風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制研究

風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制研究一、本文概述隨著全球能源危機和環(huán)境問題的日益嚴重，可再生能源的開發(fā)和利用受到了廣泛關注。風光互補發(fā)電系統(tǒng)作為一種綠色、清潔的可再生能源利用方式，具有廣闊的應用前景。本文旨在深入研究風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制技術，以提高系統(tǒng)的發(fā)電效率、穩(wěn)定性和可靠性，為風光互補發(fā)電系統(tǒng)的實際應用提供理論支持和技術指導。本文將首先介紹風光互補發(fā)電系統(tǒng)的基本原理和組成部分，包括風力發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)以及儲能系統(tǒng)等。隨后，重點分析風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制策略，包括最大功率點跟蹤控制、能量管理控制以及系統(tǒng)保護控制等。在此基礎上，本文將探討風光互補發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化控制技術，通過引入智能算法、預測控制等方法，進一步提高系統(tǒng)的發(fā)電效率和穩(wěn)定性。本文還將關注風光互補發(fā)電系統(tǒng)在實際應用中面臨的挑戰(zhàn)和問題，如風光資源的不確定性、系統(tǒng)運行的波動性等。針對這些問題，本文將提出相應的解決方案和優(yōu)化措施，為風光互補發(fā)電系統(tǒng)的實際應用提供有益的參考。本文旨在全面研究風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制技術，為風光互補發(fā)電系統(tǒng)的實際應用提供理論支持和技術指導，推動可再生能源的可持續(xù)發(fā)展。二、風光互補發(fā)電系統(tǒng)概述風光互補發(fā)電系統(tǒng)是一種利用風能和太陽能兩種可再生能源進行互補發(fā)電的系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機、太陽能電池板、儲能裝置、逆變器和控制系統(tǒng)等組成。風力發(fā)電機和太陽能電池板分別將風能和太陽能轉化為電能，經(jīng)過儲能裝置進行儲存，再通過逆變器將直流電轉換為交流電供給用戶負載。風光互補發(fā)電系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)勢。風能和太陽能是取之不盡、用之不竭的可再生能源，具有環(huán)保、清潔的特性，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。風能和太陽能具有互補性，當風力不足時，太陽能可以彌補電能的短缺，反之亦然，從而保證了系統(tǒng)的連續(xù)供電能力。風光互補發(fā)電系統(tǒng)還可以減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低能源成本，并有助于緩解能源短缺和環(huán)境污染問題。然而，風光互補發(fā)電系統(tǒng)也面臨一些挑戰(zhàn)。由于風能和太陽能的間歇性和不穩(wěn)定性，系統(tǒng)的輸出功率會受到天氣和環(huán)境條件的影響，導致電能質量的不穩(wěn)定。因此，需要通過控制系統(tǒng)對風力發(fā)電機和太陽能電池板的輸出功率進行精確控制，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和電能質量的可靠性。針對這些挑戰(zhàn)，風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制研究顯得尤為重要。通過研究和優(yōu)化控制系統(tǒng)，可以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，實現(xiàn)風能和太陽能的高效利用，進一步推動風光互補發(fā)電技術的發(fā)展和應用。三、風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制策略風光互補發(fā)電系統(tǒng)是一種將風能和太陽能有效結合，實現(xiàn)能源互補供電的系統(tǒng)?？刂撇呗允秋L光互補發(fā)電系統(tǒng)的核心部分，其目標是實現(xiàn)能量的高效利用和系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。本文將對風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制策略進行深入研究。風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制策略需要考慮到風能和太陽能的隨機性和間歇性。風能和太陽能的可用性受到天氣、季節(jié)和地理位置等多種因素的影響，因此，控制策略需要具備自適應能力，能夠根據(jù)環(huán)境條件的變化動態(tài)調整系統(tǒng)的運行狀態(tài)。