風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)

發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)01簡介結(jié)構(gòu)發(fā)展過程應(yīng)用前景目錄03020405解決方案發(fā)電分析總結(jié)互補(bǔ)控制目錄070608基本信息能源是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活必須的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。在過去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然氣等化石燃料基礎(chǔ)上的能源體系極大的推動了人類社會的發(fā)展。但是人類在使用化石燃料的同時，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)系統(tǒng)破壞。近年來，世界各國逐漸認(rèn)識到能源對人類的重要性，更認(rèn)識到常規(guī)能源利用過程中對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的破壞。各國紛紛開始根據(jù)國情，治理和緩解已經(jīng)惡化的環(huán)境，并把可再生、無污染的新能源的開發(fā)利用作為可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是利用風(fēng)能和太陽能資源的互補(bǔ)性，具有較高性價比的一種新型能源發(fā)電系統(tǒng)，具有很好的應(yīng)用前景。簡介簡介風(fēng)光互補(bǔ)，是一套發(fā)電應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)是利用太陽能電池方陣、風(fēng)力發(fā)電機(jī)（將交流電轉(zhuǎn)化為直流電）將發(fā)出的電能存儲到蓄電池組中，當(dāng)用戶需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，通過輸電線路送到用戶負(fù)載處。是風(fēng)力發(fā)電機(jī)和太陽電池方陣兩種發(fā)電設(shè)備共同發(fā)電。發(fā)展過程發(fā)展過程最初的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，就是將風(fēng)力機(jī)和光伏組件進(jìn)行簡單的組合，因為缺乏詳細(xì)的數(shù)學(xué)計算模型，同時系統(tǒng)只用于保證率低的用戶，導(dǎo)致使用壽命不長。近幾年隨著風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，保證率和經(jīng)濟(jì)性要求的提高，國外相繼開發(fā)出一些模擬風(fēng)力、光伏及其互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)性能的大型工具軟件包。通過模擬不同系統(tǒng)配置的性能和供電成本可以得出最佳的系統(tǒng)配置。在國外對于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計主要有兩種方法進(jìn)行功率的確定：一是功率匹配的方法，即在不同輻射和風(fēng)速下對應(yīng)的光伏陣列的功率和風(fēng)機(jī)的功率和大于負(fù)載功率，主要用于系統(tǒng)的優(yōu)化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同輻射和風(fēng)速下對應(yīng)的光伏陣列的發(fā)電量和風(fēng)機(jī)的發(fā)電量的和大于等于負(fù)載的耗電量，主要用于系統(tǒng)功率設(shè)計。目前國內(nèi)進(jìn)行風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)研究的大學(xué)，主要有中科院電工研究所、內(nèi)蒙古大學(xué)、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等。各科研單位主要在以下幾個方面進(jìn)行研究：風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化匹配計算、系統(tǒng)控制等。目前中科院電工研究所的生物遺傳算法的優(yōu)化匹配和內(nèi)蒙古大學(xué)新能源研究中推出來的小型戶用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)匹配的計算即輔助設(shè)計，在匹配計算方面有著領(lǐng)先的地位，而合肥工業(yè)大學(xué)智能控制在互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用也處在前沿水平。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、交流直流負(fù)載等部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見附圖。該系統(tǒng)是集風(fēng)能、太陽能及蓄電池等多種能源發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)智能控制技術(shù)為一體的復(fù)合可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。