分布式风光互补并网发电系统研究与应用

分布式风光互补并网发电系统研究与应用

李恺 1 孙玉祥 2 陈晓东 3

国网山东省电力公司潍坊供电公司 山东 潍坊 261000 2. 国网山东省电力公司潍坊市寒亭区供电公司 山东 潍坊 261000 3. 国网山东省电力公司潍坊供电公司 山东 潍坊 261000

摘要：本文首先分析了风光互补发电系统，接下来详细阐述了系统主要工作原理，最后对分布式风光互补并网发电系统设计及应用作具体论述，希望通过本文的分析研究给行业内人士以借鉴和启发。

关键词：分布式；并网；风光互补

引言

随着人类经济、社会的高速发展，人们对能源需求量也在急剧增加，能源问题也越来越多受到了人们关注。人类赖以生存和发展的能源主要依赖于石油、天然气、煤炭等化石燃料，这些化石燃料都是不可再生资源。随着人口增长及社会生活水平提高，能源消耗将持续增长，这些不可再生化石能源将会越来越少，直至枯竭，同时也带来了严重的环境污染和生态系统破坏。充分利用可再生清洁能源是解决能源需求和破坏生态环境问题的必由之路。风能和太阳能作为一种最普遍易得、清洁无污染的可再生能源得到了人们广泛重视。风能和太阳能在时间上、季节上的互补性，使风光互补供电系统成为一种较理想的应用模式，具有很好的应用前景。近年来，随着经济社会的发展，内蒙古许多边远地区都接通了常规电网，而这些边远地区又处于电网末端，电网的电能波动较大。但内蒙古的风能和太阳能资源比较丰富，分布式风光互补并网发电系统有着能源互补的优势，能够有效地改善这些边远地区电能质量。

1风光互补发电系统概述

典型的风光互补发电系统包括风力发电机、太阳能电池板、蓄电池组、风光互补控制器、逆变器、卸载负载、直流负载和交流负载。风光互补发电系统一般分为两类,一类是独立的离网发电系统,一类是并网运行的并网发电系统。在风光互补并网发电系统中,要求逆变器为并网逆变器。风光互补发电系统就是将风力发电和太阳能发电逸两种发电形式有效的结合起来,共同对负载提供电能的发电系统。作为可利用的自然可再生能源,风能和太阳能在转换过程中均受季节、地理和天气气候等多种因素的制约。根据太阳能和风能这两种能量的对比分析可发现,两者的变化趋势基本上是相反的,它们在时间方面和地理方面的都具有比较强的互补性:在白天,光照强度比较强风比较小;在晚上,光照强度比较弱风比较大。在夏季,光照强度比较强风比较小;在冬季,光照强度比较弱但风却很大。通过上述观察可以得到,这两种能量可以相互配合利用,发挥各自的长处,克服各自的缺点,发挥出两种能量的最大作用。整个风光互补发电系统按环节划分可分为能量产生环节、能量存储环节、能量消耗环节部分。能量产生环节由风力发电机组和太阳能光伏阵列组成,负责将风能和太阳能转化为电能;能量存储环节为蓄电池或其他储能装置,它负责将风力发电机组和太阳能光伏阵列产生电能储存起来,以备系统供电不足的时候使用,起到稳定供电的作用;能量消耗环节指系统的负载,其中包括直流负载和交流负载。

2系统主要工作原理

风力发电机将风能转换成三相交流电输入风力发电机控制器，风力发电机控制器一方面通过各种信号监测对风力发电机进行调节控制，另一方面将风力发电机输出的交流电整流成直流电输入风光互补系统控制器；太阳能光伏组件将太阳能转化为直流电输入光伏控制器，光伏控制器一方面通过各种信号监测对光伏能量输出进行控制，另一方面将光伏组件输入的能量输入风光互补系统控制器；风光互补系统控制器一方面将风力发电机控制器和光伏组件控制器进行同步控制与调配，另一方面将风力发电机发出的电和光伏组件发出的电输入并网逆变器，经并网逆变器逆变成同电网等压、等频、同相位的交流电输入电网，所供电能主要供就近用户使用，多余或不足的电能通过电网来调节。

