风光供电系统范文

风光供电系统范文（精选12篇）

风光供电系统 第1篇

伴随非洲地区经济的快速发展, 对于电力能源的需求也日趋紧迫, 而全球能源供应的紧缺和环境保护的要求, 也对绿色新能源的开发和利用提出了迫切要求, 并提供了广阔的市场前景。国内能源装备制造业应充分发挥新能源领域的人才、技术、装备、资金优势, 有效利用企业海外工程实施与项目管理经验, 加快拓展海外尤其是非洲地区新能源市场, 为企业的产业升级及用户的能源发展带来双赢。

1 光伏发电

太阳能的能量密度低, 而且因地而异, 因时而变, 这是开发利用太阳能面临的主要问题。而非洲大陆绝大部分地区为太阳能的开发利用提供了得天独厚的辐照条件。

光伏发电系统由太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电控制器、逆变器、交流配电柜等设备组成, 如图1所示。太阳能电池方阵利用光生伏打效应吸收光能实现电能转换;蓄电池组主要有铅酸蓄电池或镉镍电池, 用以储存电能并可随时向负荷供电;充放电控制器用以控制蓄电池循环充放电次数及放电深度并防止蓄电池过充电或过放电, 以延长电池使用寿命;逆变器是将直流电转换成交流电的设备, 有离网逆变器和并网逆变器两种;交流配电柜实现交流电源切换、负荷分配及电能计量。

2 风力发电

风能是一种无污染和可再生的新能源, 有着巨大的发展潜力, 全球风电发电量以每年超过30%的速度快速增长。非洲大陆北部地区及周边沿海地区有着较为丰富的风力资源, 也为风电资源的开发应用提供了有利条件。

小型风力发电系统由风力发电机、充电控制器、数字逆变器构成。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成, 如图2所示。叶片用来接受风力并通过机头转为电能;尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能;转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能;机头的转子是永磁体, 定子绕组切割磁力线产生电能。风力发电机因风量不稳定, 输出的是13~25V变化的交流电, 须经充电控制器整流, 对蓄电池充电, 使风力发电机产生的电能变成化学能, 然后用数字逆变器把电池化学能转变成交流220V市电, 才能保证稳定使用。

3 小型风/光 (互补) 独立供电系统的应用

对于非洲地区的沿海岛屿、边远山区、沙漠草场, 以及远离电网供电的乡村地区, 为充分利用当地风能、光伏等绿色可再生能源, 满足灌溉、照明、通信、医疗等生产和生活能源需求, 改善人民生活条件, 促进当地经济起步, 100k W以下的小型风/光 (互补) 独立供电系统的应用, 作为一种相对稳定、可靠的解决途径, 有着十分重要的政治与经济意义。风光互补独立供电系统示意图如图3所示。目前已经取得成熟推广的方案应用有饮水灌溉、路灯照明、通信基站、海水淡化、气象监测、边防哨所、独立社区、孤岛供电等。

4 4k W风光互补独立供电系统方案应用

4.1 环境措施

(1) 沿海地区:风机和叶片表面采用防腐漆;尾梁、尾舵板、塔管、安装支架表面进行热浸锌处理;外露旋转连接件采用不锈钢材料;标准件采用不锈钢或达克罗处理工艺;控制器采用三防漆防护。

(2) 高原地区:塔架材料采用Q345;控制器采用低温加热。

(3) 沙漠戈壁:发电机采用F级绝缘;进行大风条件下结构受力分析;大风时采用尾舵机械侧偏和电磁刹车等措施, 确保风机的安全。

4.2设计原则

优化系统设计方案, 在确保满足用电负荷需求的前提下, 根据不同使用地域环境条件, 进行风机和光伏组件合理匹配, 包括风力发电机功率、光伏阵列规模和蓄电池容量的最佳配套和组合比例。一般情况下, 如采用系统电网架线供电的投资已达到绿色能源供电投资的60%以上, 即可考虑采用风光互补电力供应解决方案。

4.3 设计程序

4.3.1 系统计算

系统计算包括以下内容:负载特性、功率和用电量统计及相关计算;风力发电机日平均发电量计算;太阳能电池方阵面辐射量和日平均发电量计算;蓄电池容量计算;风力发电机、太阳能电池组件、蓄电池匹配优化设计;太阳能电池方阵安装倾角的确定。

4.3.2 设备选型

设备选型包括以下内容:风力发电机、太阳能电池组件、控制器和蓄电池的选型;太阳能电池方阵支架设计, 风力发电机组安装设计, 逆变器等附属设备的选型和设计;控制、监控系统的选型和设计。

4.3.3 系统部件匹配设计

风光互补独立供电系统的安全性、经济性和可靠性是通过系统内各部件的良好匹配而获得的, 主要包括:发电量与用电量的匹配设计;风力发电机组功率与太阳电池组件功率的匹配设计;风力发电机组、太阳电池组件、风光互补控制器、蓄电池、泄荷器和逆变器等部件的匹配优化。

发电量与用电量的匹配计算公式为:日平均用电量<日平均发电量控制器效率蓄电池效率逆变器效率线损。

4.4 设备选型

4.4.1 风力机

风力发电机组的设计寿命应不低于15年;机组配置应采用N+1冗余方式, 即每个系统都应有一台备用发电机作为冗余使用;根据当地气象资料, 风力机应安装在主风向的上风头, 尽量避免迎风方向有建筑物或树木等障碍物, 避免风的紊流影响, 风轮高度范围内的风速垂直切变要小。

4.4.2 控制器

控制器对风力发电和光伏发电的控制作用应保持独立并有效隔离;控制器风电充电电路的最大功率一般应大于等于风力发电机组额定输出功率的1.5倍;控制器光伏充电电路的最大功率应大于光伏发电额定输出功率的1.2倍;控制系统应具备蓄电池管理系统及相应的通信接口。

4.4.3 逆变器

在进行逆变器选型之前, 应充分了解并分析用电负载特性, 包括:直流负载/交流负载;单相负载/三相负载;冲击性负载/非冲击性负载;重要负载/一般性负载。逆变器的输出功率应当根据用电负荷电器的类型、功率和时长来计算和确定。

选型原则:负荷电器中有用三相电源的电器, 如三相电机等, 则应选用三相逆变器;中、小功率的风光互补系统 (50k W以内) , 应优先选用单相逆变器;逆变器额定功率的选择应考虑可能同时工作的所有负荷电器额定功率之和的120%以上;用电负荷有电冰箱、水泵等感性负载时, 感性负载总功率应小于逆变器额定功率的20%~30%;用电负荷长时间不间断运行的功率应控制在逆变器额定功率的50%~60%以内, 应避免长时间满负荷工作。

4.4.4 蓄电池

优先选用铅酸蓄电池及其它适合风光互补发电使用的新型蓄电池;蓄电池组的串联电压必须与风力发电机组的输出电压及太阳电池组件的输出电压相匹配;蓄电池的容量应由日最低耗电量、设定的连续阴天数、最长无风期的天数、蓄电池的性能参数 (包括自放电率、充放电效率和放电深度) 等因素共同确定。孤岛独立供电系统的蓄电池在现场安装前, 应先充满电后再运往现场使用。

蓄电池容量简易计算公式:

蓄电池容量= (日平均用电量连续无有效风速天数) / (系统蓄电池电压最大放电深度传输效率充放电效率) 。

4.5 系统配置

风光互补独立供电系统典型配置及现场运行图片分别如表1、图4所示。

参考文献

[1]陈丽娟.许晓慧智能用电技术[M].北京:中国电力出版社, 2011

[2]马宏革.王亚非风电设备基础[M].北京:化学工业出版社, 2012

风光供电系统 第2篇

2014年4月25参加了江苏省高等职业院校技能大赛——‘康尼’杯风光互补发电系统安装与调试比赛。在这次比赛中我们学校代表队取得了三等奖的成绩，这离不开辅导老师们的心血和汗水，以及我们参赛选手的辛劳和努力。在这里我首先要感谢培养和教育我的各级老师以及领导,是你们给我提供了这个舞台,没有你们的培养就没有我今天的进步。

这次比赛我们不仅代表了个人，还代表了学校，我们为学校争得了荣誉。这场竞赛虽然取得了一定的成绩，但同时也暴露出一些问题，针对这些问题，现对本次竞赛的情况作如下总结，以便为下一届参加竞赛的学弟学妹们做个参考。

1、心理素质是影响竞赛的关键因素。比赛不仅比技术，也比心理素质。技术再高的人如果欠缺一定的心理素质，将会直接影响到自身的发挥。比赛时切忌着急，要冷静不要慌，先做好功能部分，如果有时间再去抓细节，细节有时是成败的关键。在平时的训练中要把每一次练习当成比赛，这样才能在平时的训练中提高自己的心理素质。

2、团队精神至关重要。在平时的训练中，大家都会遇到不同的问题，遇到问题时要互相讨论，相互指出各自的不足，相互交流，相互考核，团结作战，共同成长，有了这样的团结精神，才能在比赛中“厚积薄发”。

3、要有速度、要细心。每个参赛选手的技能水平都不相上下，比赛比的就是操作的速度快不快，在操作的过程中细不细心。竞赛中失误大部分都是不细心所导致的。拿上位机人机界面来说，显示界面一定要有条理性，看上去要美观，重要的是建立I/O变量和数据变量的建立与链接。在按钮链接变量时一定要找准变量否则会出现一连串的错误。在写界面脚本是语句不能有错误，所以在上位机上既要细心又要注意速度。在plc编程上，程序的完整性是很重要的，拿到题目时要仔细读懂题意，弄清题目所要实现的功能，这就要求在编程时不仅速度要快，而且不能遗漏触点和指令，一步一步的编，但不能盲目地追求速度，这样才能保证编程既有速度又有质量。另外，在离开考场前一定要做好善后工作，首先要把桌面清理干净，再次要把实验箱和导线收拾好。

4、要学会自学。自学能力是我们要具备的基本素质，遇到难题和不懂的问题一定要自己去查资料，不要因为没有学过而灰心而失去信心，每个学生在课堂上学的东西总是有限的，很多知识是要靠自己去学习和积累。这次比赛我收获最大的就是提高了我的自学能力。平时的练习要脚踏实地，既不能图快，更不能懒散。遇到问题要勤思考勤动手，把问题的原因、现象以及解决方案用纸记录下来，这样不至于以后犯同样的错误。我相信只要这样坚持下去，自己的技能必定会有所进步。

5、本次竞赛是一次理论与实践相结合的竞赛，给了我们一个自我提高和学习的好机会，但是在理论题中我们的准备还是不足的，没有很好的理解和掌握风力发电和光伏发电及逆变原理的理论知识。所以在比赛时我们的理论部分的分数就差了好多。