(1)風(fēng)力發(fā)電部分是利用風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，經(jīng)過逆變器對負(fù)載供電；(2)光伏發(fā)電部分利用太陽能電池板的光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能，然后對蓄電池充電，通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電對負(fù)載進(jìn)行供電；(3)逆變系統(tǒng)由幾臺逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標(biāo)準(zhǔn)的220v交流電，保證交流電負(fù)載設(shè)備的正常使用。同時還具有自動穩(wěn)壓功能，可改善風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量；(4)控制部分根據(jù)日照強(qiáng)度、風(fēng)力大小及負(fù)載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行切換和調(diào)節(jié)：一方面把調(diào)整后的電能直接送往直流或交流負(fù)載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。發(fā)電量不能滿足負(fù)載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負(fù)載，保證了整個系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性；(5)蓄電池部分由多塊蓄電池組成，在系統(tǒng)中同時起到能量調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載兩大作用。應(yīng)用前景應(yīng)用前景缺電生活中國現(xiàn)有9億人口生活在農(nóng)村，其中5%左右目前還未能用上電。在中國無電鄉(xiāng)村往往位于風(fēng)能和太陽能蘊藏量豐富的地區(qū)。因此利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)解決用電問題的潛力很大。采用已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)有利于加速這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高其經(jīng)濟(jì)水平。另外，利用風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)開發(fā)儲量豐富的可再生能源，可以為廣大邊遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)村人口提供最適宜也最便宜的電力服務(wù)，促進(jìn)貧困地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。我國已經(jīng)建成了千余個可再生能源的獨立運行村落集中供電系統(tǒng)，但是這些系統(tǒng)都只提供照明和生活用電，不能或不運行使用生產(chǎn)性負(fù)載，這就使系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性變得非常差?？稍偕茉椽毩⑦\行村落集中供電系統(tǒng)的出路是經(jīng)濟(jì)上的可持續(xù)運行，涉及到系統(tǒng)的所有權(quán)、管理機(jī)制、電費標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)性負(fù)載的管理、電站政府補(bǔ)貼資金來源、數(shù)量和分配渠道等等。但是這種可持續(xù)發(fā)展模式，對中國在內(nèi)的所有發(fā)展中國家都有深遠(yuǎn)意義。室外應(yīng)用世界上室外照明工程的耗電量占全球發(fā)電量的12%左右，在全球日趨緊張的能源和環(huán)保背景下，它的節(jié)能工作日益引起全世界的。解決方案應(yīng)用場景方案特點對策解決方案應(yīng)用場景風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是針對通信基站、微波站、邊防哨所、邊遠(yuǎn)牧區(qū)、無電戶地區(qū)及海島，在遠(yuǎn)離大電，處于無電狀態(tài)、人煙稀少，用電負(fù)荷低且交通不便的情況下，利用本地區(qū)充裕的風(fēng)能、太陽能建設(shè)的一種經(jīng)濟(jì)實用性發(fā)電站對策風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)解決方案主要應(yīng)用于道路照明、農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、種植、養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)、廣告業(yè)、服務(wù)業(yè)、港口、山區(qū)、林區(qū)、鐵路、石油、部隊邊防哨所、通訊中繼站、公路和鐵路信號站、地質(zhì)勘探和野外考察工作站及其它用電不便地區(qū)的供電。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)主要由風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽能電池方陣、智能控制器、蓄電池組、多功能逆變器、電纜及支撐和輔助件等組成一個發(fā)電系統(tǒng)。夜間和陰雨天無陽光時由風(fēng)能發(fā)電，晴天由太陽能發(fā)電，在既有風(fēng)又有太陽的情況下兩者同時發(fā)揮作用，實現(xiàn)了全天候的發(fā)電功能，比單用風(fēng)機(jī)和太陽能更經(jīng)濟(jì)、科學(xué)、實用。