风光互补发电系统研究.docx

风光互补发电系统研究摘要：风能与太阳能作为一种绿色能源已经成为一种新兴的能源形式构造出一个风光互补型的能源系统在现代具有很好的理论及实际意义。风光互补型能源系统在缓解电网压力、自主发电、节约传统能源等方面都可以体现出重要作用。文章针对风光互补型发电系统的结构组成、原理、并网控制等进行了分析。关键词：风能；太阳能；风光互补；发电系统；绿色能源；电力系统文献标识码：A中图分类号：TM614文章编号：1009-2374（2016）21-0085-02DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.21.0411风光互补型发电系统的工作原理独立运行的风光互补型发电系统主要是由风力发电机组、整流器、控制器、蓄电池、光伏电池阵列、功率变换器和负载等构成。其工作原理是光能发电模块由光伏阵列将太阳能吸收并转换成直流电再通过DC/DC功率变换器来完成最大功率跟踪；风能发电模块将风能转换为机械能机械能驱动异步发电机输出交流电经过整流器处理后变为直流电再通过DC/DC功率变换器来完成最大功率跟踪。光能发电模块和风能发电模块均通过控制器进行控制两者直接接到直流母线上并实现给蓄电池供电的功能。同时蓄电池也连接到直流母线上当光能发电模块和风能发电模块所输出的电能在供给负载后存在多余电能时蓄电池就把这些电能进行储存；当光能发电模块和风能发电模块所输出的电能无法满足负载所需求的电能时就通过蓄电池给负载提供电能。2风力发电机2.1风力发电机的基本工作原理风力发电机的运行原理是通过风轮机把风能转化为机械能利用风力带动风车的叶片旋转然后通过增速器将叶片的旋转速度提高使发电机发电。根据目前能达到的风车技术风速在3m/s是风机就可以发电。最简单的风力发电机组由叶片和发电机两部分组成。风的动能作用在风车叶片上并将其转换为机械能从而使叶片转动然后把发电机的转轴与叶轮的转轴相连就可以带动发电机输出电能。2.2风力发电机组的主要结构风力发电机组是由叶片、发电机、轮毂、主轴、控制系统、调向机构、增速齿轮箱塔架和机舱机座回转体制动器等部分组成的。风能的基本理论是由贝茨理论得来的所以在讨论风轮机的控制和能量转换时需要考虑到四个特性系数。2.2.1风能利用系数。风轮机从风能中可以吸收到的能量大小及程度采用风能利用率系数来表示。2.2.2叶尖速比λ。为了可以识别风叶拥有不同的风速状态将叶片叶尖部位圆周的速度与风速之比表示为叶尖速比λ；在较低速度中风轮λ取较小值；在较高速度时风轮λ取较大值。2.2.3推力系数和转矩系数。为了把在气流作用下的风机所能产生的推力和转矩进行对比通常把λ作为变量从而作为推力和转矩的变化曲线。2.2.4风轮机的气动特性。风轮机是将风能转换为轮毂上的机械转矩。风轮机的气动特性用风能转换效率Cp与尖速比λ曲线来表示。尖速比表示为：λ=式中：ωm（rad/s）为风轮机的机械转速；R（m）为叶片半径；ν（m/s）为来流的线性风速。在恒定频率应用中发电机转速的变化比同步转速高一点但风速变化范围可以很宽。尖速比可以在很宽范围变化风轮机捕获风力功率可以写成：P机械=0.5ρSCPV3式中：P机械（W）是气动功率；ρ（kg/m3）是空气密度；S（m2）是扫掠面积；CP是风轮机的功率系数。由此可知风机应在追求CP最大的情况下增加其输出功率。2.3异步发电机的基本工作原理发电机在风光互补型系统中是可以将风能转换成电能的设备。异步电机的工作原理是将通过定子的三相电流所产生的旋转磁场与转子绕组中的感应电流相互作用根据电磁感应原理产生电磁转矩发生能量转换。发电机的基础性能会直接影响到整个系统的可靠性和工作效率。旋转磁场转速ns与转子的转速n之间的差值称为转差转差与同步转速ns的比值称为转差率用S表示为：S=（ns-n）/ns如果电机用原动机驱动从而使转子转速高于旋转磁场转速即n>ns则转差率S状态。3太阳能发电3.1太阳能电池的电气特性当太阳能电池两端的电压上升时比如出现逐渐增加负载电阻的情况时在太阳光辐射稳定的前提条件下太阳能电池的输出电流几乎不发生变化但是太阳能电池的输出功率不断增加。当电池两端的电压增加到一定数值时输出电流开始减小此时电池的输出功率达到最大值然后随着电池电压的升高其功率和输出电流都在不断减小直至输出电流减为0时输出电压达到最大值。太阳能电池的伏安特性与空气温度也有关系随着空气温度的上升电池的电压减小。在标准条件下也就是光谱幅照度在1