我们非常感谢为我们指导的老师们，非常感谢学校各级领导对我们的鼓励与支持，我们在今后的学习中将更加努力，苦练技术，用我们的辛勤劳动来回报学校，回报社会。

总结人：张志远

风光供电系统 第3篇

【摘要】本文阐述了一套基于单片机STC15F2K60S2的热红外传感器、光敏电阻器以及智能化控制LED照明的风光互补发电系统，该系统可提高用电效率、节约电能并且环保，有很高的使用价值，并且还具有“有人光线强则灯不亮，有人光线弱则灯亮，无人光线强则灯不亮，无人光线弱则灯不亮”的功能。

【关键词】风光互补发电系统；LED；单片机；智能节能照明控制器

风光互补是新能源综合开发利用，LED灯是新的节能技术，风光互补LED 灯是两者结合的经典之作。风能和太阳能都是最普遍的储量大且清洁的可再生能源，在时间上和季节上互补性很强：这种互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性，使其优于单一的风电或光电。LED被认为是绿色的第四代光源，是一种固体冷光源，具有高效、寿命长、安全环保、体积小、响应速度快等诸多优点，目前已有广泛的应用。

本作品控制器要根据太阳能电池、风力發电机、单片机、传感器、蓄电池、风光互补控制器、光源等部件特性和环境光线的变化进行智能充放电控制；还可根据季节、环境、光线变化等因素决定定时点亮等不同智能工作模式。

1.设计方案

1.1 风光互补发电系统的构成

风光互补发电系统[1]是一种将风能和太阳能转化为电能的装置，是由风力发电机与太阳能电池组成的联合供电系统。风光互补供电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏板、控制器、蓄电池、逆变器、交流（直流）负载等部分组成。利用太阳能组件、风力发电组件发出电能，通过蓄电池组储存，通过逆变器将蓄电池中储存的直流电转变为交流电，经由输电线路为用户供电。

2.智能照明控制方案设计

2.1总体设计

当红外传感器所形成的电信号和光敏电阻器接受到的信号同时满足时，单片机才工作。

在本设计中，完整的光线感应装置包含有检测光强度的光敏电阻器，对整个系统进行控制的单片机STC15F2K60S2，以及对输出的小功率信进行号进行放大的高频放大电路和避免外界强电干扰的电路电压隔离部分。首先光敏电阻器将对日光的强度做出感应，当外界环境的光强度变大时光敏电阻器的阻值变小，当外界光强度减弱时，光敏电阻器[2]的阻值变大。光敏电阻器将这种随着外界光强度改变做出相应变化的检测结果即信号反馈给单片机STC15F2K60S2，由单片机STC15F2K60S2做出相应的判断，并将判断的结果输出.因为由单片机输出的信号功率是很小的，无法利用这种电流去驱动照明设备的开关或者控制设备.模块在环境光线亮度达不到设定阈值时D0端输出高电平，当外界环境光线亮度超过设定值时D0端输出低电平，D0输出端可以与单片机直接相连通过单片机来检测高低电平，由此来检测环境的光线亮度改变；D0输出端可以直接驱动本店继电器模块，由此可以组成一个光控开关。所以要在单片机STC15F2K60S2后接一个高频放大电路，使其对该小功率信号进行有效的放大。经过放大电路放大的电流信号就可以作用于控制照明设备的开关或者控制设备了。因为该光感应器的内部是实现弱电对外界环境中强电的控制，所以为了保护单片机使其能够正常的工作，在光感应器的内部还需要配备有电路电压的隔离部分，这样就可以有效的隔离外界强典对设备内部弱电的干扰，达到保护单片机的目的。整个设备可以随着室内光强度的改变调整照明设备的亮度，使得室内的光强度最适合，免去了人们手动调节照明设备的麻烦，也更好地自动节约了电能。

3.系统硬件设计

3.1检测环节

3.1.1被动式热释电红外探测器

热红外感应器是一个是热释电红外传感器（PIR），它能将波长为8-12um之间的红外信号变化转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用，因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异信号。本文利用的红外感应器是灵敏型光敏电阻传感器，比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强并电流达到100mA。配可调电位器可调节检测光线亮度工作电压3.3V-5V，输出形式：数字开关量输出（0和1）。

3.1.2环境亮度传感模块

光敏电阻器工作原理[3]是利用投光器将光线通过透镜聚焦，光线经过传输到达受光器的透镜，最后被接收感应器所接收，感应器将收到的光线信号转换成电信号，而这种被光线感应器转换来的电信号可以有多种应用方式。基本实现原理是对投光器和受光器之间的光线进行阻挡，在这个过程中会产生一定的信息，这种信息就以信号的形式反应出来，对该信息加以合理利用就可以完成设定的要求使设备可以自动调节光亮强度即实现自动化控制照明设备。光线感应器就利用光敏电阻器根据这种外界环境的光强度的变化输出微弱的电信号，通过简单的放大电路进行处理，处理的结果送至开关和控制设备就可以实现对光的控制了。在本文中主要利用光感应器在总开关打开的情况下根据环境的光强度自动调节光亮，当光强达到一定程度时就会自动关闭开关。

3.2控制环节

STC15F2K60S2单片机是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，采用STC第八代加密技术，加密性超强，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成高精度R/C时钟，±1%温飘，常温下温飘5‰，5MHz～35MHz宽范围可设置，可彻底省掉外部昂贵的晶振。3路PWM/PCA，8路高速10位A/D转换（30万次/秒），针对电机控制，强干扰场合。

在光感应器里另一个重要的器件就是单片机STC15F2K60S2，其对该光线感应器的正常工作进行指导并有效地控制，在单片机STC15F2K60S2里主要包含有电源电路、复位电路和晶体振荡电路等设备。

参考文献

[1]黄鑫.风光互补发电系统的发展与应用[J].科技论坛，98.

[2]安毓英，曾晓东，冯喆珺.光电探测与信号处理[M].北京：科学出版社，2010.

连载16:风光互补供电技术 第4篇

关键词：太阳能,风力,互补发电,节能技术

1 概述

一般来说，由两种或两种以上的能源组成的供电系统，称为混合能源系统。由于风力或光伏发电系统均受到外部条件的影响，仅靠独立的风力或光伏发电系统经常会难以保证系统供电的连续性和稳定性，因此，在采用风力或光伏发电技术为通信局站供电时，往往采用风光互补发电系统来进行相互补充，达到连续、稳定供电的目的。

2 工作原理

风光互补供电系统，即光伏-风力互补供电系统，由风力发电机组、太阳电池方阵、控制器、支撑结构(塔架)、耗能负载、蓄电池组和逆变器以及负载构成, 如图1所示。

(1) 太阳电池方阵：指在金属支架上用导线连在一起的多个太阳电池组件的集合体，太阳电池方阵产生负载所需要的电压和电流。

(2) 风力发电机组：与公共电网不相连、可独立运行的风力发电机系统。

(3) 耗能负载：持续大风时，用于消耗机组发出的多余电能。

(4) 蓄电池组：由若干台蓄电池经串联组成的储存电能的装置。

(5) 控制器：系统控制装置，主要功能是对蓄电池进行充电控制和过放电保护，同时对系统输入输出功率起到调节与分配作用，以及系统赋予的其他监控功能。

(6) 逆变器：将直流电转换为交流电的电力电子设备。

(7) 直流负载：以直流电为动力的装置或设备。

(8) 交流负载：以交流电为动力的装置或设备。

根据太阳能和风能资源的不同，在光伏-风力互补供电系统中，光伏与风力发电容量的配置不同，主要有以下几种类型：

(1) 光伏-风力互补供电系统。光伏发电为主，风力发电为辅，适合于太阳能资源非常丰富、风能资源仍可利用的地区。

(2) 风力-光伏互补供电系统。风力发电为主，光伏发电为辅，适合于风能资源非常丰富、太阳能资源仍可利用的地区。

(3) 带有备用柴油发电机的风力-光伏-柴油机互补供电系统 (简称风-光-柴互补系统) ，如图2所示。风-光-柴互补系统适合以下两种情况： (1) 太阳能和风能虽然比较丰富，但互补性欠佳的地区，如个别月份太阳能和风能均不能满足负载要求; (2) 太阳能和风能互补性很好，但太阳能和风能资源总量仍感欠缺的地区。当系统以光伏发电为主时，也可称为“光伏-风力-柴油机互补供电系统 (简称光-风-柴互补系统) 。

3 主要特点和优势

(1) 和风力或光伏独立运行发电系统相比，风光互补供电系统有比较优越的特点，具体表现在以下几个方面：

(2) 利用风能、太阳能的互补特性，同时利用太阳能和风能发电，因此对气象资源的利用更加充分，可实现昼夜发电。在合适的气象资源条件下，风光互补供电系统可提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性。

(3) 单位容量的系统初期投资和发电成本均低于独立的光伏发电系统。如果太阳能与风能资源互补性好，在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量。

(4) 在太阳能、风能资源比较丰富且互补性好的情况下，对系统的部件配置、运行模式及负荷调度方法等进行优化设计和匹配后，可以基本上由风-光系统供电，很少或基本不用启动备用电源如柴油发电机等，这样可获得较好的社会效益和经济效益，从某个方面来说，这对节约能源起到非常好的效果。

4 注意事项及存在问题

(1) 在进行选址设计之前，应汇集及测量当地风能资源、太阳能资源、其他天气及地理环境数据，包括每月的风速、风向数据、年风频数据、每年最长的持续无风时数、每年最大的风速及发生月份、韦布尔(Weble)分布系数等;全年太阳日照时数、在水平表面上全年每平方米面积上接收的太阳辐射能、在具有一定倾斜角度的太阳光电池组件表面上每天太阳辐射峰值时数及太阳辐射能等;当地在地理上的纬度、经度、海拔高度、最长连续阴雨天数、年最高气温及发生的月份、年最低气温及发生的月份等，了解当地是否适合采用风光互补供电系统。

(2) 根据当地风能资源、太阳能资源，确定风力发电及太阳能发电所分担的供电份额，合理配置风光互补供电系统。

(3) 风光互补供电系统的投资较大，对推广应用存在一定困难。

(4) 风光互补供电系统与单一风力发电系统或光伏发电系统相比，系统设计较复杂，对系统的控制和管理要求较高。

(5) 由于风光互补供电系统存在着两种类型的发电单元，与单一发电方式相比，增加了维护工作的难度和工作量。

5 适用场合和条件

(1) 风能资源、太阳能资源均较为丰富的地区;

(2) 市电资源缺乏的偏远山区、海岛等地区;