例如，當太陽能充足而風能不足時，系統(tǒng)應優(yōu)先利用太陽能；反之，當風能充足而太陽能不足時，系統(tǒng)應優(yōu)先利用風能。風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制策略需要考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。系統(tǒng)應能夠在各種運行狀態(tài)下保持穩(wěn)定，避免出現(xiàn)過載、過壓或過流等異常情況。同時，系統(tǒng)還應具備故障檢測和處理能力，能夠及時發(fā)現(xiàn)并處理各種故障，確保系統(tǒng)的安全運行。風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制策略還需要考慮到能量的高效利用。系統(tǒng)應能夠通過合理的控制策略，實現(xiàn)風能和太陽能的最大化利用。例如，可以通過優(yōu)化調度策略，實現(xiàn)風能和太陽能的互補利用，提高系統(tǒng)的整體發(fā)電效率。還可以通過儲能技術，將多余的電能儲存起來，以供系統(tǒng)在其他時段使用，進一步提高能量的利用率。風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制策略需要具備自適應性、穩(wěn)定性和高效性。未來，隨著新能源技術的不斷發(fā)展，相信會有更多先進的控制策略應用于風光互補發(fā)電系統(tǒng)，推動新能源技術的發(fā)展和應用。四、風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制技術風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制技術是確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行并最大化能源利用效率的關鍵。這一技術的核心在于如何根據(jù)風能和太陽能的實時變化情況，智能地調整和控制發(fā)電設備的運行狀態(tài)，以實現(xiàn)能源的最優(yōu)配置和高效利用。風光互補發(fā)電系統(tǒng)需要一套精確的能源預測和調度系統(tǒng)。這套系統(tǒng)可以實時收集和分析風速、光照等環(huán)境數(shù)據(jù)，預測未來一段時間內的能源供應情況，并據(jù)此調度發(fā)電設備的運行策略。通過優(yōu)化設備的運行狀態(tài)，可以最大程度地減少能源浪費，提高系統(tǒng)的整體效率。風光互補發(fā)電系統(tǒng)還需要一套智能的能量管理系統(tǒng)。這套系統(tǒng)可以實時監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，包括發(fā)電量、設備負載、電池儲能等關鍵參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)調整設備的運行策略。例如，當系統(tǒng)發(fā)電量超過負載需求時，智能能量管理系統(tǒng)可以自動調整設備的運行狀態(tài)，將多余的電能儲存到電池中；當系統(tǒng)發(fā)電量不足時，則可以優(yōu)先使用電池中的儲能，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制技術還需要考慮設備的安全性和可靠性。由于風能和太陽能的供應具有不穩(wěn)定性，因此發(fā)電設備可能會面臨過載、過壓等風險。為了避免這些風險，控制技術需要設置相應的保護機制，如過載保護、過壓保護等，確保設備的安全運行。風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制技術是一個復雜而關鍵的系統(tǒng)工程。它需要綜合運用能源預測、設備調度、能量管理等多種技術手段，以實現(xiàn)系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定、安全運行。隨著科技的不斷發(fā)展，我們相信這一技術將會越來越成熟和完善，為可再生能源的利用和發(fā)展做出更大的貢獻。五、風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制實驗研究為了進一步驗證風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制策略的有效性和可行性，本研究進行了實驗研究。實驗采用了模擬和實地測試兩種方式進行，以確保結果的全面性和準確性。實驗采用了小型風光互補發(fā)電系統(tǒng)，其中風力發(fā)電機和光伏電池板的容量根據(jù)實際應用場景進行選擇。同時，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，配備了相應的儲能裝置和逆變器。實驗過程中，通過調整風速和光照強度等環(huán)境因素，模擬不同天氣條件下的系統(tǒng)運行狀態(tài)。在模擬實驗中，通過調節(jié)風速和光照強度，模擬了多種天氣條件，包括晴天、多云、陰天以及風力變化等。同時，對系統(tǒng)的發(fā)電量、儲能裝置的充放電情況以及逆變器的運行效率等關鍵參數(shù)進行了實時監(jiān)測和記錄。實地測試中，選擇了具有代表性的地理位置進行安裝和測試。