3分布式风光互补并网发电系统设计及应用

3.1设计方法

分布式风光互补发电系统主要根据系统安装地点的风能和太阳能资源、用电负荷大小及用户用电要求进行设计。具体风力发电机组和光伏组件容量需根据用户日均用电量设计，逆变器容量根据风力发电机组最大输出功率和光伏组件最大输出功率之和设计；系统发电量应大于等于用户负载用电量。

3.2应用于航标

太阳能航标在我国大部分地区均有所应用，它主要的依据为天气情况，如果天气条件不好，太阳能发电则不能满足需求，进而需要风能发电，此时便弥补了天气条件恶劣的空缺。通常情况下，在春季与夏季，太阳能配置均能够满足供电的需求，此时，风光互补系统则不被启动;但在冬季或者天气状况不良时，太阳能发电的效果较差，此时，则要启动系统，发挥风能发电的作用。

3.3应用于并网发电

并网发电过程中，光伏产品的应用是重要的，在发达国家，对于此产品的应用达到了80%，而在我国，未能有效利用光伏产品。在今后发展过程中，并网发电要积极应用光伏产品。如果在沙漠中安装光伏产品，其总容量是可观的，但如今，我国的装机容量较少。风光互补发电系统应用于电网建设，不仅可以减少建设的成本，还可以降低能源的损耗，因此，我国在可再生能源的应用方面具有广阔的市场。

4风光互补发电系统的优化

太阳能与风能二者的混合利用技术是由丹麦科学家提出来的，在1981年，科学家将风力机与光伏组件进行了简单的组合，此时，对两种能源的利用不够充分。此后，世界各国均开始研究风光互补，主要是由于该系统满足了可持续发展的需求，在技术不断改进与完善后，于1982年，风光互补发电系统进行了实际应用。近几年，国内外学者均十分关注对风光互补发电系统的研究。在国外方面，主要研究了系统的合理配置与优化设计等，加拿大科学家通过研究，建立了独立的小型风光发电系统，此系统具有良好的可靠性与较低的成本，它以负载为依据，对风光资源进行了合理的配置，使得该系统发电成本得到了控制，同时也提高了系统的安全性、可靠性与可行性。在国内方面，主要研究了系统的性能、效率与控制策略等，有研究构建了风光发电系统的变结构仿真模型，在此模型的作用下，用户可以对不同结构的风光发电系统进行重构，并且利用计算机进行仿真计算，进而全面了解了系统的性能、运行效率与控制策略;部分石油公司也对风光互补发电系统进行了研究，主要是为了保证边际油田的高效开发，在研究过程中，对油田的特殊性、工程的实效性等因素均给予了考虑;在移动通信方面，也研究了风光互补系统，将其应用到了移动通讯配置中，有效解决了设备供电难的问题。

5Modbus-RTU通讯规约

为了实时监测风光互补发电系统的运行状况,我们要在系统的多个位置安装测量仪表,包括测量电气参数的电力仪表、测量风速及风向的风速仪和测量太阳光照强度的福照仪等。我们需要把仪表测量的数据采集并通巧到监控及评估系统的中显示,这样就需要获得仪表的通巧规约,我们选用的测量仪表均采用Modbus-RTU通讯规约。Modbus-RTU通讯协议采用在一根通讯线上主从应答的通讯连接方式。首先,主计算机发出的信号找到一台唯一地址的从机设备,然后,从机设备发出的应答信号以相反的方向发送给主计算机,即在一根单独的通讯线路上信号沿着相反的两个方向传输要通讯的数据流。

结语

分布式风光互补并网发电系统利用了风能、太阳能在时间上和季节上的互补性，与单独的分布式风力、光伏并网发电系统相比，电能输出持续稳定，能起到改善电网末端电能波动的作用。

参考文献

［1］胡林静，赵洋．独立风光互补供电系统容量优化设计［C］．全国信号和智能信息处理与应用学术会议专刊，2016(20):89-90．

［2］张斌．通信基站的风光互补供电系统设计方案分析［J］．大科技，2016(19):56-57．