(3) 出于节能考虑，可利用可再生能源的通信基站、视频监控点和接入网点等场合。

6 实际使用案例

6.1 项目背景

某电信运营公司在某海岛安装一个主要覆盖旅游景区通话的基站，如图3ㄢ

6.2 负载基本情况

站内设备主要有RBS2206设备2台，900兆，G型，每台设备12个载波;微波1台;METRO-500的SDH设备一台;两台1.5匹变频空调，轮流使用。

(1)基本负载情况分析

R B S 2 2 0 6基站(1 2/1 2载波)的功率为4 6 0 0 W (191.7A, 24V)，采用直流24V供电，24小时不断电工作;微波设备最大峰值功率为200W, METRO-500的SDH设备功耗为130W，采用直流24V供电，24小时不断电工作;空调为1.5匹(采用1+1冗余配置)即平均功率1200W，采用220V供电，24小时不断电工作。

蓄电池后备时间：48小时。

设备安装地点：根据太阳能资源和风能资源分布可以确定在岛上某个最佳位置。

(2)实际负载情况分析

RBS2206 (12个载波，900兆，G型)的数据为，峰值功率：1 880 W，平均功率：1 000 W，最低功率：860 W。其工作电流大致在35～55 A (即938～1 474 W) 。

6.3 负载确定

综合以上对负载的分析，现取RBS2206 (12个载波，900兆，G型)设备的单台日平均功率1 000 W, 2台设备的总平均功率1 0002=2 000 Wㄢ

微波设备峰值功率是200 W，平时工作的情况主要维持在持续功率工作情况，持续功率为160 W，按峰值功率:平均功率=1:3的比例，折算成日平均功耗为170 Wㄢ

METRO-500的SDH设备功耗为130 W

由于2台RBS2206、1台微波和1台METRO-500的SDH设备都是利用DC/DC由48V变换为24V工作电压，其转换效率取85%。因此以上4台设备在48V输入端的等效总功率为:

空调负载由逆变器提供电源，其交流端平均消耗功率为1 200 W，考虑到逆变器不是在满负载条件下工作，取逆变效率80%比较符合实际情况。则其在48V输入端的等效功率为:

由于在不同月份，空调的工作方式不尽相同，在温度较低的月份其消耗电量较小，在温度较高的月份其消耗电量较大，具体的取用比例由下面内容中的“计算依据”说明。

(1) 系统配置分析

根据上述供电设备要求，该基站配置如图4所示。

(2) 设备环境要求

(1) 海拔高度：2 000m

(2) 环境温度：-10～45℃

(3) 工作温度：+5～40℃

(4) 相对湿度：85%(40℃±2℃)

(5) 供电系统抗风：12级台风

6.4 蓄电池容量配置

按基站的重要程度，整个系统的后备工作时间要能达到3天的时间，但根据现场气象情况分析，现场光能和风能此消彼长，光照较差的日子风力较强，风力较差的日子阳光较强，没有阳光也没有风的天气极为少有，而光能和风能同时不能利用的情况是台风加阴雨的天气，完全无阳光而风能无法利用的日子不多于2天，取蓄电池后备时间2天计算。

计算蓄电池容量取平均功率计算，因此总的负载平均功率为：

系统总负载所需的蓄电池容量为：

经过取整后，蓄电池的容量应为3000AH/48V，取2组1500 AH/48V蓄电池，蓄电池实际容量为3000AH/48Vㄢ

取用此配置的蓄电池，其实际后备时间为：

6.5 太阳电池组件、风机和油机

选取离安装地点最近的气象站数据作为计算依据，利用供电系统容量的计算软件进行分析，若要维持负载全天候24小时运行，光伏电池板和风机的容量选择如表1所示。

(1) 计算依据

空调实际运行情况为：

11、12、1、2、3、4月份按40%功率运行;

5月份按50%功率运行;

6、7、8、9、10月份按70%负荷运行。

空调负载功率由逆变器提供，因逆变器不是在满负载条件下工作，取逆变效率80%。

从表2(风-光-柴互补能量表)及图5(风-光-柴互补能量图)上可以看到，只要在7～8月份两个月产生的能量总和满足负载总消耗，则全年其他月份均能满足要求。根据7～8月份总的能耗需求及风机产生的总能量配置136块KC80-01 (80W)的光电板即能满足要求。其他月份计算的结果如表2所示，可见在全年的月份中，系统总体上较好地满足负载的全天候正常工作要求。

(2)选用当地气象台所测得的气候资料配置分析

据当地气象局提供的当地近10年的月平均风速，及该局的气象专家针对该岛风机安装地点实际情况提供的平均风速修正系数。以风-光互补计算软件分析，得出风-光互补系统不同的月份平均每天日照、风速情况下的能量表。

根据气象局的资料：该岛一年之中春季4～5月的阴雨天较多;6～8月气温较高、风力较低。在4～8月可能会出现系统的发电量不足，蓄电池的放电深度达到80%的情况。则需要开启油机充电一天，平均每年充电次数为5次。

6.6 DC/AC逆变器

现场的交流负载为两台互相备用的空调，所以空调的正常耗电功率为1 200 W, 但是考虑到空调在开机的瞬间其冲击电流较大，而且空调的工作时间决定了可能会有多次开关机的可能性，所以一般的逆变器不能符合要求，现采用持续输出功率3 000 VA的SMIU3000E逆变器来对两台空调供电。

6.7 DC/DC变换器

由于系统中的蓄电池电压为48V，为了能使24V的直流工作负载能正常工作，采用由珠江公司自行开发的SMDC0702型号DC/DC变换器，将48V直流变换为24V直流电压为负载供电。SMDC0702为模块化设计，支持并联及热插拔工作，每个模块输出功率为700 W，现取用8台SMDC0702模块总输出功率为5 600 Wㄢ

6.8 AC/DC整流系统

由于系统中的蓄电池电压为48V，现采用PRS1004H型AC/DC整流系统，将柴油发电机交流电变换为DC48V直流电压为负载供电和给蓄电池充电，整流模块为SMPS1004H，每个模块输出电流为30A/48V，现取用6台SMPS1004H模块总输出电流为180A/48Vㄢ

监控模块选用CU2000H。SMPS1004H、CU2000H为模块化设计，支持并联及热插拔工作。在蓄电池放电深度达到80%时，需启动柴油发电机24小时。

6.9 远程无人监控功能

系统主要由三部分组成：

(1) 上层监控主机：组态软件完成整个系统的数据处理、分析以及网页发布等各种功能;

(2) 中间层智能监控模块和通信传输模块：完成对现场数据的采集并通过GPRS Modem和上位监控主机通信;

(3) 现场传感器：将非智能设备数据转换为标准的干接点信号和标准的带电电信号(0～5V或4～20mA)接入智能监控模块。

7 小结

在利用可再生能源方面，风光互补供电系统的技术和应用已经相当成熟和广泛，建议在风能资源和太阳能资源较为丰富的地区积极推广应用风光互补供电系统。

参考文献

[1]YD/T1669-2007.离网型通信用风光互补供电系统

[2]中国电工技术学会编.电工高技术丛书 (第二分册) .北京:机械工业出版, 2000

[3]尹炼, 刘文洲.全国风力发电场培训教材风力发电.中国电力出版社, 2002

风光供电系统 第5篇

风光互补发电系统在移动通信中的工程应用

本文主要分析了风光互补发电系统的应用目的.,分析了移动通信工程建设中使用风光互补电源系统的实际作用,并给出了一些完善风光互补发电系统应用的可行性建议.

作 者：朱振宇 作者单位：浙江水利水电专科学校,浙江杭州,310018刊 名：科技资讯英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(33)分类号：P2关键词：风力发电 太阳能发电 风光互补发电系统 移动通信 工程应用

风光供电系统 第6篇

满愿塔偶遇经幡

经幡又称为风马旗。无论是在云南、西藏、川西还是尼泊尔，随处都能见到一串串、一丛丛、一片片以经咒图像木版印于布、麻纱、丝绸和土纸上的各色风幡。这些方形、角形、条形的小旗被有秩序地固定在门首、绳索、树枝、佛塔上，在大地与苍穹之间飘荡摇曳，构成了一种连地接天的境界。满愿塔位于尼泊尔加德满都以东六七公里处。这里有着转动的经轮，飞扬的经幡，深邃的佛眼，阳光下泛起金光的塔身和那群执着的守候者。在强烈的阳光下，采用F9的光圈设置，快门速度依然达到1/160秒，无法实现我心目中经幡飞扬效果。

用减光镜将快门速度慢下来

在这时候我想起了我携带了海泰方形减光镜。你只需要购买一个滤镜支架和相应口径的镜头接环，就能够将滤镜支架与镜头连接，多支镜头共用一套滤镜，节省滤镜购买支出，甚至还可以与灰渐变滤镜叠加使用。我想要拍摄舞动的经幡效果，就一定要让快门速度降下来，因此我在镜头前加装海泰减光镜降低快门速度，构图完成后，在三脚架的稳定支撑下，等待大风吹起经幡。当这一刻来临时，按下快门按钮，以慢速快门获得了我心目中经幡飞扬的美景。每次看到这张照片，我仿佛能听到从风中传来吟诵经文的声音。

什么叫ND镜

减光镜又称为ND镜，它的作用是减少进入相机的光量。为了获得白天流水的效果，常常会降低ISO感光度的值，同时缩小光圈来降低快门速度。在晴朗的天气里，即使设置ISO50并使用F22的光圈，仍然无法获得较低的快门速度。

腾龙全画幅超广角F2.8大光圈变焦镜头上市

世界首款搭载防抖机构全画幅超广角F2.8大光圈变焦镜头于2015年3月5日在中国大陆地区开始销售。今年正值日本腾龙株式会社成立65周年，中国大陆地区将特别推出SP15-30mm F2.8 Di VC USD（型号A012）的限量版套装，内含99.9%纯银30g的纪念银币一块，限量999套。购买限量版可获得8年保修和1年保值的增值服务。

助力申冬奥大众双板滑雪顶级赛事南山开幕

北京、张家口联合申冬奥之际，大众对于冰雪运动激情倍增。2月14日，“加拿大第八届南山业余猫跳滑雪比赛”在北京南山滑雪场激情开赛。南山业余猫跳滑雪比赛作为无数民间滑雪爱好者滑雪技术展示的平台，已经陪伴大家走过8年。比赛历届的冠亚军曾收获日本北海道之旅、美国俄勒冈Mt.Bachelor滑雪行程、加拿大艾伯塔粉雪之旅，本届比赛得到了加拿大旅游局、加拿大不列颠哥伦比亚省旅游局的大力支持。除了加拿大旅游局的冠名赞助，探路者（TOREAD）、AEE运动摄像机、HTC、REIMA、PICTURE、ELAN、NORDICA也为获奖选手提供了丰富的奖品。