測試過程中，對系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行了長時間的監(jiān)測，以獲取更加真實可靠的數(shù)據(jù)。實驗結果表明，在不同的天氣條件下，風光互補發(fā)電系統(tǒng)均能夠穩(wěn)定運行，并實現(xiàn)電能的互補供應。在風速較低或光照不足的情況下，儲能裝置能夠釋放之前儲存的電能，保證系統(tǒng)的連續(xù)供電。同時，逆變器的運行效率也保持在較高水平，有效提高了電能的利用率。通過對實驗數(shù)據(jù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)，采用智能控制策略的風光互補發(fā)電系統(tǒng)，在發(fā)電量和穩(wěn)定性方面均優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)。儲能裝置的合理配置和使用，對于提高系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟性也具有重要意義。通過實驗研究，驗證了風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制策略的有效性和可行性。實驗結果表明，該系統(tǒng)能夠在不同天氣條件下穩(wěn)定運行，并實現(xiàn)電能的互補供應。智能控制策略的應用和儲能裝置的合理配置，進一步提高了系統(tǒng)的發(fā)電量和穩(wěn)定性。因此，風光互補發(fā)電系統(tǒng)作為一種清潔、可再生的能源供應方式，具有廣闊的應用前景和市場潛力。在未來的研究中，可以進一步探索風光互補發(fā)電系統(tǒng)在更大規(guī)模應用中的優(yōu)化和控制策略。六、結論與展望本研究對風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制技術進行了深入探討，針對風光互補發(fā)電系統(tǒng)的特性，提出了相應的控制策略。通過仿真和實際運行驗證，證明了所提控制策略的有效性。在風光互補發(fā)電系統(tǒng)中，通過最大功率點跟蹤控制策略，能夠確保風電機組和光伏電池板在各種環(huán)境條件下輸出最大功率。同時，儲能系統(tǒng)的引入和能量管理策略的制定，有效平抑了風光出力的波動性，提高了系統(tǒng)的供電可靠性和電能質量。所研究的智能控制方法如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡控制等，為風光互補發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化運行提供了新的思路。隨著新能源技術的快速發(fā)展和可再生能源在電力系統(tǒng)中的比重不斷提升，風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制技術將持續(xù)受到關注。未來研究可以從以下幾個方面展開：優(yōu)化控制策略：針對風光互補發(fā)電系統(tǒng)的特性，進一步優(yōu)化最大功率點跟蹤算法和能量管理策略，提高系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性。智能控制方法的應用：將更多的智能控制方法如深度學習、強化學習等應用于風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制中，實現(xiàn)更精準的系統(tǒng)運行控制和故障預測。儲能技術的創(chuàng)新：研究新型儲能技術，如固態(tài)電池、超級電容器等，提高儲能系統(tǒng)的能量密度和充放電速度，以滿足風光互補發(fā)電系統(tǒng)對儲能系統(tǒng)的更高需求。區(qū)域風光互補發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調控制：研究多個風光互補發(fā)電系統(tǒng)之間的協(xié)調控制策略，實現(xiàn)區(qū)域內的能源優(yōu)化配置和互補利用。風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制技術是新能源領域的研究熱點和難點。通過不斷優(yōu)化控制策略和創(chuàng)新技術手段，我們有信心實現(xiàn)風光互補發(fā)電系統(tǒng)的更高效、更穩(wěn)定、更智能的運行，為可再生能源的大規(guī)模應用和推廣做出貢獻。八、附錄本附錄列出了風光互補發(fā)電系統(tǒng)的關鍵技術參數(shù)和詳細數(shù)據(jù)表，包括風力發(fā)電機組的額定功率、轉速、風輪直徑等，以及光伏組件的轉換效率、開路電壓、短路電流等參數(shù)。這些數(shù)據(jù)為系統(tǒng)的設計和優(yōu)化提供了重要依據(jù)。本附錄附帶了風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制算法的源代碼，以便讀者深入了解和研究控制策略的實現(xiàn)過程。代碼采用C/C++語言編寫，包含了數(shù)據(jù)采集、處理、決策以及執(zhí)行等各個環(huán)節(jié)的功能實現(xiàn)。本附錄提供了系統(tǒng)運行過程中的日志記錄和故障信息，這些數(shù)據(jù)有助于分析系統(tǒng)運行狀態(tài)、性能表現(xiàn)以及潛在問題。