新型太阳能_风能混合发电系统的研制.pdf

12华北电力技术NORTHCHINAELECTRICPOWERNo.12004

新型太阳能-风能混合发电系统的研制
DevelopmentofNewHybrid(Solar-wind)PowerSystem

华南理工大学电力学院(广东广州510640)杨苹杨金明
广东省科学院自动化工程研制中心(广东广州510070)张昊

摘要:论述了太阳能-风能混合发电系统中的新组比较昂贵,我国的一些研究机构[1]分别对太阳
型发电机及其控制系统,即设计新型无刷双馈发能电池及小型风能发电机组进行了开发和研制。
电机,及太阳能逆变器极值调节方式实现其最优目前,国产的太阳能电池仍然存在造价太高的问
功率传输,智能化的能量管理系统实现风能发电题,而国产的小型风能发电机组或是造价较高,或
与太阳能发电的优化组合。通过统一交流电源品是可靠性低,无法长期稳定运行,这些问题,都极
质调节装置,对混合发电系统的电能指标进行全大地妨碍了风能及太阳能发电系统的推广应用。
局优化,从而提供稳定的清洁能源。混合发电系统为此,我们在前期研究工作的基础上[1],设计了新
既可独立运行,又可多系统并行运行,必要时还可型无刷双馈发电机以简化传统风能发电机的结
并网运行。构,利用现代控制技术实现风电机组的变速恒频
关键词:风能发电;太阳能;无刷双馈发电机;现代与风能最大捕获;同时,对太阳能逆变器采用极值
控制技术调节方式实现其最优功率传输,并采用智能化的
中图分类号:TM615:TM614能量管理系统实现风能发电与太阳能发电的优化
文献标识码:B组合,从而研制高效而实用的太阳能-风能混合发
文章编号:1003-9171(2004)01-0012-04电系统。另外,通过统一交流电源品质调节装置,
对混合发电系统的电能指标进行全局优化,从而
由于一次能源日益枯竭和人类生存环境日益为用户提供稳定的清洁能源。
恶化,世界各国都把开发新的可再生能源作为能
1系统结构
源的发展方向。为促进电力工业结构调整,减少环
境污染,培育新的经济增长点,我国也把新能源的本系统采用太阳能-风能互补发电的结构形
开发利用作为能源开发的战略重点之一,因地制式,其中风能发电机采用专门设计的无刷双馈发
宜地开发和推广风能、太阳能等清洁能源,其中风电机,即采用新颖的发电机结构和磁路设计方案,
能发电是新能源发电技术最成熟、最具规模化开研制能与风力机直接匹配的低速双馈发电机,省
发条件和商业化应用前景的清洁能源发电技术,去了低速风力机与高速发电机之间的齿轮升速装
现已成为我国电力工业的一个组成部分。目前,风置,简化了整个系统的结构,不但便于搬运和安
能发电主要朝着两个方向发展:用于风电场的大装,而且易于维护;而太阳能发电则采用无污染太
功率高效率的大机组和面向边远或分散地区的小阳能电池板和干式蓄电池,以减少对环境的污染。
型风电机组。经过整流后的风电与太阳能电池在直流侧并联,
由于风能的间歇性缺陷,利用太阳能发电实经充放电控制器向蓄电池组充电,然后通过逆变
现风能-光能发电互补,为边远或分散地区的用户器向交流负载供电。如果交流负载要求较高,或需
提供稳定的清洁能源,是当今新能源开发利用的要向电网供电,则应接入电源品质控制器,以提高
一个主流方向。混合发电系统的电源品质,使系统具有较广的应
目前,进口的太阳能电池和小型风能发电机用范围。该系统既可独立运行,也可多系统并行运

广东省自然科学基金团队项目(003049)、广东省“十五”科技计划重大专项(A1050401)、广东省“十五”科技计划重大专项
(A1050202);
本文作者还有华南理工大学电力学院的吴捷。
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地,还可以并网运行。可见,研制适用于风能发电的新型发电机及
新型太阳能-风能混合发电系统应用计算机其控制系统成为当务之急。
监控系统进行系统的能量管理,以实现风能与太2.1无刷双馈发电机的设计
阳能的最优功率匹配、系统操作、运行监控及故障在风能发电机组中,由于风力机的转速一般
诊断。其系统结构图如图1所示。由图可见,新型较低,需经齿轮箱升速后再驱动发电机。为降低成
太阳能-风能混合发电系统由风力发电机组、太阳本,往往采用柔性结构的传动轴和齿轮箱,以减小
能电池阵列、蓄电池、逆变器、数据采集系统组成。系统阻尼。在自然风速发生随机性变化时,将导致
为降低系统的整机成本,可根据系统安装地点的发电机转速和传动链中的力矩波动幅值大,易损
自然条件,在设计时尽量降低太阳能和蓄电池的伤机械设备,影响传动链机构的使用寿命。我们研
比例。另一方面,利用现代控制技术进行单机控制制的能与风力机直接匹配的低速双馈发电机,不
以提高单机运行效率,同时采用能量管理系统对但简化