ONA“家”节摄影计划

近日，美国ONA（欧纳）摄影包携手国内知名摄影师徐扬开启了徐扬“心之旅”——“家”节摄影计划。“家”节摄影计划面向大众以家庭为单位征集家庭故事，摄影师会选择10个打动人心的家庭故事，前往其所在的城市，通过影像诠释家的意义，为其留下珍贵的回忆。

详情关注www.onabags.com.cn

法国时尚户外Lafuma，助力第九届G-TEX户外梦想实现

近日，法国户外品牌Lafuma，再次宣布与戈尔特斯户外梦想实现活动携手，为这一久负盛名的户外活动增添不可多得的时尚元素。实际上，自Lafuma品牌2010年底正式进入中国市场以来，已连续4年成为“体验无止境”——戈尔特斯户外梦想实现活动的赞助商。这种坚持不懈的合作，更从一个侧面说明，Lafuma品牌在进入中国后“先做事，后赚钱”的行业使命感。

Columbia无惧风雨，野外深度游

全球户外品牌领导者Columbia经过半个多世纪的不断研发，防水系列产品已成为经典。2015年早春，王牌系列科技Omni-Tech奥米·防水透气夹克以及Outdry立体轻盈防水鞋履抢先上市。它们是高效防水与高舒适性的结晶，享有至高盛誉。Omni-Tech奥米·防水技术抗水外层挡走雨水；再由中层布料的微孔薄膜，阻截水分渗入；加上底层透气物料，同时快速排走湿气，将汗水蒸发及带走，达到防水、防风、透气舒适；再配合全缝线位密封工艺，连拉链处都能做到高效防水。

松下摄像机亮相徕美汇“耀”活动见证4K影像巅峰时刻

时隔三个月，松下再一次将4K影像推向了新的巅峰！2014年12月的徕美汇活动上，松下盛大发表了DMC-GH4、DMC-LX1OO与DMC-FZ1OOO三款旗舰级4K相机。2015年3月的今天，松下再度推出全新4K摄像机HC-WX970/970M、HC-VX870/870M，以及HC-V770/770M、HC-W570/570M、HC-V270与HC-V160等一干新品，震撼全场。

揭秘全球首款360度防水透气户外鞋品科技

对于不断追求高透气性能的户外鞋品行业，鞋底的透气功能，一直都是行业内不断攻坚的难题。作为户外领导者GORE-TEX品牌，针对这一行业难题，推出了全球首款360度防水透气户外鞋品科技——GORE-TEX SURROUND科技。该科技在发布后已连续获得了2014年欧洲户外产业大奖及亚洲户外产业大奖的材料创新奖项。至于为什么要研发这样一款户外鞋品科技，GORE-TEX鞋品全球首席产品官Marc Peikert表示：GORE-TEX鞋品科技的研发策略一直都是着重在如何提高消费者足部的“全天候舒适”。同时我们的关注点不仅仅局限在GORE-TEX薄膜的改进以及鞋品款式设计，而是持续地利用较为广泛以及系统化的方法寻找新的技术亮点。

英国海泰滤镜风光摄影课

3月14日，英国海泰滤镜签约摄影师“网际飞侠”来到深圳，为深圳的影友们带来了一场内容丰富的风光摄影课。通过器材选择与搭配、构图、用光等专业知识，讲解了风光片拍摄的技巧。现场气氛热烈，“网际飞侠”耐心的回答了影友们的问题，并对深圳影友的水平表示认可与赞赏。

室外风光互补系统的动态展示 第7篇

广东科学中心 (简称GDSC) 是广东省政府投资19亿兴建的大型公益性科普教育基地。它位于广州市东南部的小谷围岛西部, 东邻广州大学城, 南、北、西三向面临珠江, 占地45万平方米, 其中建筑占地5万平方米。主体建筑选取富含广州地域特质的木棉花及饱含进取意蕴的舰船造型为创意源点, 构思与结构紧密结合。

广东科学中心于2008年9月建成开放, 其室内展示面积8万平方米, 室外可供展示面积约40万平方米, 目前拥有展品400多项。

2 设计目的

广东科学中心主要通过展示教育向公众反映人类与自然的和谐发展, 科技与社会文明的相互影响和相互促进, 而节能环保正是最合适的展示内容。

目前, 公众在生活中很少有机会接触可再生能源利用、节能与环保方面的知识。虽然不少科技馆展厅都设有能源展示项目, 展示各种能源的利用方式和能源危机问题等, 但是均存在不足, 例如演示系统规模较小, 对公众缺乏吸引力。展项缺乏互动设计, 公众不能直观体会到可再生能源利用与环保之间的联系。

因此, 为响应世界节能环保潮流, 满足国家、社会、公众需求, 在广东科学中心建设一个有影响力的可再生能源示范系统, 以互动参与的方式, 向公众展示人类目前所面临的能源问题及解决的途径, 以美观、直观的方式向公众展示可再生能源的应用前景, 将具有十分深远的意义。

3 设计思路

广东科学中心拥有世界上最大的、占地约40万平方米的室外展览空间, 阳光和空气自然资源丰富, 年平均日照可达1960小时, 而太阳能和风力是目前最具规模化应用前景的可再生能源, 因此我们提出建立一个具有现代气息的室外大型风光互补动态展示项目, 让公众对可再生能源的采集、处理和应用全过程有一个完整的认识。

3.1 太阳能和风能发电

3.1.1 太阳风帆

在广东科学中心室外科学广场的开阔地带, 装备着由BP公司设计和生产的256块高效太阳能电池片组装而成的太阳能双层玻璃模板, 双层玻璃太阳能组件和大型钢结构通过现代建筑技术完美融合, 形成高20米, 直径约30米, 凸现优美弧度的帆面, 因此该太阳能发电装置被形象地称之为“太阳风帆”。太阳风帆作为美学建筑与先进太阳能发电装置的创新性结合, 以灵动的风为设计灵感, 犹如一个远航的风帆, 代表了不断进取, 开拓未来的精神, 给公众留下强烈的视觉享受, 激发其好奇心和求知欲。

延续太阳风帆的展示, 加入导览展示与解说的教育功能。在太阳风帆底下, 设置了几座以绿色能源为内容的信息解说站, 与太阳风帆构成一个整体的展示主题。从人类的认识历程出发, 将太阳太阳能清洁能源联系成一个完整的知识链。此外还设计一些互动展项, 例如触摸感受不同材料对太阳热量吸收的不同;对比不同材质的太阳板 (单晶硅、多晶硅、非晶硅) 及其不同角度收集装置的效率;通过滚珠迷宫形式, 展现太阳能是如何在转化为电能后被人们所利用, 等等。通过这些展项, 力求让公众从对比互动中获得科学的体验。

3.1.2 风光互补发电

在太阳风帆周围安装了六套60W的风光互补路灯, 在天黑或无风时均可发电工作。为了让公众直观看到风光互补的特点, 设计一些电动太阳花。公众可以观察不同天气条件 (如天黑或无风) 下风光互补发电带动多少数量的太阳花进行摆动, 从而了解其实际发电效能。另外还设计人力造风发电来点亮小灯泡, 观察不同风力、风向对发电效率的影响, 力求让公众从对比互动中获得科学的体验。

3.2 电网运行和电力调度

通过科普教育的方式让公众了解输电网络与电力调度的知识, 清楚能源的输送与利用过程, 对于普及节能与环保意识, 建立优化电网结构与充分利用能源资源的思想, 有着特别重要的意义。设计思路如下。

(1) 设计电网运行的动态模拟方案, 演示电压调整和线路故障处理的过程, 将超负荷调节、升降压调节、功率因数调节和低负荷调峰四个电压调整过程设计成为参与性项目, 使电网的运行过程容易被公众理解。

(2) 利用电子显示屏配合电网的模拟装置, 将电力调度的事故处理和甩负荷设计成由公众可以操作的模式, 使公众体会电力调度与工业生产和个人生活的密切关系。在公众可参与的活动中, 还设计启动发电、调节发电功率、改变系统组合运行方式、电网电压调整等项目, 并带语音提示, 生动有趣, 可参与程度高, 没有危险性。

(3) 为配合电网运行的动态模拟和电力调度的实时演示, 设计与发电系统相配套的小型抽水蓄能系统动态模型, 其很好地体现了能量的循环利用。

本设计关键在于构建一个半物理的演示实验平台, 要求模拟电网的各组件要既能反应其基本外貌, 又含有可控电子元器件, 能够接收演示控制系统发出的控制信号实现预设的基本动作。在设计的可参与性项目中, 当公众进行操作时, 操作信号被传送到演示控制系统中, 控制执行事先编好的操作子程序, 发出相应控制信号, 控制具体电网组件执行预设动作。本技术方案得到了华南理工大学电力学院课题组的大力支持, 体现了广东科学中心充分利用了周边的高校技术资源。

3.3 能源的应用

3.3.1 生活中的太阳能产品

(1) 太阳能庭院灯、小型喷泉、音乐组合:组合中每个应用对象都设计为可以根据太阳能的强度而改变的形式。当太阳能风帆发出的电能无法提供足够的驱动能量时, 这些对象都可以发出声音或以显示屏提示:“因为阳光不足, 灯不亮了、喷泉不动了、音乐不响了”。选择这些与人们生活密切相关的事物作为太阳能发电的应用对象, 有利于展示太阳能发电原理和普及新能源利用知识, 激发公众了解新能源发电与利用的兴趣, 有助于推广节能产品的开发与使用。

(2) 太阳能手机充电器:设计一个小型的、美观的太阳能充电站, 可以给公众的手机充电。当太阳风帆的电能无法提供足够的驱动电源时, 可以发出声音或以显示屏提示:“因为阳光不足, 无法充电了”。太阳能手机充电站可以使公众切实感受到新能源的实惠与便利, 从而对新能源留下深刻的印象, 达到普及新能源知识和提倡节能环保的目的。

(3) 太阳能驱动的玩具:设计若干个小型美观的、带卡通形象的电动玩具, 当太阳能风帆的电能无法提供足够的驱动电源时, 可以发出声音或以显示屏提示:“因为阳光不足, 不能陪您玩了”。这种太阳能驱动的卡通玩具, 是从儿童的经验、观察视角以及认知发展的规律出发, 让儿童了解与日常生活和周围世界有关的浅显的科学知识, 扩展对身边及周围科学现象的体验, 从而丰富童年的生活感知和经历, 保持好奇心, 激发想象力和创造力, 引发学习兴趣和探索欲望。

3.3.2 科学中心的实际应用

通过安装在太阳风帆钢结构上的4个功率达6千瓦的并网逆变器, 太阳风帆除了提供草坪灌溉、喷泉装置等使用的清洁电力, 为整个科学中心的空调系统提供充沛的电力来源之外, 还能够最大程度地将生成的多余电能输送到广州城市电网。