通過對這些數(shù)據(jù)的分析，可以為系統(tǒng)的優(yōu)化和維護提供有力支持。本附錄列出了風光互補發(fā)電系統(tǒng)設計、安裝、運行和維護過程中應遵循的相關國家標準和行業(yè)規(guī)范，以確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。這些標準和規(guī)范包括但不限于電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則、風力發(fā)電機組設計要求、光伏系統(tǒng)安裝規(guī)范等。本附錄列出了在撰寫本文過程中引用的相關文獻和資料，以便讀者查閱和深入研究。參考文獻涵蓋了風光互補發(fā)電系統(tǒng)的基本原理、控制技術、優(yōu)化方法等多個方面，為本文的研究提供了重要的理論支持和實證依據(jù)。參考資料：風光互補發(fā)電系統(tǒng)是一種可持續(xù)、環(huán)保的能源系統(tǒng)，通過整合風能和太陽能資源，可以降低對傳統(tǒng)能源的依賴，減少環(huán)境污染?？刂萍夹g是風光互補發(fā)電系統(tǒng)的關鍵部分，直接影響系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。本文對風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行了綜述，探討了未來的研究方向和挑戰(zhàn)。隨著全球能源需求的增加，對清潔、可再生的能源的需求也日益增長。風能和太陽能作為兩種重要的可再生能源，具有廣泛的應用前景。風光互補發(fā)電系統(tǒng)結合了風能和太陽能的優(yōu)點，能夠實現(xiàn)能源的互補，提高能源利用率?？刂萍夹g是風光互補發(fā)電系統(tǒng)的核心，對于保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和優(yōu)化性能具有重要意義。本文主要對風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行綜述。風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制技術主要包括對光伏電池、風力發(fā)電機、儲能電池和功率轉換器的控制。根據(jù)不同的控制目標和策略，可以分為電壓型控制、電流型控制、最大功率點跟蹤控制等。風光互補發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏電池、風力發(fā)電機、儲能電池和功率轉換器等部件。光伏電池通過光電效應將光能轉化為電能；風力發(fā)電機通過風能驅動扇葉轉動，進而驅動發(fā)電機產(chǎn)生電能；儲能電池用于儲存電能，以供系統(tǒng)需要時使用；功率轉換器則將產(chǎn)生的電能進行轉換，以滿足不同設備的用電需求。電壓型控制是一種常見的風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制策略，主要通過控制逆變器的電壓幅值和相位來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。在并網(wǎng)狀態(tài)下，電壓型控制通過調節(jié)逆變器的輸出電壓，使其與電網(wǎng)電壓保持一致，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。電流型控制主要通過控制逆變器的電流幅值和相位來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。在并網(wǎng)狀態(tài)下，電流型控制通過調節(jié)逆變器的輸出電流，使其與電網(wǎng)電流保持一致，實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。最大功率點跟蹤控制是一種優(yōu)化控制方法，旨在使風光互補發(fā)電系統(tǒng)在各種環(huán)境下都能實現(xiàn)最大的功率輸出。該控制方法通過實時監(jiān)測環(huán)境條件和系統(tǒng)運行狀態(tài)，動態(tài)調整系統(tǒng)的運行參數(shù)，使系統(tǒng)始終保持在最佳的運行狀態(tài)。直接功率控制是一種針對功率轉換器的控制技術，通過直接調節(jié)功率轉換器的輸入功率來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制。該控制技術具有簡單直觀的優(yōu)點，但同時也存在一定的能源損耗。間接功率控制是一種通過對逆變器進行控制來實現(xiàn)對系統(tǒng)功率調節(jié)的控制技術。該控制技術可以通過調節(jié)逆變器的電壓和電流幅值來實現(xiàn)對系統(tǒng)功率的間接控制，具有較少的能源損耗。智能控制是一種基于現(xiàn)代控制理論和技術實現(xiàn)的控制技術，通過建立復雜的數(shù)學模型來實現(xiàn)對系統(tǒng)的優(yōu)化控制。智能控制具有高度的自適應性和靈活性，能夠在各種復雜環(huán)境下實現(xiàn)高效的控制系統(tǒng)性能優(yōu)化。風光互補發(fā)電系統(tǒng)控制技術是保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行和提高性能的關鍵。