题目五：风光发电互补技术论文

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1、 风光发电互补技术 目 录摘要2第一章 风力发电系统介绍21.1 风光互补发电技术的发展现状31.2 风光互补发电系统的运行结构31.2 风力发电特点4第二章 风光互补发电控制系统的运行62.1风光互补发电系统的组成及总体框图62.2 模拟太阳能电池框图72.3 模拟风力发电机组的组成及框图72.4风光互补系统硬件的总体设计82.5风光互补系统主电路8第三章 光风发电技术发展趋势的展望10结 论11参考文献12摘 要风光互补发电在缓解电网压力、电力调峰、节约传统能源等方面都能够起到重要作用，式风光互补发电系统的研究具有重要的经济和社会价值。本文针对风光互补发电系统，在理论研究和分析的基础上开发

2、出了一套相应的运行结构，进行了初步的设计。文章首先讨论了风能、太阳能互补特性，详细分析了风光互补发电的系统结构，其中包括风力发电机组、光伏阵列、逆变器和负载等，给出了各部分的运行原理和工作特性；其次，结合实际系统的开发过程，对风光互补发电的整个系统进行了详细的研究、分析与讨论。关键词：风光互补发电；控制系统；太阳能 第一章 风光互补发电系统介绍1.1 风光互补发电技术的发展现状常规能源的有限性和环境压力的增加，使世界上许多国家重新加强了对新能源和可再生能源技术发展的支持，并取得了突破性进展。可再生能源及其综合利用技术，越来越受到包括发达国家在内的世界各国的广泛关注。欧盟等发达国家采取了强有力的

3、促进和激励措施，并给予特别的政策支持，使可再生能源在近几年内得到大规模的快速发展。全球过去几年内风电和光伏发电的年增长率均高达30%以上，欧盟计划到2010年可再生能源发电量占总发电量的22%，到2050年可再生能源在能源供应中占50%以上的目标。这是一个非常宏伟的目标，不仅使常规能源的消耗节省50%而且大大改善了大气环境质量。近几年，国际光伏发电迅猛发展，光伏发电已由补充能源向替代能源过渡。到目前为止，世界太阳电池年销售量已经超过60兆瓦，电池转换效率提高到了巧%以上，系统造价和发电成本已分别降至4美元/峰瓦和25美分/度电;风力发电在可再生能源行业中是增长最快、商业化程度最高的行业，其年增

4、长速度达到了35%，美国、德国和丹麦等发达国家的年增长更是高达50%以上。德国风电己占总发电量的3%，丹麦风电已超过总发电量的10%。在全球范围内，风力发电已形成年产值超过50亿美元的产业。1.2 风光互补发电系统的运行结构独立运行风光互补发电系统由风力发电机、整流器、光伏阵列、DC/DC功率变换器、蓄电池、逆变器、控制器及交直流多用户负载等组成，如图2-1所示。其运行机理如下:风轮将风能通过空气动力学原理转换成机械能，驱动永磁异步发电机发出与风速成一定关系的交流电，经整流变成直流电，并经DC/DC变换器实现最大功率跟踪;光伏阵列将太阳能通过光生伏打效应转换成直流电，通过DC/DC变换器实现最

5、大功率跟踪。二者皆通过控制器控制而接入直流母线上，给蓄电池供电;蓄电池连接在直流母线上，当风力发电机和光伏阵列输出的电能除供给负载还有剩余时，蓄电池将这些电能储存;当风力发电机和光伏电池输出电能不足以满足负载要求时，则由蓄电池向其供电。控制器实现最大功率跟踪、蓄电池的充放电及保护显示等功能。图1.2风光互补发电系统结构示意图1.2 风力发电特点1、可再生的洁净能源风力发电是一种可再生的洁净能源，不消耗化石资源也不污染环境，这是火力发电所无法比拟的优点。2、建设周期短 一个十兆瓦级的风电场建设周期不到一年3、装机规模灵活可根据资金情况决定一次装机规模，有一台资金就可以安装一台投产一台。4、可靠性