太阳风帆每年可生产约3万千瓦时电力, 相当于减少了超过45吨的二氧化碳排放。为了让公众了解太阳风帆的这种节能环保效果, 本项目根据太阳风帆的并网接口和数据通信接口, 设计了数据采集和显示方案。将太阳风帆输出的直流电压、电流, 负载侧电压、电流和逆变器输出电压、电流等数据传送给显示系统, 并计算采用太阳能发电每年可节省燃煤吨数、每年可减排粉尘吨数、每年减排二氧化碳吨数和每年减排二氧化硫吨数, 以实时显示太阳能风帆发出的总功率、在本地消耗的用电功率、送入电网的输电功率和对应的节能环保指标等, 使得公众可以清晰地了解到可再生能源的巨大潜力, 感受使用可再生能源与环境保护之间的联系, 深切体会新能源对未来社会可持续发展的重要性。

4 结语

(1) 太阳风帆以灵动的风为设计灵感, 犹如一个远航的风帆, 与广东科学中心的舰船造型主体建筑完美配合, 形成江边一道靓丽的风景线。

(2) 充分利用室外广阔空间和大自然资源, 建立了一个具有现代气息的室外风光互补电力动态展示项目, 并且将多元的室内展示手法合理移植到户外展示, 为将来的室外展项设计提供了一个很好的范例。

(3) 本项目是一个有影响力的可再生能源示范系统, 通过各种展示手法, 向公众介绍可再生能源的基本科学原理, 展示输电网络的动态运行方式、电力的实时调度过程, 以美观、直观的方式向公众展示可再生能源的应用前景, 引发公众对未来生活方式的思考, 并让公众从互动中获得科学的体验。

风光互补系统的最大功率研究 第8篇

1 系统基本理论

风光互补发电系统主要由风力发电机组、 太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池组、逆变器、直流交流负载等部分组成。系统结构图如图1所示。

1.1 风力机原理

风力发电部分是利用风力机将风能转化为机械能, 然后通过风力发电机转换为电能, 再通过控制器对蓄电池充电, 经过逆变器对负载供电或者直接供直流负载[2]。风轮机产生的功率与风速和发电机转速密切相关, 且在一定风速下存在最佳转速点, 使得风力机的功率最大。因此, 对风能系统而言, 如何根据风速的变化对发电机转速进行控制, 以使风轮机捕获到最大功能, 对风能系统整体效率有很大影响。

风轮捕捉的风能功率为:

式中:ρ为空气密度;S为风轮的面积;υ为风速;ω为风轮旋转机械角速度;λ为叶尖速比;β为桨叶节距角;CP (λ.β) 为风能利用系数也即功率系数;其中CP (λ.β) 反映了风轮机利用风能的效率, 是叶尖速比λ和桨叶节距角β的函数[3]。变速恒频机组正常运行时桨叶节距角β是固定的, 因此, CP (λ.β) 的大小主要决定于λ。由此可见, 在风速确定的情况下, 风轮获得的功率取决于风能利用系数CP (λ.β) 。

1.2 光伏发电原理

光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转化为电能, 然后对蓄电池充电, 通过逆变器将直流电转化为交流电对负载进行供电。

在一定温度、日照条件下, 光伏电池的输出功率具有最大值。发电过程中, 电池的内阻不仅受日照强度的影响, 还受环境温度及负载的影响。要想在光伏发电时得到最大功率, 必须不断改变阻抗的大小, 从而达到光伏阵列与负载的最佳匹配, 实现大电流、高电压的输出, 提高系统的效率[4]。

理想条件下的Ι-V方程为:

式中:ΙS, VS为光伏电池的输出电流和输出电压;ΙSC为短路电流;K为常数;T为温度;q为电子电荷量。

1.3 直流控制中心

直流控制中心就是一个中间连接站, 根据日照的大小和风力的强弱, 调节电能装置。主要是将风轮机和光伏阵列所得到的电能一方面经逆变器送到负载;另一方面将负载多余的电能存储到蓄电池。当发电量不足以供给负载时, 直流控制中心又将蓄电池的电能送到负载, 以平衡整体能量。

1.4 蓄电池

蓄电池主要起到供电平衡的作用。当总体发电量大于负载所需时, 蓄电池储电, 反之则放电。由于风轮机和光伏阵列都可以提供直流, 蓄电池的输入和输出都是直流形式。

1.5 逆变器

逆变器可以有一台或者几台同时组成, 主要是将直流控制中心中的直流电能转换成标准的220 V交流电源, 以供给交流负载, 保证负载的稳定工作。

2 控制原理和方法

2.1 极值法基本原理

风力机的输出功率和光伏阵列的输出功率都有一个最大值, 如图2所示。风力机的最大功率主要取决于CP (λ.β) , 对一个特定风速υ, 风力机只有运行在一个特定转速ω下才会有最高的风能转换效率。而在一定的温度和辐射强度下, 光伏电池也有惟一的最大功率输出点, 因此需要在负载和光伏电池之间加入MMPT装置, 以保证光伏电池始终输出最大功率。

2.2 控制方法

极值搜索法的方框图如图3所示。

式中:ε=±1, 并且K是一个大于零的常数。

极值搜索法是根据泰勒级数将函数fx在xop点展开而得到:

所以只要判断某一时刻功率对时间的导数为正时, 功率应朝着时间的正向移动, 反之则相反, 只有导数对应为零时, 说明功率已达到最大值, 如图4所示。

若undefined, 则改变ε的符号;若undefined, 则保持ε的符号 (y在这里代表的是最大功率Pmax) 。

以风轮机为例, 4种情形如下:

由此可见算法测量的是undefined和undefined, 然而影响系统的是undefined, 由于undefined, 因此以上4种情形可以用下述下公式表达:

该算法动态变化有恒定的斜率, 它可以是正数或负数, 这取决于ΡΤω曲线的斜率。

2.3 控制策略的改进

极值搜索法在系统达到稳定后, 实际中存在着各种干扰或者风速和日照小范围内的波动, 从而引起系统功率最大值的平偏移, 但此时偏移量往往很小, 在原系统功率最大点附近移动, 若此时重新进行初始化搜索, 则系统将会产生不必要的波动, 影响发电系统性能, 由于此时的功率值只有很小的偏差, 可以满足系统要求, 所以此时最好采用“不行动”的方式, 让系统稳定运行。

改进法:在式 (2) 的情况下, 可以设置一个迟滞区ζ, 当原有功率值ΡΤ与功率检测机检测出的新的功率值ΡΤ′产生偏差时, 若|ΡΤ′-ΡΤ|<ζ时, 对其采取“不理”的态度;若|ΡΤ′-ΡΤ|>ζ时, 则重新初始化后, 用极值法进行搜索。ζ可以根据要求进行调节, 以致能够更好地进行控制, 预防不必要的干扰。

3 仿真结果

根据极值搜索法原理, 在Matlab上进行仿真研究, 如图5所示。

试验中的发电机的额定功率ΡΝ=4.2 kW, 额定电压UΝ=220 V, 额定转速nΝ=1 500 r/m, 启动的初始状态为开路 (Uoc=220 V, ioc=0 A) 。仿真条件所需测得的参数有iSA, vSA和PSA:图6中, PSA是功率曲线;ISA是电流曲线;VSA是电压曲线。测得:PSA=3 500 W左右, VSA从220 V降到165 V左右, ISA从0上升到21 A左右。由图6可知, 启动的初始状态为开路, 在瞬态时, 电压VSA随着功率PSA的增加而减小。由于功率随时间的变化是正的, 所以触发器的输出基本不变。系统状态的第一次改变, 如电压斜率的改变是在功率第一次达到最大值时。当输入量发生变化时, 功率的最大值也会发生改变, 经过极值搜索法的控制后可以达到最大值, 满足所需要求。

4 结 语

通过对风光互补系统中最大功率捕获原理的分析, 提出了用极值搜索法来获取最大功率的方法。针对该方法分析了其基本理论、结构设计和仿真验证的可操作性。通过极值搜索控制方法, 能很好地捕获能量并保持在稳定状态, 验证了该方法的可行性。

参考文献

[1]程军.风光互补智能控制系统的设计与实现[D].北京:中国科学技术大学, 2009.

[2]肖运启, 徐大平, 吕跃刚.双馈风电机组一种新型模糊最大风能追踪控制[J].华北电力大学报, 2009, 36 (6) :1-7.

[3]王宜庚.极值搜索法在数字相关性计算中的应用[J].解放军理工大学学报, 2004 (2) :100-102.

[4]茆美琴, 余世杰, 苏建徽, 等.风/光复合发电系统变结构仿真建模研究[J].系统仿真学报, 2003, 15 (3) :361-364.

[5]凌禹, 张同庄, 邱雪峰.直驱式风力发电系统最大风能追踪策略研究[J].电力电子技术, 2007, 41 (7) :1-5.

[6]FU Lina, OZGUNER Umit.Extremum-seeking control inconstrained source tracing with nonholonomic vehicles[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2009.56 (9) :102-103.

[7]茆美琴, 何慧若.风光复合系统的发电设计[J].自然科学报, 2001, 24 (6) :1036-1041.

[8]ZHANG Chun-lei, ORDONEZ Raul.Robust and adaptivedesign of numerical optimization based extremum seekingcontrol[J].Automation, 2009.45 (3) :261-264.

[9]杜荣华, 张婧, 王丽宏, 等.风光互补发电系统简介[J].节能, 2007 (3) :36-40.

[10]PAN Yaodong, OZGUNER Umit.Discrete-time extremunseeking algorithms[C]//Proceedings of American ControlConference.Anchorage, AK:[s.n.], 2002:3147-3151.