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)圖：風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)圖方案特點完全利用風(fēng)能和太陽能來互補(bǔ)發(fā)電，無需外界供電；免除建變電站、架設(shè)高低壓線路和高低壓配電系統(tǒng)等工程；具有晝夜互補(bǔ)、季節(jié)性互補(bǔ)特點，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、性價比高；電力設(shè)施維護(hù)工作量及相應(yīng)的費用開銷大幅度下降；獨立供電，在遇到自然災(zāi)害時不會影響到全部用戶的用電；低壓供電，運行安全、維護(hù)簡單。總結(jié)總結(jié)風(fēng)能和太陽能都是清潔能源，隨著光伏發(fā)電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的日趨成熟及實用化進(jìn)程中產(chǎn)品的不斷完善，為風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)推動了我國節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的建設(shè)?？傊?，相信隨著設(shè)備材料成本的降低、科技的發(fā)展、政府扶持政策的推出，該清潔、綠色、環(huán)保的新能源發(fā)電系統(tǒng)將會得到更加廣泛的應(yīng)用。發(fā)電分析發(fā)電分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)是將風(fēng)力機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備。風(fēng)力發(fā)電機(jī)分為直流發(fā)電機(jī)和交流發(fā)電機(jī)。1)直流發(fā)電機(jī)。電勵磁直流發(fā)電機(jī)。該類發(fā)電機(jī)分自勵、它勵和復(fù)勵三種形式，小型直流發(fā)電系統(tǒng)一般和蓄電池匹配使用，裝置容量一般為1000w以下。永磁直流發(fā)電機(jī)。這種發(fā)電機(jī)與電勵磁式直流發(fā)電機(jī)相比結(jié)構(gòu)簡單，其輸出電壓隨風(fēng)速變化，需在發(fā)電機(jī)和負(fù)載間增加蓄電池和控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓。由于直流發(fā)電機(jī)構(gòu)造復(fù)雜、價格昂貴，而且直流發(fā)電機(jī)帶有換向器和整流子，一旦出現(xiàn)故障，維護(hù)十分麻煩，因此在實際應(yīng)用中此類風(fēng)力發(fā)電機(jī)較少采用。2)交流發(fā)電機(jī)。交流發(fā)電機(jī)分：同步發(fā)電機(jī)和異步發(fā)電機(jī)。同步發(fā)電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速時工作，同步轉(zhuǎn)速是由同步發(fā)電機(jī)的極數(shù)和頻率共同決定，而異步發(fā)電機(jī)則是以略高于同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速工作。主要有無刷爪極自勵發(fā)電機(jī)、整流自勵交流發(fā)電機(jī)、感應(yīng)發(fā)電機(jī)和永磁發(fā)電機(jī)等。目前在小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中主要使用三相永磁同步發(fā)電機(jī)。三相永磁同步發(fā)電機(jī)一般體積較小、效率較高、而且價格便宜。永磁同步發(fā)電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與一般同步電機(jī)相同，轉(zhuǎn)子采用永磁結(jié)構(gòu)，由于沒有勵磁繞組，不消耗勵磁功率，因而有較高的效率。另外，由于永磁同步發(fā)電機(jī)省去了換向裝置和電刷，可靠性高，定子鐵耗和機(jī)械損耗相對較小，使用壽命長?；パa(bǔ)控制互補(bǔ)控制風(fēng)光互補(bǔ)控制器由主電路板和控制電路板兩部分組成。主電路板主要包括不控整流器、dc/dc變換器、防反充二極管等?？刂齐娐钒逯械目刂菩酒瑸閜ic16f877a單片機(jī)，它負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的控制工作，是控制核心部分，其外圍電路包括電壓、電流采樣電路，功率管驅(qū)動電路，保護(hù)電路，通訊電路，輔助電源電路等。風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的三相交流電接u、v、w，經(jīng)三相不控整流器整流和電容c0穩(wěn)壓后給蓄電池充電。sp、sn分別為太陽能電池板的正、負(fù)極接線端子，d1為防反充二極管，其作用是防止蓄電池電壓和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的整流電壓對太陽能電池陣列反向灌充，確保太陽能電池的單向?qū)щ娦?。r0是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的卸荷電阻，當(dāng)風(fēng)速過高時，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電壓大于蓄電池過充電壓，單片機(jī)輸出脈沖(pwm)來控制q3開通，使多余的能量被消耗在卸荷電阻上，從而保護(hù)蓄電池。二極管d2和保險絲f1是為了防止蓄電池接反，當(dāng)蓄電池接反時，蓄電池通過d2與f1構(gòu)成短路回路，燒毀保險絲而切斷電路，從而保護(hù)控制器和蓄電池。主電路中間部分是兩個輸出并聯(lián)的buck型dc/dc變換器，為了抑制mosfet管因過壓、du/dt或者過流、di/dt產(chǎn)生的開關(guān)損耗，本設(shè)計的dc/dc變換器采用具有緩沖電路的buck變換器。主電路是由兩個互相獨立輸出端并聯(lián)的buck