6、高 图2-2风力发电原理图把现代高科技应用于风力发电机组使其发电可靠性大大提高，中、大型风力发电机组可靠性从80年代的50%提高到了98%，高于火力发电且机组寿命可达20年。5、造价低 从国外建成的风电场看，单位千瓦造价和单位千瓦时电价都低于火力发电，和常规能源发电相比具有竞争力。我国由于中大型风力发电机组全部从国外引进，造价和电价相对比火力发电高，但随着大中型风力发电机组实现国产化、产业化，在不久的将来风力发电的造价和电价都将低于火力发电。6、运行维护简单 现代中大型风力发电机的自动化水平很高，完全可以在无人职守的情况下正常工作，只需定期进行必要的维护，不存在火力发电的大修问题。7、实际占地

7、面积小发电机组与监控、变电等建筑仅占火电厂1%的土地，其余场地仍可供农、牧、渔使用。8、单机容量小由于风能密度低决定了单台风力发电机组容量不可能很大，与现在的火力发电机组和核电机组无法相比。另外风况是不稳定的，有时无风有时又有破坏性的大风，这都是风力发电必须解决的实际问题。第二章 风光互补发电控制系统的运行2.1风光互补发电系统的组成及总体框图风光互补发电系统由太阳能电池板、小型风力发电机组、系统控制器、蓄电池组和逆变器等组成。本文基于太阳能模拟电路模拟太阳能电池板输出，使用直流电机模拟小型风机带动直流发电机构成风力发电机组，蓄电池充电电路为交错互补buckboost电路，系统控制器采用Fre

8、escale公司DSP56F8013为控制核心对各模块分别控制实现。下图为系统的总体框图：图21风光互补发电系统总体框图（1） 风力机：将风能转换为机械能。本实验中使用直流电机模拟。（2） 发电机：发电机直接与风力机相连，由风力机带动向外发电。（3） 整流桥：实现不可控整流，将发电机所发出的交流换为直流电。（4） 模拟太阳能电池装置：产生类似于太阳能电池输出特性的直流电输出。（5） DC/DC模块：直流模块，将整流、滤波后的直流电变换为可供蓄电池和负载使用的恒压或横流电，是系统的主要受控模块。（6） 蓄电池：系统的储能装置，它将系统所发电能储存起来，在无风的情况下释放能量向负载供电。（7） 辅

9、助电源：由多个DC_DC电源模块组成，产生不同幅值的电压，向控制板上的各类有源器件提供电能供应。（8） DSP控制器：系统的控制核心，用来进行检测信号的分析、处理并得出相应的控制策略，从而产生控制信号。（9） 驱动：用于驱动控制板上各种功率元件。（10） 上位机PC:与控制器之间进行通信，可向控制器发出各种控制指令，并可获得下位机的工作情况。2.2 模拟太阳能电池框图图2-3 太阳能电池模拟装置总体框图(1) 交流变压器：产生一个可以调节的交流电压，一方面降低整流电路器件压力，另一方面实现电气隔离，防止烧毁器件。(2) 整流桥：实现不可控整流，将发电机所发出的交流电变换为直流电。(3) 滤波电

10、路：电容滤波，产生电压比较稳定的直流电。(4) 全桥变换电路：通过PWM控制，调节输出电压。(5) 辅助电源：由多个DC-DC电源模块组成，产生不同幅值的电压，向控制板上各类有源器件提供电能供应。(6) DSP控制器：系统的控制核心，用来进行检测信号的分析、处理并得出相应的控制策略，从而产生控制信号。(7) 驱动：用于产生能够驱动IGBT的PWM信号。2.3 模拟风力发电机组的组成及框图 图2.3模拟风机装置的总体框图(1) 交流变压器：产生一个可以调节的交流电压，一方面降低整流电路器件电压应力，另一方面实现电气隔离，防止烧毁器件。(2) 整流桥：实现不可控整流，将发电机所发出的交流电变换为直

11、流电。(3) 滤波电路：电容滤波，产生电压比较稳定的直流电。(4) 全桥变换电路：通过PWM控制，调节输出电流。(5) 直流电机：用来模拟风机输出特性，其输出In曲线符合风力机输出曲线。(6) 光电编码器：用于检测直流电机转速。(7) 辅助电源：由多个DC-DC电源模块组成，产生不同幅值的电压，向控制板上各类有源器件提供电能供应。(8) DSP控制器：系统的控制核心，用来进行检测信号的分析、处理并得出相应的控制策略，从而产生控制信号。(9) 驱动：用于产生能够驱动IGBT的PWM信号。2.4风光互补系统硬件的总体设计系统硬件电路包括主电路部分，控制板部分，驱动部分，信号采样调理部分和辅助电源部