目前，已有很多研究致力于優(yōu)化風光互補發(fā)電系統(tǒng)的控制策略和方法，以實現(xiàn)更高的能源利用率和系統(tǒng)穩(wěn)定性。然而，仍存在許多未解決的問題和挑戰(zhàn)，如如何提高系統(tǒng)的自適應性和魯棒性，如何降低控制成本和提高效率等。因此，未來的研究應聚焦于創(chuàng)新性的控制技術和應用，以進一步推動風光互補發(fā)電技術的發(fā)展。能源是國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活必須的重要物質基礎。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，世界各國逐漸認識到能源對人類的重要性，更認識到常規(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)展的重要內容。風光互補發(fā)電系統(tǒng)是利用風能和太陽能資源的互補性，具有較高性價比的一種新型能源發(fā)電系統(tǒng)，具有很好的應用前景。風光互補，是一套發(fā)電應用系統(tǒng)，該系統(tǒng)是利用太陽能電池方陣、風力發(fā)電機（將交流電轉化為直流電）將發(fā)出的電能存儲到蓄電池組中，當用戶需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變?yōu)榻涣麟?，通過輸電線路送到用戶負載處。是風力發(fā)電機和太陽電池方陣兩種發(fā)電設備共同發(fā)電。最初的風光互補發(fā)電系統(tǒng)，就是將風力機和光伏組件進行簡單的組合，因為缺乏詳細的數(shù)學計算模型，同時系統(tǒng)只用于保證率低的用戶，導致使用壽命不長。隨著風光互補發(fā)電系統(tǒng)應用范圍的不斷擴大，保證率和經(jīng)濟性要求的提高，國外相繼開發(fā)出一些模擬風力、光伏及其互補發(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。在國外對于風光互補發(fā)電系統(tǒng)的設計主要有兩種方法進行功率的確定：一是功率匹配的方法，即在不同輻射和風速下對應的光伏陣列的功率和風機的功率和大于負載功率，主要用于系統(tǒng)的優(yōu)化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同輻射和風速下對應的光伏陣列的發(fā)電量和風機的發(fā)電量的和大于等于負載的耗電量，主要用于系統(tǒng)功率設計。國內進行風光互補發(fā)電系統(tǒng)研究的大學，主要有中科院電工研究所、內蒙古大學、內蒙古農(nóng)業(yè)大學、合肥工業(yè)大學等。各科研單位主要在以下幾個方面進行研究：風光互補發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化匹配計算、系統(tǒng)控制等。中科院電工研究所的生物遺傳算法的優(yōu)化匹配和內蒙古大學新能源研究中推出來的小型戶用風光互補發(fā)電系統(tǒng)匹配的計算即輔助設計，在匹配計算方面有著領先的地位，而合肥工業(yè)大學智能控制在互補發(fā)電系統(tǒng)的應用也處在前沿水平。據(jù)國內有關資料報道，運行的風光互補發(fā)電系統(tǒng)有：西藏納曲鄉(xiāng)離格村風光互補發(fā)電站、用于氣象站的風能太陽能混合發(fā)電站、太陽能風能無線電話離轉臺電源系統(tǒng)、內蒙微型風光互補發(fā)電系統(tǒng)等。風光互補發(fā)電系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、交流直流負載等部分組成，系統(tǒng)結構圖見附圖。該系統(tǒng)是集風能、太陽能及蓄電池等多種能源發(fā)電技術及系統(tǒng)智能控制技術為一體的復合可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。(1)風力發(fā)電部分是利用風力機將風能轉換為機械能，通過風力發(fā)電機將機械能轉換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，經(jīng)過逆變器對負載供電；(2)光伏發(fā)電部分利用太陽能電池板的光伏效應將光能轉換為電能，然后對蓄電池充電，通過逆變器將直流電轉換為交流電對負載進行供電；(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準的220v交流電，保證交流電負載設備的正常使用。同時還具有自動穩(wěn)壓功能，可改善風光互補發(fā)電系統(tǒng)的供電質量；(4)控制部分根據(jù)日照強度、風力大小及負載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態(tài)進行切換和調節(jié)：一方面把調整后的電能直接送往直流或交流負載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。發(fā)電量不能滿足負載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負載，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)中同時起到能量調節(jié)和平衡負載兩大作用。