1. 研究目的与意义
能源是国民经济发展与社会文明进步的基石，能源可持续发展是人类社会可持续发展的重要保障之一。在我国，太阳能和风能是相对富裕的，将两者结合起来，它的供电优势就比单一的能源供电更有优势。目前，风光互补供电系统的转换效率相对来说比较低，风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统，具有很好的应用前景。
国内进行风光互补发电系统研究的大学，主要有中科院电工研究所、内蒙古大学、内蒙古农业大学、合肥工业大学等。各科研单位主要在以下几个方面进行研究：风光互补发电系统的优化匹配计算、系统控制等。目前中科院电工研究所的生物遗传算法的优化匹配和内蒙古大学新能源研究中推出来的小型户用风光互补发电系统匹配的计算即辅助设计，在匹配计算方面有着领先的地位，而合肥工业大学智能控制在互补发电系统的应用也处在前沿水平。据国内有关资料报道，目前运行的风光互补发电系统有：西藏纳曲乡离格村风光互补发电站、用于气象站的风能太阳能混合发电站、太阳能风能无线电话离转台电源系统、内蒙微型风光互补发电系统等。
国外的一些研究机构及人员不断提出与风光互补发电系统相关的理论构思，利用软件进行仿真实验模拟，并应用于实践中。如欧洲、美国、日本、俄罗斯等发达国家，在风光互补发电系统的相关方面做得已经相当完善了，尤其在垂直轴风力发电机的研究设计方面，充分利用其优势，在很大程度上提高了垂直轴发电机在风光互补系统中的发电效率，而更具有现实意义的是已将其工业化、产业化。例如，在日本，垂直轴风力发电机，风光互补发电系统装置随处可见; 印度中部地区通信基站供电系统为小型离网式风光互补发电系统，其中风机容量为7.5kw，光伏容量为5kw，在2003年开始投入运行; 美国加利福尼亚州利用超级电容器进行辅助储能，其风机容量为950kw，属于中型风力发电系统，采用并网式在2007年开始投入运行。
2. 研究内容和预期目标
研究内容：主要通过对太阳能供电系统和风能供电系统进行综合分析，设计一个小型的风光互补供电系统，系统以stm32单片机为控制核心，以风能供电部分和光能控制部分以及蓄电池组控制部分为辅，对风光互补供电系统的控制部分进行设计与研究。
预期目标：1、查阅相关的文献资料，了解课题的选题背景及意义，分析国内外的研究现状和国内发展趋势，整理设计出网关系统的软硬件整体构架。
2、利用stm32 开发板以及太阳能板、风机构建的硬件系统环境风光。学习互补供电系统的总体结构与各部分基本工作原理，控制器各部分结构和各个设备组成部分的选择要求。
3. 研究的方法与步骤
学习风光互补供电系统的基本结构，其中包括：风力发电机、太阳能电池板、AC/DC 整流器、DC/DC 变换器、控制核心板、卸荷电路、蓄电池组和负载。风光互补供电系统是通过将风力发电系统和太阳能发电系统作为整个供电系统的能源来源，将蓄电池组作为储能系统。风力发电系统的原理就是先将风能装换成机械能，然后机械能驱动发电机，最后发电机输出交流电，交流电通过 AC/DC 整流器处理后得到直流电，再通过 DC/DC 变换器得到平稳的电压。太阳能电池板将太阳能吸收转换为直流电，通过 DC/DC 变换器得到平稳的电压。此时控制中心得到的电能供应给负载，若在满足负载正常工作的情况下，同时电能还有盈余，那么盈余的电能都存储到蓄电池组。线性电路中，想要得到最大的输出功率必须满足一个条件：电源的等效电阻与外部的等效电阻相等，那么 MPPT 最大功率点追踪的工作原理就是通过调整外部电路的等效电阻来实现的。太阳能供电系统的最大功率跟踪的方法有很多种，其中比较常使用的有恒定电压法、扰动观察法、增量电导法还比如滞环比较法、最优梯度法和实际测量法等等。在风力供电系统中，主要用到的最大功率跟踪策略包括 1、叶尖速比控制法； 2、功率信号反馈法； 3、爬山法；4、三点比较法。
拟决定采用扰动观察法来实现最大功率，如图是该方法的原理图，通过采集输出电流和电压 , 计算出此时的输出功率P（k-1）, 然后在当前的输出电压上增加一个扰动量，即一个小的电压分量c , 再观察扰动后的输出功率P(k),将扰动前后的输出功率做比较 , 便可以决定下一步的扰动方向和功率的变化方向。假如扰动后的功率变大 , 就表明当前的扰动方向是正确的，是朝着最大功率点的方向跟踪的。反之, 说明应该增加负的扰动量即减小一个小的电压分量 , 朝着相反的方向扰动。直到扰动到达最大功率点Pm附近。
4. 参考文献
[1]王晓航.新型风能、太阳能互补照明系统设计[j].轻工科技,2016,32(02):59-60.[2]张帅. 风能和太阳能互补发电系统研究[d].河北农业大学,2014.
[3]李绍武.基于avr单片机的风能太阳能控制器设计[j].湖北民族学院学报(自然科学版),2010,28(02):174-176.
[4]王欣伟. 太阳能和风能互补发电系统的研究与分析[d].太原理工大学,2009.
5. 计划与进度安排
| 序号 | 起讫日期 | 工作内容 |
| （1） | 2022年02月26日- 2022年03月02日 | 调研查阅文献资料，了解课题的选题背景及意义，分析国内外的研究现状和国内发展趋势。 |
| （2） | 2022年03月05日- 2022年03月09日 | 学习互补供电系统的总体结构与各部分基本工作原理，控制器各部分结构和各个设备组成部分的选择要求。 |
| （3） | 2022年03月12日- 2022年03月23日 | 系统硬件设计，购买所需的原件。 |
| （4） | 2022年03月26日- 2022年04月13日 | 针对风光互补供电系统的控制算法进行了研究。对控制器软件部分的设计，系统软件设计。 |
| （5） | 2022年04月26日- 2022年05月11日 | 软件与硬件联调，测试；利用MATLAB进行建模和仿真。 |
| （6） | 2022年05月14日- 2022年05月18日 | 系统测试，并利用进行分析与显示。 |
| （7） | 2022年05月21日- 2022年06月08日 | 翻译英文文献，撰写论文。 |