12、分，设计原理图如图3-1所示，图3-2为PCB设计图。接上一节去教学楼的 图2.4风光互补系统硬件设计原理图2.5风光互补系统主电路系统主电路的原理如图2.5所示。图2.5系统主电路原理图图中BR为不可控整流桥，E1=E2=630uF/450V为整流滤波电容，R1=330KW、R2=360 KW、R3=10 KW为输入侧直流电压检测部分，Q1Q4为直流变换开关器件，Q5为负载投切控制开关,IGBT选用G40N60B3D。L1=L2=0.5mH为电路主电感，D1、D2为BUCK变换续流二极管，D3、D4为BOOST变换反关断二极管，R8=100KW、R9=10KW为输出直流侧电压检测部分，Ra为

13、流经蓄电池电流的检测电阻，Rb为负载电流检测电阻。此外，主电路中还包括各滤波电容、功率器件的缓冲电路、蓄电池和负载等部分。第三章 光风发电技术发展趋势的展望进入二十一世纪，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，而能源问题日益严重，一方面是常规能源的匮乏，另一方面石油等常规能源的开发带来一系列的问题，如环境污染、温室效应等。人类需要解决能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模开发利用可再生能源和新能源。而太阳能和风能被看做是最具有代表性的新能源和可再生能源，作为这两种能源的高级利用太阳能发电和风力发电技术受到世界各国的高度重视。我国的可再生能源法己于2006年1月1日生效，其中

14、特别将可再生能源综合利用和互补系统的研究列为研究开发的重点领域。今年年初，国家又将可再生能源利用、节能和环保列入了国家中长期科技发展计划和“十一五”发展规划中，是当前国家重点支持的科技攻关和发展领域。可以看出，到2050年可再生能源的供给量将接近总电力供应的30%，成为仅次于并接近常规能源发电的第二大能源应形式。综上可见，一个能够持续发展的社会应该是一个既能满足当代人需要，又不危及后代人前途的社会。无论从缓解能源危机、消除环境污染、保护人类生存环境、合理开发利用自然资源，还是从经济和社会的发展要求，开发利用太阳能和风能等可再生能源都有着极其重要的现实意义。而且从长远看，用洁净的可再生能源替代常

15、规能源，不仅是人类的美好愿望，也是能源发展的必然趋。结 论风能、太阳能以及负载的随机性及不确定性使得独立运行风光互补发电系统的控制变得较为复杂。简化系统结构、提出行之有效的控制策略对降低系统降低成本、提高系统运行可靠性具有重要的理论意义和实用价值风光互补发电系统可以根据用户的用电负荷情况和资源条件进行系统容量的合理配置，既可保证发电系统的供电可靠性，又可降低发电系统的造价，是一种经济合理的供电方式。 参考文献1 何柞麻。风力发电商机，20072 可再生能源的发展现状与趋势。http：/。chinese，20073 黄素逸。 能源与节能技术。北京中国电力出版社，20044 李俊峰。风力12在中国

16、。北京化学工业出版社,20055 赵凤山。风力发电论文集。金盾出版社，20026 叶雷霖，户用光伏电源系统的研究，硕士学位论文，合肥；合肥工业大学，20017 何祚庥 王亦楠。 我国新能源可持续发展的现实选择。 中国三峡建设， 2005.P：25278 S.M.B.Wilmshurst. Control strategies for Wind turbines. Wind Engineering，1998 Vol. 12: P 2362499 E. A. Bossnyi. Adaptive pitch control for a 250kW Wind Turbine, Proc. British Wind Energy Conference，1986:P 859210 R. Chedid, F. Mrad and M. Basma. Intelligent Control for Wind Energy Conversion System. Wind Eng，1998,Vol.18:No.1,11611 李东东。 风力发电机组并网与仿真分析. 水电能源科学，2006年。 第24卷第1期.P：13