离网型风光互补发电系统的结构及应用

题 目：离网型风光互补发电系统的结构及应用 课 程：风光互补发电系统技术 指导老师: 学生姓名： 学 号：

专 业：电气工程及其自动化 班 级：

完成日期： 2013年5月25日

[摘要]

风能与太阳能在众多新型能源中潜力最大，也最具开发价值。由于太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性，综合利用风能、太阳能的风光互补发电系统成为一种合理的能源系统。本文主要介绍了风光互补发电系统的结构和工作原理，分析了内蒙古自治区的太阳能风能资源和他们之间的互补性,总结出风光互补发电系统在牧区应用的优势性、合理性和可行性。中太阳能和风能是最具代表性的可再生能源，也是目前研究开发的重点。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性。风光互补发电系统成为边远地区资源条件最好的独立电源系统，具有很好的应用前景。 关键词：风光互补发电系统，太阳能，太阳能发电原理 主要内容:

1·风光互补发电系统的概念。

2.离网型风光互补发电系统工作原理。 3.离网型风光互补发电系统的结构。 4.离网型风光互补发电系统的应用。 1·风光互补发电系统的概念

所谓风光互补发电系统是指将太阳能和风能联合起来、使二者优劣互补进行发 的发电系统。

风光互补发电系统由太阳能光电板、小型风力发电机组、系统控制器、蓄电 池组和逆变器等几部分组成；其中的光电系统是利用光电板将太阳能转换成电 能，然后通过控制器对蓄电池充电，最后通过逆变器对用电负荷供电。该系统的优点是供电可靠性高，运行维护成本低；缺点是系统造价高。风电系统是利用小型风力发电机，将风能转换成电能，然后通过控制器对蓄电池充电，最后通过逆变器对用电负荷供电。该系统的优点是系统发电量较高，造价较低，运行维护成本低；缺点是小型风力发电机可靠性低。另外，风电和光电系统都存在一个共同的缺陷，就是资源的不确定性导致发电与用电负荷的不平衡，风电和光电系统都

必须通过蓄电池储能才能稳定供电，但每天的发电量受天气的影响很大，会导致 系统的蓄电池组长期处于亏电状态。

目前利用太阳能和风能在不同的季节和时间上互补特点发展起来的风光互补发电照明技术已日完善，且以前所未有的速度和力度迅速全国推广。 2.离网型风光互补发电系统工作原理

风光互补供电系统是由太阳电池与风力发电机发电机组发电，经蓄电池储能，

给负载供电的一种新型电源系统，除了风力发电机组，太阳能光伏

电池组以外，还需要控制器，蓄电池，逆变器，交流之流负载等。其中风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，在通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电。太阳能和风能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源。太阳能与风能在时间上和季节上都有很强的互补性：白天太阳光照好、风小，晚上无光照、风较强；夏季太阳光照强度大而风小，冬季太阳光照强度弱而风大。2.离网型风光互补发电系统工作原理风能与太阳能的结合有着天然优势风能是太阳能的另一种转化，太阳照射地球引起温度变化产生风。

风光互补发电系统大体上可以分为两类，一类是并网型发电系统，即和公用电网通过标准接口相连接，像一个小型的发电厂，将接受来的能量经过高频直流转换后变成高压直流电，经过逆变器逆变后向电网输出与电网电压同频、同相的正弦交流电流；另类是离网型发电系统，即在自己的闭路系统内部形成电路，系指采用区域独立发电、分户独立发电的离网型供

电模式，将接收来的能量直接转换成电能供给负载。3.离网型风光互补发电系统的结构本系统主要由风电机组、光伏电池组、充电逆变控制电源、蓄电池组、交流负载组成，如图所示。风力发电机与光伏电池组同时接入充电逆变控制电源，在充电逆变控制电源内经整流后，向蓄电池充电。风力发电机、光伏电池、蓄电池和负载构成并联充电放电网络。当风力发电机和光伏电池不向蓄电池充电时，蓄电池向并联网络供电。

3.离网型风光互补发电系统的结构 3.1 风力发电机组

该机组由浓缩风能装置、风轮总成、发电机、尾翼、回转体、塔架、拉索等部件构成。装有风轮的发电机置于浓缩风能装置内，当自然风流经该装置时，能使稀薄空气加速、整流和均匀化，从而提高了风能的能流密度，降低了自然风的湍流度，改善了风能不稳定等缺点。该机发电量大、噪声低、安全性高，具有自动限速抗大风功能。 3. 2 光伏电池组

本系统光伏电池组由多块单晶硅光伏电池组件串联而成。 3. 3充电－逆变控制电源

充电－逆变控制电源应具有风力发电系统－太阳能光伏发电系统互补发电协调控制功能，并最大程度地控制两个系统各自发挥最大效能。该型机是将风力发电机发出的低压交流电和光伏电池发出的直流电逆变成常规电器所需的２２０Ｖ交流电，富足部分再逆变成低压直流向蓄电池充电。具有恒压充电、防过载、短路保护、防蓄电池过充过放等功能。 3. 4蓄电池组

额定电压为１２Ｖ的单体蓄电池。当天气变化、系统发电不足时，由蓄电池组给用户负载设备正常供电。 4.离网型风光互补发电系统的应用 4.1风光互补发电系统在路灯使用

能源与环境成为当今世界所面临的两大重要课题。人类正在努力寻求清洁、高效、可以再生的能源来代替对石油、煤炭等常规能源的依赖。开发利用可再生能源成为本世纪能源发展战略的基本选择。离网型风光互补发电系统是为了弥补

传统电力的不足而设计的独立发电系统。风光互补发电系统是最合理的独立电源系统，这种合理性表现在资源配置最合理，技术方案最合理，性能价格最合理。正是这种合理性保证了风光互补发电系统的高可靠性。因此对风光互补发电技术的研究具有重要的理论意义和实用价值。

4.2风光互补发电系统在家庭应用。

白天吸收的太阳能和刮风的时候吸收的风能存储蓄电池可以提供照明灯和家用电。风能和太阳能都是洁净、储量极为丰富的可再生能源。风能和太阳能的应用方式多种多样，其中用于发电是最常见也是最重要的形式之一。

结论：

1、对比几种不同的逆变器控制结构，确定设计电压源输入、电流源输出型逆变器模式，在此基础上设计出了后级全桥逆变电路结构。采用基于

TMS320F240控制芯片的的软件锁相环技术，，对逆变主电路中的DC/DC、DC/AC模块进行PWM控制，使系统的输出电压满足与电网电压同频、同相的要求。

2、设计了一个采用单端反激式DC/DC拓扑结构的辅助电源系统，解决了外部供电在设备和线路上的麻烦。为了让逆变器工作在较为稳定的状态下，逆变器需具有若干保护功能如输入极性接反保护、过流保护、过热、过载保护等。

3、本设计最后根据国际、国内相关行业标准，对并网系统中的孤岛效应做了分析。

通过对设计的逆变器系统的电路分析和相关电路的仿真，该逆变系统具有逆变效率高、动态响应快、系统性能稳定、电路结构合理、保护功能完备等特点，生产成本上都较市面上同类产品有所降低，性能有所提高。但是在毕业设计过程中，由于自身技术水平有限、开发经验不足、研发时间紧张等问题，目前设计仍停留在理论分析和模拟仿真阶段，期待进一步完善和优化。

参考文献

[9]尹静. 光伏并网逆变器的研究及可靠性分析[A].:2009 [4]冯丽平. 风光互补发电系统设计与实现[J].:2010

[3] 刘山凤,龙江,方韬.风光互补新能源成新趋势[J].电气技术,2008