风光互补发电系统研究综述 第9篇

能源与环境问题是当今世界所面临的两大主要问题, 并日益引起了社会的广泛关注。用洁净的可再生能源取代常规能源, 是世界能源发展的必然趋势。风能和太阳能作为一种天然能源, 以其蕴藏量丰富, 清洁无污染, 可开发利用而受到世界各国的高度重视。我国地域辽阔, 风能资源十分丰富, 仅次于俄罗斯和美国, 居世界第三位。风力发电走向规模化应用是在20世纪90年代以后, 风力发电的装机容量开始以每年平均20%以上的速度增长, 已成为世界上各种能源中增长最快的一种。我国太阳能资源也非常丰富, 理论储量达每年1.7104亿吨标准煤, 大多数地区年平均日辐射量在每平方米4千瓦时以上。

风能和太阳能是目前全球在新能源利用方面最具规模化和最成熟的发展行业, 它们都是无污染的、取之不尽、用之不竭的可再生能源, 且成本低、效率高。但单独的风能和单独的太阳能利用都存在各自的弊端, 众所周知, 风能和太阳能在时间和地域上存在着天然的互补性, 若将这两种新能源有效地结合利用, 可弥补风力发电和太阳能光伏独立发电系统各自在资源上的缺陷, 既实现了供电的稳定性和可靠性, 又降低了发电成本。风光互补发电系统就是将风力发电和光伏发电组合起来所构成的发电系统。但最初的风光互补发电系统, 只是简单地将风力发电系统和太阳能光伏发电系统组合在一起, 由于技术等方面的原因, 使其没有得到很好的发展。近几年, 随着风力发电技术和太阳能光伏发电技术的日臻完善, 为风光互补发电系统的发展及推广奠定了坚实的基础。因此发展风光互补发电具有十分广阔的发展前景, 并已受到了许多国家的关注与重视。

2 风光互补发电系统的构成

风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载等部分组成。风光互补发电系统结构图如1所示。该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。

该系统可以划分成4大环节, 即发电部分、储能部分、控制部分及逆变部分。

2.1 发电部分

风力发电机组和光伏电池组件是该系统的发电部分。风力发电部分是先利用风力机将风能转换成机械能, 再通过风力发电机将机械能转换成电能;光伏发电部分是利用太阳能电池板的光生伏打效应, 将光能转换成电能。在风光互补发电系统中, 风能和太阳能可以独立发电也可以混合共同发电, 具体要采用哪种发电形式, 主要取决于当地的自然资源条件和发电的综合成本这两方面。通常情况下, 在风能资源较丰富的地区宜采用风能发电, 而在光照较好的地区宜采用光伏发电。就成本而言, 风能发电的综合成本要远低于太阳能光伏发电的综合成本。因此, 根据风能和太阳能在时间和地域上的互补性, 合理地将二者进行最佳匹配, 既可实现供电的可靠性, 又降低了发电系统的综合成本。

2.2 储能部分

由于风能和太阳能的不稳定性和间歇性, 供电时会出现忽高忽低、时有时无的现象。为了保证系统供电的可靠性, 应该在系统中设置储能环节, 把风力发电系统或太阳能发电系统发出的电能储存起来, 以备供电不足时使用。目前, 最经济方便的储能方式是采用铅酸蓄电池储能, 在系统中蓄电池除了将电能转化成化学能储存起来, 使用时再将化学能转化为电能释放出来外, 还起到能量调节和平衡负载的作用。

2.3 控制部分

控制部分主要是根据风力大小、光照强度及负载变化情况, 不断地对蓄电池组的工作状态进行切换和调节。风光互补控制器, 是整个系统中最重要的核心部件, 一般采用PWM无极卸载方式对蓄电池进行管理与控制。一方面把调节后的电能直接送往直流或交流负载;另一方面把多余的电能送往蓄电池组储存起来, 当发电量不能满足负载需要时, 控制器把蓄电池储存的电能送给负载。在这个过程中, 控制器要控制蓄电池不被过充或过放, 保护了蓄电池的使用寿命, 同时也保证了整个系统工作的连续性和稳定性。

2.4 逆变部分

由于蓄电池输出的是直流电, 它只能给直流负载供电。而实际生活和生产中, 用电负载有直流和交流负载两种, 当给交流负载供电时, 必须将直流电转换成交流电提供给用电负载。逆变器就是是将直流电转换为交流电的装置, 它也是风光互补发电系统的核心部件之一, 系统对其要求也很高。同时逆变器还具有自动稳压的功能, 可有效地改善风光互补发电系统的供电质量。

3 设计风光互补系统应注意的问题

风光互补发电系统是风力发电和太阳能光伏发电二者的完美结合, 但由于这两种能源都受气象条件的影响, 因此在进行风光互补系统设计时应注意以下几点问题。

(1) 由于风能和太阳能具有不确定性和间歇性, 因此会导致发电与用电负荷间的不平衡问题。为了保证系统供电的不间断性和稳定性, 风光互补发电系统中必须设置蓄电池进行储能。由于蓄电池只能承受一定的充电电压和浮充电压, 过充和过放都会对蓄电池造成严重的危害, 从而影响蓄电池的使用寿命, 这样不但降低了系统的可靠性, 也提高了整个风光互补发电系统的运行成本。所以如何延长蓄电池的使用寿命, 是风光互补系统中比较关键的问题。

(2) 风光互补系统受气象条件影响较大, 因此要充分调研安装地区的光能和风能资源以及当地的负荷情况, 选择合适的发电形式:或以风能为主, 光伏发电为辅;或以光伏发电为主, 风力发电为辅。选择最佳的容量配比, 降低系统的投资成本和综合造价。

(3) 风能和太阳能在时间和地域上存在互补, 这就要求能够控制这两种发电系统的能量输出, 使其能够向负载输出最大功率。

(4) 目前, 我国风光互补发电系统主要采用直流母线, 但在日常生活和生产中, 大多数负载为交流负载, 所以若给交流负载供电时, 就要利用逆变器将太阳能电池组件产生的直流电或蓄电池释放的直流电转化为负载所需要的交流电。逆变器是风光互补发电系统的关键部件, 系统对逆变器的要求很高, 功能强大的逆变器应具有数据采集, 系统保护, 效率追踪, 通讯, 高可靠性等功能。如果在并网系统中, 要求逆变器具有同电网连接的功能。目前, 国内对逆变器的研究尚处于探索阶段。

4 风光互补发电系统的应用前景

为了推动我国节能环保事业的发展, 促进资源节约型和环境友好型社会的建设, 政府不断推出扶持政策来促进风光互补发电系统的发展, 在我国主要应用在以下几个领域。

4.1 偏远农村的生活、生产用电

我国农村人口数量较多, 目前一些较偏远的地区, 还没有用上电。而这些没有供电的地区, 其风能和太阳能的资源又十分丰富, 若利用风能和太阳能进行发电, 即可解决广大偏远地区农民的日常生活和生产用电。因此, 在偏远农村发展风光互补发电系统具有十分深远的意义和广阔的发展前景。

4.2 LED路灯照明系统的应用

在能源和环境日益紧张的背景下, 传统的路灯照明技术已不再适应绿色清洁能源的发展理念。风光互补照明系统是利用自然风和太阳光作为能源, 目前, 风光互补照明系统在城市建设项目中的应用已成为一种趋势, 越来越被人们所接受, 并得到了快速的发展。

4.3 高速公路监控系统的应用

高速公路上的监控摄像头一般都是全天24小时不间断运行, 常规的电网供电存在耗电多、成本高、维修量大等诸多缺点。若将风光互补发电系统应用在高速公路的监控系统中, 既节能又降低了系统的综合成本。

4.4 航标上的应用

风光互补发电系统是结合风能和太阳能这两种可再生清洁能源而实现的发电系统, 具有节能环保、免维修、使用方便等优点, 符合航标能源的应用要求。事实证明, 风光互补发电系统在航标上的应用效果十分明显。

4.5 抽水储能电站中的应用

风光互补抽水蓄能电站是利用风能和太阳能发电, 不经蓄电池而直接带动抽水机抽水蓄能, 然后利用储存的水能实现稳定发电。可以有效地解决某些地区的小型水电站冬季不能发电的实际问题, 该系统特别适合应用于电网难以覆盖的边远地区。

4.6 通信基站中的应用

我国有许多山区和海岛, 它们所处之地远离电网, 但由于当地旅游业、渔业、航海等许多行业都需要有通信联系, 要求建立通信基站。若采用常规的电网供电方式, 不但施工维修困难, 而且可靠性不高, 所需成本巨大。风光互补发电系统适合应用于通信基站供电, 可以经济有效地解决上述存在的诸多问题。

5 结束语

相对于单一的风力发电或太阳能光伏发电, 风光互补发电实现了风能和太阳能的有效结合利用, 可实现系统供电的不间断性。目前, 风光互补发电技术的研究仍在不断深入, 随着其技术的日益成熟与完善, 风光互补发电必将成为未来最具潜力、最有开发利用价值的发电模式。

摘要：风能和太阳能是地球上取之不尽, 用之不竭的绿色、清洁可再生能源。综合利用风能和太阳能资源, 发展风光互补发电技术已成为新能源领域研究和发展的趋势。风光互补发电系统就是将风力发电和太阳能光伏发电组合起来所构成的发电系统, 主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载等部分组成。阐述了风光互补发电系统的构成及其各部分特点, 提出了系统设计中应注意的几点问题。

关键词：风能,太阳能,可再生能源,风光互补发电

参考文献

[1]2008年中国太阳能光伏发电产业分析及投资咨询报告中国投资咨询网, 2008.

[2]普子恒, 倪浩, 黄杨珏.科学探讨与知识创新[J].2009, (6) .

风光供电系统 第10篇

西南地区很多地处山区的基站由于地理环境恶劣, 市电条件差, 电缆铺设距离远, 小水电多, 枯水期较长, 造成维护用油运输成本大, 动力系统运行和维护成本高、维护量大。为了提高网络的可靠性, 某通信运营商在此地区选取若干基站, 安装了基站专用风光供电系统进行试点。本文选取了三个试点站进行分析。三个试点基站的负载和风光供电系统配置基本概况见表1。

2 试运行风光供电系统的技术和成本分析

2.1 风光供电系统的运行状况

基站一风柴互补供电系统试运行一年多来, 发生的情况有:柴油机投入运行次数为4次;在大风情况下, 其中1台风机的拉索螺栓没有拧紧, 长时间运行后松开导致支架裂开;柴油机在寒冷天气启动较为困难;风机发电机组与油机倒换系统不匹配, 有时不能正常倒换。

基站二和基站三的风光控制器本身具备485通信接口, 但还没有在监控软件平台进行调试。

系统运行基本稳定。

2.2 试运行风光供电系统的成本分析

本节将从原有供电系统和风光供电系统的建设成本和维护成本出发, 分析风光互补供电系统经济方面的可行性。传统供电和风光供电系统成本对比详见表2。

3 可推广性分析

3.1 本地区风能和太阳能资源情况简述

由于本地区地理环境复杂多变, 气候的垂直、水平差异很明显。日照量自北向南递增, 北部山地年日照时数约在1600~1800小时, 而中南部可达到2400~2600小时。

风向与地形关系密切, 多数县风向有季节变化。雨季风小, 干季风大。雨季平均风速各地多小于2米/秒, 2~4月平均风速各地多大于2米/秒, 有些地区可达4~5米/秒。从风力分布图上可以看出, 此地区约1/2的地区全年风速大于3m/s的时间为2000~3000h, 约1/2的地区有效风功率在50~100W/m2。