它將風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉化為化學能儲存起來，以備供電不足時使用。風光互補發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)風力和太陽輻射變化情況，可以在以下三種模式下運行：風力發(fā)電機組單獨向負載供電；光伏發(fā)電系統(tǒng)單獨向負載供電；風力發(fā)電機組和光伏發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合向負載供電?！窭蔑L能、太陽能的互補性，可以獲得比較穩(wěn)定的輸出，系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性和可靠性；●通過合理地設計與匹配，可以基本上由風光互補發(fā)電系統(tǒng)供電，很少或基本不用啟動備用電源如柴油機發(fā)電機組等，可獲得較好的社會效益和經(jīng)濟效益。中國現(xiàn)有9億人口生活在農(nóng)村，其中5%左右還未能用上電。在中國無電鄉(xiāng)村往往位于風能和太陽能蘊藏量豐富的地區(qū)。因此利用風光互補發(fā)電系統(tǒng)解決用電問題的潛力很大。采用已達到標準化的風光互補發(fā)電系統(tǒng)有利于加速這些地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展，提高其經(jīng)濟水平。另外，利用風光互補系統(tǒng)開發(fā)儲量豐富的可再生能源，可以為廣大邊遠地區(qū)的農(nóng)村人口提供最適宜也最便宜的電力服務，促進貧困地區(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)性負載，這就使系統(tǒng)的經(jīng)濟性變得非常差。可再生能源獨立運行村落集中供電系統(tǒng)的出路是經(jīng)濟上的可持續(xù)運行，涉及到系統(tǒng)的所有權、管理機制、電費標準、生產(chǎn)性負載的管理、電站政府補貼資金來源、數(shù)量和分配渠道等等。但是這種可持續(xù)發(fā)展模式，對中國在內的所有發(fā)展中國家都有深遠意義。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關注?；驹硎牵禾柲芎惋L能以互補形式通過控制器向蓄電池智能化充電，到晚間根據(jù)光線強弱程度自動開啟和關閉各類led室外燈具。智能化控制器具有無線傳感網(wǎng)絡通訊功能，可以和后臺計算機實現(xiàn)三遙管理(遙測、遙訊、遙控)。智能化控制器還具有強大的人工智能功能，對整個照明工程實施先進的計算機三遙管理，重點是照明燈具的運行狀況巡檢及故障和防盜報警。●小區(qū)(廣義)道路照明工程(小區(qū)路燈/庭院燈/草坪燈/地埋燈/壁燈等)。已被開發(fā)的新能源新光源室外照明工程有：風光互補led智能化路燈、風光互補led小區(qū)道路照明工程、風光互補led景觀照明工程、風光互補led智能化隧道照明工程、智能化led路燈等。我國部分地區(qū)的航標已經(jīng)應用了太陽能發(fā)電，特別是燈塔樁，但是也存在著一些問題，最突出的就是在連續(xù)天氣不良狀況下太陽能發(fā)電不足，易造成電池過放，燈光熄滅，影響了電池的使用性能或損毀。冬季和春季太陽能發(fā)電不足的問題尤為嚴重。天氣不良情況下往往是伴隨大風，也就是說，太陽能發(fā)電不理想的天氣狀況往往是風能最豐富的時候，針對這種情況，可以用以風力發(fā)電為主，光伏發(fā)電為輔的風光互補發(fā)電系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的太陽能發(fā)電系統(tǒng)。風光互補發(fā)電系統(tǒng)具有環(huán)保、無污染、免維護、安裝使用方便等特點，符合航標能源應用要求。在太陽能配置滿足春夏季能源供應的情況下，不啟動風光互補發(fā)電系統(tǒng)；在冬春季或連續(xù)天氣不良狀況、太陽能發(fā)電不良情況下，啟動風光互補發(fā)電系統(tǒng)。由此可見，風光互補發(fā)電系統(tǒng)在航標上的應用具備了季節(jié)性和氣候性的特點。事實證明，其應用可行、效果明顯。高速公路道路攝像機通常是24小時不間斷運行，采用傳統(tǒng)的市電電源系統(tǒng)，雖然功率不大，但是因為數(shù)量多，也會消耗不少電能，采用傳統(tǒng)電源系統(tǒng)不利于節(jié)能；并且由于攝像機電源的線纜經(jīng)常被盜，損失大，造成使用維護費用大大增加，加大了高速公路經(jīng)營單位的運營成本。應用風光互補發(fā)電系統(tǒng)為道路監(jiān)控攝像機提供電源，不僅節(jié)能，并且不需要鋪設線纜，減少了被盜了可能，有效防盜。但是我國有的地區(qū)會出現(xiàn)惡劣的天氣情況，如連續(xù)灰霾天氣，日照少，風力達不到起風風力，會出現(xiàn)不能連續(xù)供電現(xiàn)象，可以利用原有的市電線路，在太陽能和風能不足時，自動對蓄電池充電，確保系統(tǒng)可以正常工作。國內許多海島、山區(qū)等地遠離電網(wǎng)，但由于當?shù)芈糜?、漁業(yè)、航海等行業(yè)有通信需要，需要建立通信基站。