極地冰物質(zhì)平衡監(jiān)測(cè)站小型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的研究.pdf

1、本課題來(lái)源于“南北極環(huán)境綜合考察和評(píng)估”（編號(hào)：CHINAER2015-02-02）專項(xiàng)項(xiàng)目。主要是對(duì)南極低溫環(huán)境下極地冰物質(zhì)平衡監(jiān)測(cè)站小型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)展開的一項(xiàng)應(yīng)用研究。
　　南極冰蓋對(duì)全球熱量平衡起著重要的調(diào)節(jié)作用，隨著全球變暖速度逐漸加快，南極地區(qū)的冰蓋也隨著溫度的升高而加速融化，全球海平面升高的危險(xiǎn)正日益臨近。因此，研究冰蓋的物質(zhì)平衡與氣候的關(guān)系是十分必要的。極地冰物質(zhì)平衡監(jiān)測(cè)站是用于南極地區(qū)對(duì)冰蓋物質(zhì)平衡信息進(jìn)行采集

2、和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)亩喙δ鼙O(jiān)測(cè)站。由于南極地區(qū)溫度低下、環(huán)境惡劣，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)站的供電續(xù)航能力不長(zhǎng)，造成很多科考數(shù)據(jù)的丟失。
　　本文以極地冰物質(zhì)平衡監(jiān)測(cè)站的供電系統(tǒng)為研究對(duì)象，考慮該監(jiān)測(cè)站在南極工作時(shí)存在低溫、極晝極夜等特殊環(huán)境狀況，研究了該監(jiān)測(cè)站在特殊環(huán)境下的小型風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)。
　　首先，針對(duì)南極低溫環(huán)境對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了選型，保證所選設(shè)備在低溫環(huán)境下能夠正常工作。以南極安裝地點(diǎn)的氣候數(shù)據(jù)為依據(jù)對(duì)所選設(shè)備能否滿足

3、要求進(jìn)行了能量匹配計(jì)算，結(jié)果證明所選型號(hào)能夠滿足系統(tǒng)需求。
　　其次，在低溫環(huán)境下對(duì)所選的卷繞式鉛酸蓄電池進(jìn)行放電實(shí)驗(yàn)，探究蓄電池在低溫下容量的變化，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：蓄電池的容量會(huì)隨著溫度的降低而減少，所放的電量隨著溫度降低會(huì)變少。隨后，在低溫環(huán)境下對(duì)蓄電池進(jìn)行充電實(shí)驗(yàn)，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著周圍溫度下降，會(huì)降低蓄電池對(duì)電流的接受能力，溫度在-10℃時(shí)，蓄電池可以接受比較大的電流；而當(dāng)溫度降低到-20℃以下時(shí)，應(yīng)選用小電流充電，能

4、夠保證蓄電池充入更多的電量。
　　再次，為了能夠在-10℃時(shí)為蓄電池充入更多的電量，分別提出了風(fēng)能和太陽(yáng)能的最大功率跟蹤控制策略，并通過(guò)MATLAB軟件對(duì)所選擇的策略進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)證明所選擇的策略能夠滿足要求。然后以低溫下的電池實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，結(jié)合風(fēng)能和太陽(yáng)能控制策略以及南極特殊環(huán)境提出了蓄電池的充電控制策略。
　　最后，以 MSP430單片機(jī)為主控芯片，設(shè)計(jì)了風(fēng)光互補(bǔ)控制器的主電路以及實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能的外圍電路。本次選用的器件