可见本地区的风、光资源较为丰富, 适合风光供电系统的使用。

3.2 经济性分析

根据国内风光供电的实践经验来看, 在年平均风速5.5m/s以上, 有效光照时间3.5h/day的站点, 风光配比为8:2时整个系统成本较低, 其中风力发电成本约为0.7元/度, 光伏发电成本约为3元/度, 风光互补系统折算每度电1.16元。

从图1可以看出, 风光供电系统的建设成本太大, 基本是引入市电建设成本的2倍以上;风光供电系统的维护成本是市电供电系统维护成本的30%~70%;供应每千瓦电量需要的太阳能发电系统投资比风力发电系统要多。

由于风柴互补供电系统试点的基站较为特殊, 因此无法得出三种组合的供电方式的经济性上的优劣。

3.3 大规模推广风光供电系统遇到的问题和相关建议

由于各个站点的自然环境和周边地理条件不一样, 与风光供电系统相关的技术参数如风速、有效风功率、日照量、海拔等差别甚大, 且获取这些参数的时间周期长, 难度大。因此, 建议在各个站点安装配有监控接口的风速仪等测量设备, 实时将现场测量数据传到监控中心, 然后提取相关数据进行处理后得到各个站点风速频率图, 最后根据各个基站的市电供电状况、维护量、维护成本、当地风能资源和太阳能资源以及负载特征等配置风光 (风柴、风光柴市电) 互补发电系统。

由于风能和太阳能属于新能源, 一次性投入高, 投资风险大。可以考虑采用租赁的方式, 与有租赁资质的第三方签订租赁协议, 分期支付设备租赁费, 分摊成本。

3.4 结论

由统计得知, 此地区经常和长期停电基站数量达200多个, 这大大降低了网络质量, 且维护成本高、维护难度大。

一般地, 满足以下条件推荐使用风光互补供电系统:

(1) 无市电, 或者市电为四类市电, 无法满足通信设备供电需求的基站;

(2) 如果新建基站的市电引入距离较远, 市电引入费用达到 (或者超过) 风光互补电源系统总投资的70%时, 推荐采用风光互补电源系统。

(3) 有市电、设备实际功率不大于1000W, 且是市电引入距离达到4km的基站。

(4) 对于直放站, 如市电引入距离大于2km, 推荐采用风光互补电源系统。

结合目前正在试运行的三套风光供电系统的使用大大节省了维护人员的工作量和维护成本, 同时也提高了局部网络质量。而且应用风、光新能源在基站供电及节能减排方面产生良好的效果。

技术方面, 参照目前正在试运行的风光供电系统运行情况可知, 采用风光供电系统可以很好的弥补原有供电系统不稳定、维护成本高、维护量大等缺陷, 提高了网络的可靠性。

成本方面, 风光供电系统的建设成本太大, 基本是引入市电建设成本的2倍以上;但是风光供电供电系统的维护成本是市电供电系统维护成本的33%~70%;长期来看, 可在5-15年内收回整个风光供电系统的投资成本。同时, 从前面的分析可以得出, 供应相同单位的电量需要的太阳能发电系统投资比风力发电系统要多。

节能减排方面, 按每千瓦时平均耗标准煤330克计算, 供应功率为1k W的基站用电的风光供电系统每年可减少排放的应用将减少6.1吨CO、SO和灰渣的排放量, 社会效益非常显著。

综上所述, 在电网不稳定, 维护成本高的站点推广使用风光互补供电系统, 在降低网络运营成本的同时可以提高网络运行质量, 并将在很大程度上降低通信网络对电网的依赖并增强抵抗电力故障的能力, 可以使移动边际网的网络覆盖与运营扩展更为深入, 促进能源结构向绿色、洁净、环保的方面发展, 取得良好的经济效益和社会效益。

另外需要指出的是, 由于各个地区的风力资源和太阳能资源差异较大, 在确定采用哪种新能源供电方式及配置风力发电机组和太阳能光伏机组时, 应实事求是, 因地制宜, 根据实际情况来决定具体的供电组合方式。

参考文献

无限风光在险峰 第11篇

轿顶山适合什么车型？

轿顶山与牛背山相比，相对要容易一些。但注意，我这里说的是“相对”。从成都至汉源乌斯河，要经过雅西高速和乡村道路，路况良好，一般的轿车都能跑；但到达皇木乡以后，立刻变成和牛背山一样的矿山道路，长达30多公里。虽然稍高一点的轿车跑慢一些也没有问题，我还是建议驾驶专业SUV。

本次驾驶的是大众途锐，车身宽大，又带有4 Motion和低速智能越野模式，这样的道路基本不在话下。轿顶山道路相对牛背山来说平缓一些，危险系数较低，但狭窄的道路只能容纳单车通过，遇见错车时只能倒至较宽的路面让行。一侧是峭壁，一侧是悬崖，驾驶起来格外小心。

为了拍摄云海连夜上山

我赶到皇木乡已经是傍晚了，面对渐暗的天色和狭窄的矿山道路，我也不免心里发虚。如果第二天上山，也许会赶不上云海日出，况且大众途锐的安全系数我还是放心的，因此我决定冒险上山。

果然，面对狭窄的碎石颠簸路面，途锐表现得像一艘大船一样稳定。我将底盘高度升高至越野模式，很多较深的车辙印子就不会刮蹭底盘了。走到半山腰，我钻进了云里，潮湿的雾气加上淅淅沥沥的小雨让路面变得泥泞不堪，而4 Motion无论是在碎石、细沙，还是泥泞路况上都能应对自如。

我距离山顶还有大约15公里时，天已经全黑了，云雾时有时无，星星依稀可辨。拍摄星星我耽误了大量的时间，到达山顶已经是夜里10点多了。山顶1号营地说是营地，其实就是一个大平台，居然被一道栏杆隔着，我心头有些失望。

守山大爷值得点赞

找个安全地点停车安营扎寨，在夜里趁着车灯倒也难度不大，可是食物让我犯起了难。正在这时，突然听到一声洪亮的声音：“你在那里扎营干啥？还不快开过来！”

我被吓了一跳，在夜晚在海拔3000多米的深山里居然还有人影，实在是诡异。用手电筒一晃，有个老大爷径直向我走来，我握紧了手里的棍子，以防万一。大爷走近我说，他在这里孤身一人守山，周末会有驴友来此地，但在深夜里上山的他还头一次见。他说：“晚上你看不见，这里停车不安全，一脚下去就是悬崖！我把栏杆打开你把车开进来！”

我停好车，走进大爷的小石屋，他估计看出了我的饥饿，就给我煮面，炒腊肉。我陪着大爷喝酒聊家常，心里的戒备也彻底放松了。

第二天一早，云海日出如约而至。“会当凌绝顶，一览众山小。”如果当时李白来到这里，估计会写出更壮丽的诗篇。而这种战胜困难站在高处的心情，估计只有亲自驾驶过、经历过这些故事的自己才能体会了。

风光储混合系统的协调优化控制 第12篇

风能和太阳能具有储量丰富、无污染、可再生等优点,但是,风力发电和太阳能发电具有间歇性和随机性的特点,会导致电网电压的波动,同时风光联合发电系统输出功率过大,超过负荷要求时,会导致系统频率上升等问题。在直流母线或者交流系统中配备一定的储能,可提高电网运行的安全性和稳定性。

电力系统中的储能技术形式多样[1]。文献[2]提出利用超级电容器平抑风电场功率波动,但超级电容器价格昂贵,其容量在满足要求的情况下很不经济。文献[3]比较了不同的储能在改善风电场输出中的应用。目前对间歇式新能源输出功率的平抑控制,主要有2种方式:一是通过直接控制分布式电源本身,改善其输出功率特性,如文献[4]提出通过风力机桨距角控制减缓其输出功率波动性;二是通过一阶固定时间常数滤波,文献[5]提出了加入电池荷电状态(SOC)反馈控制的一阶滤波控制方法来平抑风电场的功率,文献[6]采用飞轮储能平抑短周期内功率波动,采用了随机动态优化控制的一阶滤波。本文针对风光联合发电系统输出功率变化大、变化频繁的特点,采用多元复合储能技术[7],将具有快速响应特性的储能系统和具有大容量储能特性的储能系统联合使用以平抑功率波动,这不仅可以优化储能系统的运行,延长系统寿命,而且可以使系统获得更好的技术性能和经济指标。其中,铅酸蓄电池技术成熟、价格便宜、蓄电容量较大、充放电周期较长,但是不能频繁地充放电,适合稳定数分钟至几十分钟内的长周期、大容量的功率波动。超级电容器充放电电流较大、充放速度很快、寿命长(可达100万次以上),但一般容量较小,非常适合需要短时频繁充放电的场合。因此,本文采用铅酸电池和超级电容器组成的混合储能系统合理搭配,分别平抑长周期和短周期的波动。

1 风光储系统构成与元件控制

本文中的风光储混合系统主要包括风力发电和光伏阵列,以及由蓄电池和超级电容器组成的储能系统,整个系统结构如图1所示。

光伏电池采用最大功率点跟踪(MPPT)控制,经过MPPT控制后输出的直流电经过并网逆变器接入到三相交流电网中[8]。永磁直驱风力发电系统[9,10]将捕获到的风能转化为频率、幅值变化的三相交流电,再经过转子侧整流器、网侧逆变器两级背靠背交直交变流器变换成与电网同步的三相交流电后接入电网。储能元件并网系统均采用直直双向变换电路和直交逆变电路两级控制结构,这种结构的优点在于:功率流动方向和大小与功率并网输出分别由前后两级独立控制,控制器设计简单。前级DC/DC双向变换电路控制储能充放电功率的大小和方向,后级并网逆变器将直流母线上的直流电逆变成与电网同步的交流电,同时实现直流母线电压的稳压功能。

蓄电池模型用经典的CIEMAT模型[11],主要由电压源和一个可变内阻2个参数来描述电池特征。超级电容器的模型[12,13]采用一阶线性RC模型,等效电路包括理想电容器、等效串联内阻(ESR)、等效并联内阻(EPR)。对于分布式储能单元,所有元件都通过双向DC/DC变换电路[14,15]与直流母线相连,主要功能是控制储能单元功率的双向流动。分布式发电单元直接输出的或经过整流后的直流电,以及储能单元经过DC/DC级控制后的直流电,都要经过并网逆变器接入电网。并网逆变器的控制采用基于d轴电网电压定向的矢量控制[16],其作用为控制直流母线电压的恒定以及输入到电网的无功功率,能实现逆变器输出的有功、无功功率解耦控制。