這些基站用電負荷都不會很大，若采用市電供電，架桿鋪線代價很大，若采用柴油機供電，存在柴油儲運成本高，系統(tǒng)維護困難、可靠性不高的問題。要解決長期穩(wěn)定可靠地供電問題，只能依賴當?shù)氐淖匀毁Y源。而太陽能和風能作為取之不盡的可再生資源，在海島相當豐富，太陽能和風能在時間上和地域上都有很強的互補性，海島風光互補發(fā)電系統(tǒng)是可靠性、經(jīng)濟性較好的獨立電源系統(tǒng)，適合用于通信基站供電。由于基站有基站維護人員，系統(tǒng)可配置柴油發(fā)電機，以備太陽能與風能發(fā)電不足時使用。這樣可以減少系統(tǒng)中太陽電池方陣與風機的容量，從而降低系統(tǒng)成本，同時增加系統(tǒng)的可靠性。風光互補抽水蓄能電站是利用風能和太陽能發(fā)電，不經(jīng)蓄電池而直接帶動抽水機實行不定時抽水蓄能，然后利用儲存的水能實現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)電供電。這種能源開發(fā)方式將傳統(tǒng)的水能、風能、太陽能等新能源開發(fā)相結合，利用三種能源在時空分布上的差異實現(xiàn)期間的互補開發(fā)，適用于電網(wǎng)難以覆蓋的偏遠地區(qū)，并有利于能源開發(fā)中的生態(tài)環(huán)境保護。雖然與水電站相比成本電價略高，但是可以解決有些地區(qū)小水電站冬季不能發(fā)電的問題，所以采用風光互補抽水蓄能電站的多能互補開發(fā)方式具有獨特的技術經(jīng)濟優(yōu)勢，可作為某些滿足條件地區(qū)的能源利用方案。的應用向全社會生動展示了風能、太陽能新能源的應用意義，推動我國節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，促進資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的建設，具有巨大的經(jīng)濟、社會和環(huán)保效益。風光互補發(fā)電系統(tǒng)是針對通信基站、微波站、邊防哨所、邊遠牧區(qū)、無電戶地區(qū)及海島，在遠離大電網(wǎng)，處于無電狀態(tài)、人煙稀少，用電負荷低且交通不便的情況下，利用本地區(qū)充裕的風能、太陽能建設的一種經(jīng)濟實用性發(fā)電站風光互補發(fā)電系統(tǒng)解決方案主要應用于道路照明、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、地質勘探和野外考察工作站及其它用電不便地區(qū)的供電。風光互補發(fā)電系統(tǒng)主要由風力發(fā)電機、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能發(fā)電，晴天由太陽能發(fā)電，在既有風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，比單用風機和太陽能更經(jīng)濟、科學、實用。風能和太陽能都是清潔能源，隨著光伏發(fā)電技術、風力發(fā)電技術的日趨成熟及實用化進程中產(chǎn)品的不斷完善，為風光互補發(fā)電系統(tǒng)的推廣應用奠定了基礎。風光互補發(fā)電系統(tǒng)推動了我國節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，促進資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的建設。相信隨著設備材料成本的降低、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用。風力發(fā)電機是將風力機的機械能轉化為電能的設備。風力發(fā)電機分為直流發(fā)電機和交流發(fā)電機。(1)直流發(fā)電機。電勵磁直流發(fā)電機。該類發(fā)電機分自勵、它勵和復勵三種形式，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。這種發(fā)電機與電勵磁式直流發(fā)電機相比結構簡單，其輸出電壓隨風速變化，需在發(fā)電機和負載間增加蓄電池和控制系統(tǒng)，通過調節(jié)控制系統(tǒng)占空比來調節(jié)輸出電壓。由于直流發(fā)電機構造復雜、價格昂貴，而且直流發(fā)電機帶有換向器和整流子，一旦出現(xiàn)故障，維護十分麻煩，因此在實際應用中此類風力發(fā)電機較少采用。(2)交流發(fā)電機。交流發(fā)電機分：同步發(fā)電機和異步發(fā)電機。同步發(fā)電機在同步轉速時工作，同步轉速是由同步發(fā)電機的極數(shù)和頻率共同決定，而異步發(fā)電機則是以略高于同步發(fā)電機的轉速工作。主要有無刷爪極自勵發(fā)電機、整流自勵交流發(fā)電機、感應發(fā)電機和永磁發(fā)電機等。在小型風力發(fā)電系統(tǒng)中主要使用三相永磁同步發(fā)電機。三相永磁同步發(fā)電機一般體積較小、效率較高、而且價格便宜。永磁同步發(fā)電機的定子結構與一般同步電機相同，轉子采用永磁結構，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)電機省去了換向裝置和電刷，可靠性高，定子鐵耗和機械損耗相對較小，使用壽命長。