简述单片机与风力发电

任艳焱

（赤峰学院　计算机与信息工程学院，内蒙古　赤峰　024000）

简述单片机与风力发电

任艳焱

（赤峰学院计算机与信息工程学院，内蒙古赤峰024000）

能源问题是当今社会主要关注的问题之一，其中对可再生资源风能的合理利用可以带来巨大的经济效益和社会效益.无论是大型风力发电还是家庭的小型风力发电都具有重要意义，为我国建立多元化的能源结构，改善环境做出了贡献.在风力发电中，首先需要风轮机将自然界中的风能转换成机械能，再由发电机及其相应的控制系统将机械能转换成人们需要的电能.这中间需要很多的技术支持，本文对此进行了分析探讨.

单片机；风机；控制；发电

0　风力发电技术的现状及前景

我国人口众多，幅员辽阔，所需的能源和所拥有的自然资源都很多.那么，怎样合理的开发和利用可再生资源，解决未来的能源危机是当下的首要问题.作为资源比较丰富的新能源——风能具有很大的开发利用价值.风力发电具有很多优势，比如系统建设周期短、占地较少、低成本、无需燃料、无污染等，无论是大型电厂的风力发电还是渔船、家庭用的小型风力发电，都为建立多元化新能源结构、改善环境做出了巨大贡献.现有的风力发电控制技术有定桨距失速风力发电技术、变桨距风力发电技术、主动失速/混合失速发电技术、变速风力发电技术等.风力发电系统采用先进的模糊控制、神经网络、模式识别等智能控制技术，可以有效地克服风力发电系统的参数时变与非线性因素.

世界风电技术的发展有并网与离网运行方式、电力电子技术、储能技术、控制技术等.风力发电技术看似简单平常，实则不然，它涉及到的领域比较多，例如电力电子技术、机械与自动化、物理、计算机控制、自动化、空气动力等多种学科，大型风力发电机组发出的电能可以直接并到电网上，向电网馈电；而小型风力发电机则需要将风力发电机组发出的电能用蓄电池储存起来，在用户需要时再提供给负载（可直流供电，也可以利用逆变器转换为交流电提供给用户使用）.

1　风力发电机

风力发电机的历史可以追溯到1887——1888年.被认为是第一台自动运行且用于发电的风力发电机诞生于俄亥俄州.它占地比较大、叶片比较多、功率较低，运行了约20年.

发电机是风力发电机组中将风能转化为电能的重要装置，它的优劣直接影响到整个发电系统的性能.而风力机是风力发电机的原动机，是风电设备的关键部件；它通过叶片捕获风能并将其转换为机械能，再由发电机及其相应的控制系统将机械能转换成人们需要的电能.传统风力发电系统广泛采用的发电机是笼型异步发电机、绕线式异步发电机、有刷双馈异步发电机、同步发电机等.新型的风力发电系统才用的发电机有开关磁阻发电机、无刷双馈异步发电机、永磁无刷直流发电机、永磁同步发电机、全永磁悬浮风力发电机等.

风力发电机可以分成水平轴风力机和竖直轴风力机两大类.简单来说水平轴风力机的风轮围绕一个水平轴旋转而垂直轴风力机的风轮则是围绕一个垂直轴旋转.由于水平轴风力发电机的技术较为成熟、风能利用率高，所以是目前商业化风力发电的主要形式.风力机根据其额定功率不同可以分为小、中、大型机组.小型风电虽不是风电的主流但是在我国呈现出越来越快的发展趋势.目前10千瓦以下的风力发电机，特别是几百瓦的离网充电式小型、微型风力发电机绝大多数采用水平轴式风力机.

2　51单片机

51系列单片机属于嵌入式计算机，已深入到人们生活的方方面面，成为不可或缺的一部分.它具有体积小、造价低、可靠性高、应用范围广等特点.目前单片机正向着更好性能、更优品质、更多品种的方向发展.

由于在单片机内部集成了中央处理器（CPU）、数据存储器（内部RAM）、特殊功能寄存器（也成专用寄存器）、程序存储器（内部ROM）、定时/计数器（用于实现定时和计数功能）、4个8位的并行I/O口（P0、P1、P2、P3）、串行口、时钟电路和中断系统，它包括了一台计算机正常工作的基本部件，所以说它就是一台简单的、高度集成的计算机，但是它的主要作用是控制，所以它通常作为嵌入式计算机使用.不同的应用领域对嵌入式系统的功耗、可靠性、兼容性、处理能力等方面的要求也不同.在不同的应用对象中要“量体裁衣”，采用合适的软硬件系统才可以实现更高的性能.

但是在某些情况下，由于单片机本身的存储容量比较小，难以满足实际需要，就需要在其片外连接相应的外围芯片对其进行系统扩展.如在小型的风力发电系统中，就需要我们利用可编程I/O芯片8255对单片机进行系统扩展.连接图如图1所示：

图1　51单片机与8255芯片相连

图1是单片机与一个8255芯片相连，而在风力发电的系统中可以利用总线，用多个8255芯片与单片机相连以实现其系统的扩展以满足实际需求.如图2所示：

图2　89C51连接多个8255芯片

在单片机所应用的小型风力发电系统中，需要解决的问题还有很多.比如风向和风速是描述风能特性的两个主要参数，同时也是直接影响风力发电机发电效率的两个重要外部因素.在利用单片机驱动步进电机、利用单片机研制偏航系统、光耦隔离的驱动电路的设计中要考虑到风速风向，每一项都是不可缺少的重要组成部分.在设计51单片机驱动步进电机的系统时，要设定步进电机的运行方向和速度，以及变向变速的控制，并且需要将这些参数和相应的控制程序烧录到单片机中.将单片机控制信号和按钮通过驱动电路输入到步进电机中来控制其速度和方向.在利用单片机设计的偏航系统中要注意的问题也很多，其中H桥偏航控制电路可以实现正反主动偏航；可以设计串口接口电路来实现主动偏航系统中单片机和上位机之间的额通信.

图3　外围电路

3　结论

单片机作为嵌入式的典型应用，小到家用电器，大到各行各业、各个领域，已与我们的生活密不可分.在家庭的风力发电系统中作用也尤为突出.风力发电技术日益成熟，其成本不断下降，风电发电作为新能源对于能源短缺和保护环境有着重要意义，市场竞争力将会越来越强，具有广阔的前景.

〔1〕李俊峰.风力在中国［M］.北京：化学工业出版社，2005.

〔2〕付文华，田俊梅.小型风力发电机组的应用［J］.太阳能，2005（5）：47-49.

〔3〕李亚西，武鑫，赵斌，许洪华.世界风力发电现状及发展趋势［J］.太阳能，2004（1）：6-7.

〔4〕张志英，赵萍，李银凤，等.风能与风力发电技术［M］.北京：化学工业出版社，2010.3-5.

〔5〕罗如意，林晔，钱野.世界风电产业发展综述［J］.可再生能源，2010，28（2）：14-17.

〔6〕廖明夫.R.GaschJ.Twele.风力发电技术［M］.西安：

西北工业大学出版社，2009.1-7.

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