2 储能装置的优化控制

采用蓄电池和超级电容器复合储能平抑风光联合发电系统的输出功率波动过程分为2级:第1级为用超级电容器平抑几秒至几分钟内的高频波动部分;第2级为用蓄电池平抑几分钟至几小时内的中频波动部分,使得最后电网的总输入功率平稳。具体控制过程如图2所示。将风光联合发电系统总输出功率经过超级电容器惯性环节(相当于低通滤波器)滤除功率高频波动部分,产生过渡目标值,利用电力稳定化目标值和风光联合发电系统输出的差值,生成波动成分的反相波形的充放电指令ΔP′,指令值经过最大功率限制控制环节后,发给超级电容器的双向变换器。超级电容器按照此指令通过充放电发出或者吸收功率,使得合成总功率相对平滑,超级电容器和风光联合发电系统总合成功率再按照上述过程,经过蓄电池环节的平抑,使得最终输入到电网的功率满足并网要求。

为了节省储能设备的容量,优化储能设备的运行,同时保证各种储能设备都在合理的范围内运行,在利用储能平抑功率波动控制过程中,本文提出最大功率限制控制和变时间常数控制。

2.1 最大功率限制控制

为了保护储能设备,防止过度充放电,对充放电功率进行了上下限的限制,即在惯性过滤器外部设置充放电指令的阈值。如图3所示,在储能元件电量较少时限制其放电功率,达到电量下限时停止向外放电,而储能剩余电量较多时,限制充电功率,达到电量上限时,不再向其充电,从而达到在保护储能装置和双向变换器的同时,最大限度地维持平抑效果。

2.2 变时间常数控制

电力波动的大小通常决定了充放电指令值ΔP的大小。根据ΔP的大小,改变惯性环节的时间常数Tf,不仅可以补偿较宽频带的输出波动成分,还可减少系统对储能容量的需求,提高风光储混合系统的技术性能和经济性。

根据控制理论,延长惯性环节的时间常数Tf,会使输出功率更平稳,而另一方面,也会使滤波后的总功率对原始风光联合发电系统输出追踪性下降,且需要的储能系统容量也会增大。相反,缩短时间常数Tf,滤波后的总功率对原功率的追踪性会更好,储能元件所需容量也将减少,但滤波平抑后功率的平稳性可能会变差。可以有效地利用此特性,根据输出波动的大小不断调整过滤器的时间常数。

2.2.1 超级电容器的惯性时间常数设计

超级电容器充放电速度很快,其瞬时功率可以很大,但由于其价格昂贵,其容量设计不能太大。当输出波动很大时,超级电容器所承担的功率波动大大增加,容量需求增大。为限制其容量增加过多,在输出波动较大时减小时间常数,以减少其容量的增加,因此将超级电容器的时间常数Tf1设计成按充放电指令值ΔP1的指数形式递减。当风光联合发电系统功率波动增大时,指令值ΔP1也增大,此时Tf1减小,从而达到限制所需补偿电力ΔP1大幅增加。超级电容器的惯性环节时间常数的设计如下:

式中:Tf1为超级电容器滤波环节的惯性时间常数;ΔP1为超级电容器的充放电指令值;A和B为变时间常数控制参数。

由于超级电容器一般用于平抑几秒到一两分钟内的功率波动,Tf1一般控制在120s以内。

2.2.2 蓄电池的惯性时间常数设计

当输出波动较大时,需要储能装置对输出进行的补偿也大,所以需增大时间常数后再进行稳定化控制。当输出波动较小时,需缩短时间常数,将电力补偿限制在允许的最低限值,这样既提高了风力发电机输出的稳定化目标值的追踪性,又节省了补偿电力。因此,蓄电池的时间常数设计成与充放电指令呈正比关系:

式中:Tf2为蓄电池滤波环节的惯性时间常数;ΔP2为蓄电池的充放电指令值;C为控制参数。

一般蓄电池用于平抑几分钟到几十分钟内的功率波动。

3 变时间常数控制中参数优化计算与储能容量确定

在分布式电源出口安装储能装置能够有效减小功率波动,然而储能系统的成本比较昂贵,实际上只能利用有限容量来优化分布式电源的功率输出。因此储能装置容量的设计[17],既要使功率输出满足并网技术标准,又要降低有效容量以降低成本。储能容量及变时间常数控制中的参数受到多方面的综合影响,不同的混合式系统功率波动特性不同,所接入的电网特性也不同,因此要针对具体的分布式系统进行具体分析。

本文采用2个低通滤波器来分别滤除不同时段内的波动,根据图2,超级电容器发出的功率离散表达式为:

超级电容器输出电能随时间变化为:

则需要的超级电容器容量为:

式中:ΔT为采样时间间隔;PDG(n)和PUC(n)分别为总的分布式电源和超级电容器在时刻n发出的功率;EUC(n)为超级电容器到时刻n放出的总电能。

用超级电容器滤除高频波动部分后的输出功率为:

同样的,对于蓄电池,有

需要的蓄电池电能容量为:

根据电力公司的发电计划,以及新能源输出技术标准,利用储能装置对功率进行平抑后,要求1min内最大功率波动不超过额定功率的2%,30min内不超过10%。同时,考虑到经济性,为了减小储能设备容量,允许在一定概率下对于某些极端的情况可不满足并网标准。因此,约束条件为:

式中:D1为输入到电网功率满足1min内功率波动要求的概率;D2为满足30 min并网要求的概率;D1ref和D2ref为设定的期望满足概率。

同时考虑到蓄电池的爬坡率,有

式中:i=1,2,,n-1;ΔRPLBmax为蓄电池的最大爬坡率。

要优化的目标函数为:

式中:pUC和pLB分别为超级电容器和蓄电池的价格。

本文调用粒子群优化(PSO)算法解决上述优化问题。待优化的参数为A,B,C,Tf1_min,Tf1_max,Tf2_min,Tf2_max。优化出上述参数后,就可以确定满足一定条件下所需要的超级电容器和蓄电池的容量。上述计算得到的容量是针对某时间段内具体的自然条件下需要的储能容量,对于实际系统,容量确定可以按照以下方法:从风光联合发电系统运营历史数据中,抽取若干典型季节与典型气候的一整天功率输出监测数据,然后计算出变时间常数控制中的各控制参数和蓄电池、超级电容器的大致容量,再将计算得出的若干个容量取平均值确定初始容量,用实际数据进行物理动态仿真,加以修正。

4 算例仿真分析

为验证混合储能系统在风光联合发电系统功率波动平抑中的有效性,在MATLAB/Simulink环境下建立了如图1所示的风光储系统模型并进行了仿真。考虑到本仿真系统的复杂性,加上都是运用详细的电力电子器件所搭建的精确模型,仿真步长设置为10μs,而为了观察平抑波动后30min内的最大功率波动情况,仿真时间最好在1h以上。为了解决这个矛盾,将仿真时间单位设置成2min,即在Simulink环境下仿真1s相当于实际系统中的120s,本质为将实际系统过程在仿真中加快到120倍,这样对2h的仿真可以缩减到对60s的仿真。设置如下:系统中的电压、电流、功率为瞬时值,时间单位的改变对其无影响,只影响电能,时间单位改变后若仿真时间为t,实际时间为t1,则t1=120t。对于超级电容器,有

对于蓄电池,有

根据式(14)、式(15),将模型中电容、电感值缩小为原来的1/120,荷电量ESOC积分式前乘以系数120。仿真模型中相应的时间常数单位也为2min,即其数值均变为原来的1/120。由于仿真步长为10μs,这样设置后仿真结果仍可以精确到毫秒级,对于2h长的仿真,这个精度已十分精确了,因此这种设置并不会影响仿真的正确性和精确性。

仿真参数为:电网低压端电压400V;同步风机容量75kW;额定风速11 m/s;光伏阵列额定功率32.5kW;额定光照强度1 000 W/m2。假定在2h内风速和光照强度变化如图4所示(仿真时为适应时间坐标变换,输入数据时对实际数据做了相应的比例变换,即将实际2h的数据采样间隔缩小后变成60s数据输入到仿真系统中)。

基于上述数据进行仿真,得到分布式电源的总输出功率数据,以1s为采样间隔进行采样得到离散功率数据PDG(0),PDG(1),,PDG(7 200)。

基于风光联合发电系统总输出功率数据,按第3节的方法,调用PSO算法进行优化,计算各个变时间常数控制参数和所需的超级电容器和蓄电池的容量,其中蓄电池的价格为25美元/(kWh),超级电容器的价格为85美元/(kWh),得到结果如表1所示。

与不加变时间常数控制时结果比较。如表2所示,固定时间常数的选取仍然通过第3节所用方法调用PSO算法得到,优化函数和约束不变,将其中的变时间常数变为固定时间常数,优化变量为Tf1和Tf2,保证选择的固定时间常数Tf1和Tf2为经济性最优的一组固定时间常数。

比较表1、表2的结果可以发现,在并网性能相同时,加入变时间常数控制后,超级电容器和蓄电池的容量都有所减小,储能系统总成本降低。

基于上述优化结果,选取在100%满足并网标准技术指标情况下的变时间常数控制参数,并确定储能元件的容量如下。单体蓄电池规格:电压2V,容量320Ah;串联数50;并联数3。超级电容器:电容120F;并联数8。容量0.8kWh;最大输出功率35kW。

对优化结果进行仿真验证,得到仿真结果见图5图8。

从图5看出,风光联合发电系统在未加储能装置时输出功率剧烈波动,通过超级电容器很好地滤除了短周期波动,再经蓄电池补偿,注入到电网的功率平滑很多。图6也显示注入到电网功率10 min内波动远小于额定功率的2%,30min内波动限制在10%以内,验证了本文功率平抑控制的有效性。图7中超级电容器的电能变化1.31kWh,与计算结果基本相符,验证了模型的正确性和采用变时间常数可以有效减小储能容量,同时看到图8中蓄电池功率方向改变次数即充放电循环次数已很少,可以很好地延长其使用寿命。

5 结语

本文通过建模仿真,验证了储能系统在改善风光联合发电系统输出、平抑输出功率波动方面的应用。采用蓄电池和超级电容器复合储能既减少了蓄电池充放电次数,又减小了超级电容器容量,从而达到优化储能系统的运行,提高储能系统寿命,实现整个系统的经济优化的目的。通过采用最大功率限制控制策略保证储能在合理、安全的范围内运行,保护储能装置。通过采用可变时间常数控制,实现了在保证风光联合发电系统技术指标的前提下,尽量追踪新能源的输出功率,优化储能设备的输出,减小储能设备的容量,最终达到整个系统的高效、经济、稳定可靠。这种采用一阶滤波时间常数可变的方法,在现有工程如张北风电场、西目案例中均有所提及,但缺乏一套具体的变时间常数控制方法。本文对系统进行了详细的电磁暂态模型仿真验证,证明了文中提出的变时间常数控制方法在减小储能容量、优化系统运行方面的有效性。