1. 研究目的与意义
随着经济的快速发展，我国已经成为能源消费大国，人们对供电持续性和供电量的要求也越来越高。据科学家估计，按照目前的使用状况，全球的石油贮量只可以供人们再使用50年，煤的全球贮量也只不过可以再供应人们150年。这些常规能源的大量消耗也会带来严重的环境污染问题，如果解决不好将会不利于社会的可持续发展。因此，开发新能源逐渐成为大家关注的焦点。风能作为一种自然资源，被人们称为“绿色资源”并受到青睐。利用可再生资源可以节约能源和保护环境，而风力发电和其它可再生能源相比，更具竞争潜力。风力发电最近几年发展如此迅速，是因为它有许多优点。首先，开发风力发电能够解决我国的能源需要问题。我国还有很多地区因为地理条件恶劣，难以架设电网或者建设煤电和火电厂，而这些地区如果要想摆脱贫困，必须要解决的是电力问题。因此只能利用风能这一便捷的能源来解决这些地区的能源问题。其次，利用风力可以减少对大气的污染，保护人们赖以生存的自然环境。最后，风力发电能够节省燃料和能源运输费用。我国风力资源十分丰富。在风力资源丰富的地区就地建立风力发电站，可以节省大量的输电设备和能源。从目前已有的风电场控制系统来看，大都采用基于plc的定桨距控制技术。国内已有研究电网加入风电场后对旋转备用以及有功调度的影响的调度优化模型，包含了风电预测模型、旋转备用总量模型以及优化调度模型。其中风电预测模型中建立了风电预测偏差的概率密度函数，将正态分布与拉普拉斯分布联合，模拟风电预测偏差的概率分布。在旋转备用总量及优化调度模型中，考虑处理风电预测与负荷预测的不确定性因素时，基于置信度确定了系统需要增加的旋转备用容量，并在此基础上，分别建立了等备用调度模型和旋转备用优化调度模型。在等备用调度模型中，机组发电出力计划可按等比例和优化调度两种方式进行分配。旋转备用优化调度模型针对机组发电出力与旋转备用的计划安排方式建立了模型即发电出力计划与旋备计划联合优化。为了将风力发电机控制器的设计方法能够应用在教学之中，建立了变桨距风力发电机实验系统，在此系统上可以对风力发电机变桨距控制器结构和参数进行调整。通过kingview组态软件建立人机交互界面，同时实现和外部控制器通信的功能；应用matlab作为数据处理后台，搭建变桨距风力发电机的数学模型。通过opc技术实现前后台的数据通信。两部分功能组成被控对象在计算机上予以实现。
快速发展的风力发电对电网的影响有很多，如风电场大规模的并网接入对电力系统的稳定运行带来了新问题，主要有以下几点： 1)风电的随机性、不可控性、布局的限制性给电网的稳定运行带来困难；2) 风电大规模聚集发展使局部电网的调峰问题更加突出，对调峰容量和响应速度都提出了更高的要求；3) 风电机组易引起电网电压和功率波动问题，以及由其带来的无功电压控制和电能质量问题。而且由于风能的随机性和不稳定性，定桨距控制的风力发电机控制技术仍然存在不少问题。在定桨距控制方式下，叶片会在高风速下产生失速现象，失速会导致叶片的阻力上升，限制风力发电机的最大输出功率。失速状态下，风力发电机的最大升力对由温度和海拔高度变化引起的空气密度变化比较敏感。同时，定桨距风力发电机的叶片重量较大，轮台、塔架等部件受力较大，发电机组的整体效率较低。最重要的是，目前市面上的风力发电机多采用plc控制，进而使发电成本居高不下，影响风力发电机控制系统的推广。
本课题旨在设计一种基于单片机的风电场实验系统。通过研究国内外风电场系统的发展现状，阐述风电场实验控制系统的意义。通过对风力发电机工作原理的学习和了解，熟悉风力发电机的控制原理，在综合考虑风电场发电系统的运行特点及控制需求的基础上，采用软硬件相结合的方式设计相关实验系统，主要包括控制核心模块、工作环境检测模块、风力发电控制模块、人机交互模块等。在硬件方面，能将各个模块的电路正确连接，保证各个模块电路的正常工作；在软件方面，要能分模块学习，按模块编写控制程序。通过单片机控制技术对各类数据进行采集，从而实现风速过大报警、偏航控制以及解缆控制，保证风力发电机安全平稳运行。风力发电机发出的电需要通过电力监测电路监测电源质量然后储存在蓄电池中，最后需要通过逆变电路输送给各类负载。
2. 研究内容和预期目标
1、研究内容
风是没有公害的能源之一。而且它取之不尽，用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带，因地制宜地利用风力发电，非常环保，且风能蕴量巨大，因此日益受到世界各国的重视。本课题是在综合考虑风电场发电系统的运行特点及控制需求的基础上，采用软硬件相结合的方式设计相关实验系统，对于学生理解和掌握相关知识提供直观方法。系统主要包括控制核心模块、工作环境检测模块、风力发电控制模块、人机交互模块等。
2、预期目标
3. 研究的方法与步骤
认真研读任务书的要求，调研和收集设计过程中可能使用的资料、例图，熟悉51单片机的基本原理，了解该单片机的硬件组成和结构，对照所收集的资料进行整体方案构思，整体系统框架设计，整体方案设计好后着手各部分的设计。对不明白的部分通过查阅资料，向指导老师请教，和同学讨论解决。具体分为以下步骤：
（1）了解51单片机原理及研究现状，掌握其基本原理、硬件组成及结构、应用概况及熟练掌握单片机编程方法；
（2）了解风电场实验系统发展历程及国内外研究现状；
4. 参考文献
[1] 任艳焱.简述单片机与风力发电[j].赤峰学院学报（自然科学版），2016
[2] 张强等.基于单片机的电动机控制技术[m].北京：中国电力出版社，2008 [3] 韩克,薛迎霄.单片机应用技术:基于c51和proteus的项目设计与仿真[m].北京:清华大学出版社,2017
[4] 佟巳刚.单片机c51应用编程与实践[m].北京:高等教育出版社,2017
5. 计划与进度安排
（1）2022-2-25～2022-3-17（3周） 查阅相关背景及技术资料，制订具体计划，撰写开题报告。
（2）2022-3-18～2022-4-07（3周） 提出实现方案，熟悉控制模块硬件资源及编程技巧。
（3）2022-4-08～2022-4-28（3周） 设计电路原理图，提出程序框图，编制控制程序。