光伏電池是直接將太陽能轉換為電能的器件，其工作原理是：當太陽光輻射到光伏電池的表面時，光子會沖擊光伏電池內部的價電子，當價電子獲得大于禁帶寬度eg的能量，價電子就會沖出共價鍵的約束從價帶激發(fā)到導帶，產(chǎn)生大量非平衡狀態(tài)的電子-空穴對。被激發(fā)的電子和空穴經(jīng)自由碰撞后，在光伏電池半導體中復合達到平衡。蓄電池作為風光互補發(fā)電系統(tǒng)的儲能設備，在整個發(fā)電系統(tǒng)中起著非常重要的作用。由于自然風和光照是不穩(wěn)定的，在風力、光照過剩的情況下，存儲負載供電多余的電能，在風力、光照欠佳時，儲能設備蓄電池可以作為負載的供電電源;蓄電池具有濾波作用，能使發(fā)電系統(tǒng)更加平穩(wěn)的輸出電能給負載;另外，風力發(fā)電和光伏發(fā)電很容易受到氣候、環(huán)境的影響，發(fā)出的電量在不同時刻是不同的，也有很大差別。作為它們之間的“中樞”，蓄電池可以將它們很好的連接起來，可以將太陽能和風能綜合起來，實現(xiàn)二者之間的互補作用。常用蓄電池主要有鉛酸蓄電池、堿性鎳蓄電池和鎘鎳蓄電池。隨著電儲能技術的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了越來越多新的儲能方式，如超導儲能、超級電容儲能、燃料電池等。由于造價便宜、使用簡單、維修方便、原材料豐富，而且在技術上不斷取得進步和完善，因此在小型風力發(fā)電及光伏發(fā)電中鉛酸蓄電池已得到廣泛的應用。本文設計的智能型風光互補發(fā)電系統(tǒng)采用鉛酸蓄電池作為儲能設備。風力資源還是太陽能資源都是不確定的，由于資源的不確定性，風力發(fā)電和太陽發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電具有不平衡性，不能直接用來給負載供電。為了給負載提供穩(wěn)定的電源，必須借助蓄電池這個“中樞”才能給負載提供穩(wěn)定的電源，由蓄電池、太陽能電池板、風力發(fā)電機以及控制器等構成的智能型風光互補發(fā)電系統(tǒng)能將風能和太陽能在時間上和地域上的互補性很好的銜接起來。風光互補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，它負責整個系統(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，功率管驅動電路，保護電路，通訊電路，輔助電源電路等。風力發(fā)電機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力發(fā)電機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導電性。r0是風力發(fā)電機的卸荷電阻，當風速過高時，風力發(fā)電機輸出電壓大于蓄電池過充電壓，單片機輸出脈沖(pwm)來控制q3開通，使多余的能量被消耗在卸荷電阻上，從而保護蓄電池。二極管d2和保險絲f1是為了防止蓄電池接反，當蓄電池接反時，蓄電池通過d2與f1構成短路回路，燒毀保險絲而切斷電路，從而保護控制器和蓄電池。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)生的開關損耗，本設計的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電路組成，一路是光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路，一路是風力發(fā)電系統(tǒng)主電路。緩沖電路由于電路中存在分布電感和感性負載，當mos管關斷時，將會在mos管上產(chǎn)生很大的浪涌電壓。為了消除浪涌電壓的危害，提高mos管工作可靠性和效率，常用的方法是使用緩沖電路。隨著社會的發(fā)展和能源的短缺，高科技和新技術得到廣泛的應用。新能源的發(fā)展和開發(fā)是人類發(fā)展的趨勢。風能和太陽能必將在這個資源稀缺的年代得到大力推廣和使用。我國可以在這方面努力，爭取在新能源方面走在世界的前列。隨著全球對可再生能源需求的日益增長，風光互補發(fā)電系統(tǒng)在能源領域中占據(jù)了越來越重要的地位。這種系統(tǒng)結合了風能和太陽能的優(yōu)點，旨在提供穩(wěn)定、高效且環(huán)保的電力供應。然而，風光互補發(fā)電系統(tǒng)面臨著多種復雜的問題，如風速和光照強度的波動性、電力儲存技術的限制等。解決這些問題，關鍵在于實現(xiàn)風光互補發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調控制。風光互補發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調控制主要涉及兩個方面：一是不同類型能源的互補性，二是不同系統(tǒng)組件的協(xié)調性。從能源類型上看，風能和太陽能是兩種具有互補性的可再生能源。在一天中，風能和太陽能的供應通常不會同時達到峰值。例如，在清晨和傍晚，太陽光照強度降低，但風速可能會增強；而在中午，太陽光照最強，風速卻可能減弱。這種能源供應的互補性使得風光互補發(fā)電系統(tǒng)能夠在不同時間段內提供相對穩(wěn)定的電力輸出。然而，要實現(xiàn)風光互補發(fā)電系統(tǒng)的協(xié)調控制，還需要系統(tǒng)內部各個組件的協(xié)調性。這包括對風力發(fā)電機組、太陽能電池板、電力儲存設備