風力發(fā)電系統(tǒng)的參數(shù)時變與非線性因素.

世界風電技術的發(fā)展有并網(wǎng)與離網(wǎng)運行方式、電力電子技術、儲能技術、控制技術等.風力發(fā)電技術看似簡單平常，實則不然，它涉及到的領域比較多，例如電力電子技術、機械與自動化、物理、計算機控制、自動化、空氣動力等多種學科，大型風力發(fā)電機組發(fā)出的電能可以直接并到電網(wǎng)上，向電網(wǎng)饋電；而小型風力發(fā)電機則需要將風力發(fā)電機組發(fā)出的電能用蓄電池儲存起來，在用戶需要時再提供給負載（可直流供電，也可以利用逆變器轉換為交流電提供給用戶使用）.

1　風力發(fā)電機

風力發(fā)電機的歷史可以追溯到1887——1888年.被認為是第一臺自動運行且用于發(fā)電的風力發(fā)電機誕生于俄亥俄州.它占地比較大、葉片比較多、功率較低，運行了約20年.

發(fā)電機是風力發(fā)電機組中將風能轉化為電能的重要裝置，它的優(yōu)劣直接影響到整個發(fā)電系統(tǒng)的性能.而風力機是風力發(fā)電機的原動機，是風電設備的關鍵部件；它通過葉片捕獲風能并將其轉換為機械能，再由發(fā)電機及其相應的控制系統(tǒng)將機械能轉換成人們需要的電能.傳統(tǒng)風力發(fā)電系統(tǒng)廣泛采用的發(fā)電機是籠型異步發(fā)電機、繞線式異步發(fā)電機、有刷雙饋異步發(fā)電機、同步發(fā)電機等.新型的風力發(fā)電系統(tǒng)才用的發(fā)電機有開關磁阻發(fā)電機、無刷雙饋異步發(fā)電機、永磁無刷直流發(fā)電機、永磁同步發(fā)電機、全永磁懸浮風力發(fā)電機等.

風力發(fā)電機可以分成水平軸風力機和豎直軸風力機兩大類.簡單來說水平軸風力機的風輪圍繞一個水平軸旋轉而垂直軸風力機的風輪則是圍繞一個垂直軸旋轉.由于水平軸風力發(fā)電機的技術較為成熟、風能利用率高，所以是目前商業(yè)化風力發(fā)電的主要形式.風力機根據(jù)其額定功率不同可以分為小、中、大型機組.小型風電雖不是風電的主流但是在我國呈現(xiàn)出越來越快的發(fā)展趨勢.目前10千瓦以下的風力發(fā)電機，特別是幾百瓦的離網(wǎng)充電式小型、微型風力發(fā)電機絕大多數(shù)采用水平軸式風力機.

2　51單片機

51系列單片機屬于嵌入式計算機，已深入到人們生活的方方面面，成為不可或缺的一部分.它具有體積小、造價低、可靠性高、應用范圍廣等特點.目前單片機正向著更好性能、更優(yōu)品質、更多品種的方向發(fā)展.

由于在單片機內部集成了中央處理器（CPU）、數(shù)據(jù)存儲器（內部RAM）、特殊功能寄存器（也成專用寄存器）、程序存儲器（內部ROM）、定時/計數(shù)器（用于實現(xiàn)定時和計數(shù)功能）、4個8位的并行I/O口（P0、P1、P2、P3）、串行口、時鐘電路和中斷系統(tǒng)，它包括了一臺計算機正常工作的基本部件，所以說它就是一臺簡單的、高度集成的計算機，但是它的主要作用是控制，所以它通常作為嵌入式計算機使用.不同的應用領域對嵌入式系統(tǒng)的功耗、可靠性、兼容性、處理能力等方面的要求也不同.在不同的應用對象中要“量體裁衣”，采用合適的軟硬件系統(tǒng)才可以實現(xiàn)更高的性能.

但是在某些情況下，由于單片機本身的存儲容量比較小，難以滿足實際需要，就需要在其片外連接相應的外圍芯片對其進行系統(tǒng)擴展.如在小型的風力發(fā)電系統(tǒng)中，就需要我們利用可編程I/O芯片8255對單片機進行系統(tǒng)擴展.連接圖如圖1所示：

圖1　51單片機與8255芯片相連

圖1是單片機與一個8255芯片相連，而在風力發(fā)電的系統(tǒng)中可以利用總線，用多個8255芯片與單片機相連以實現(xiàn)其系統(tǒng)的擴展以滿足實際需求.如圖2所示：

圖2　89C51連接多個8255芯片

在單片機所應用的小型風力發(fā)電系統(tǒng)中，需要解決的問題還有很多.比如風向和風速是描述風能特性的兩個主要參數(shù)，同時也是直接影響風力發(fā)電機發(fā)電效率的兩個重要外部因素.在利用單片機驅動步進電機、利用單片機研制偏航系統(tǒng)、光耦隔離的驅動電路的設計中要考慮到風速風向，每一項都是不可缺少的重要組成部分.在設計51單片機驅動步進電機的系統(tǒng)時，要設定步進電機的運行方向和速度，以及變向變速的控制，并且需要將這些參數(shù)和相應的控制程序燒錄到單片機中.將單片機控制信號和按鈕通過驅動電路輸入到步進電機中來控制其速度和方向.在利用單片機設計的偏航系統(tǒng)中要注意的問題也很多，其中H橋偏航控制電路可以實現(xiàn)正反主動偏航；可以設計串口接口電路來實現(xiàn)主動偏航系統(tǒng)中單片機和上位機之間的額通信.

圖3　外圍電路

3　結論

單片機作為嵌入式的典型應用，小到家用電器，大到各行各業(yè)、各個領域，已與我們的生活密不可分.在家庭的風力發(fā)電系統(tǒng)中作用也尤為突出.風力發(fā)電技術日益成熟，其成本不斷下降，風電發(fā)電作為新能源對于能源短缺和保護環(huán)境有著重要意義，市場競爭力將會越來越強，具有廣闊的前景.

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