风光互补发电（控制器）论文
概论
1.1能源问题
能源是国民经济发展和人民生活必须的重要物质基础，在过去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大的推动了人类社会的发展。但是人类在使用化石燃料的同时，带来了严重的环境污染和生态系统破坏。随着不可再生的能源急剧减少，近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏，各国纷纷开始根据国情，治理和缓解已经恶化的环境，并把可再生、无污染的新能源的开发利用作为可持续发展的重要内容。
可再生能源包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源。水能发电技术已经比较成熟，但是其局限性大。生物质能发电导致其他生物威胁人类生存环境，地热能发电破坏地球环境……
1.2能源选择趋势
人们经过论证尝试之后最终认为自然界的太阳能和风能是最为清洁绿色的可再生能源，再加上其再地球上分布的广泛和取之不尽用之不竭的特性。势必成为可再生能源发电能源的最佳选择。各国也根据自身的基本国情制定了一系列的推广政策，2008年3月我国发改委发布了《可再生能源发展“十一五”规划》。在其中明确提出在“十一五”期间，“加快发展风能、太阳能、生物质能等可再生能源”。
人们加快了研究太阳能发电和风能发电的步伐。然而太阳能、风能都具有能量密度低、稳定性差的特点，并且受地理分布、季节变化、昼夜变化等因素影响，单独的风能发电和太阳能发电最终效果都不理想。然而人们发现太阳能在白天和夏季丰富，而风能在晚上和春秋较为丰富。太阳能和风能这种天然的昼夜互补性和季节互补性，可以消除稳定性差的弱点，也使得它们组成能量互补系统—风光互补发电系统成为一种必然。
1.3风光互补发电的优势
风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，是一种具有较高性价比并且可以保证用电可靠性的一种新型能源发电系统，具有很好的推广应用前景。
二：当前现状
最初的风光互补发电系统，就是将风力机和光伏组件进行简单的组合，因为缺乏详细的数学计算模型，同时系统只用于保证率低的用户，导致使用寿命不长。系统设计的难点在于风能太阳能充电电路的调节，即控制器的设计。
近几年随着风光互补发电系统应用范围的不断扩大，保证率和经济性要求的提高，国外相继开发出一些模拟风力、光伏及其互补发电系统性能的大型工具软件包。通过模拟不同系统配置的性能和供电成本可以得出最佳的系统配置。其中colorado state university和national renewable energy laboratory合作开发了hybrid2应用软件。 hybrid2本身是一个很出色的软件，它对一个风光互补系统进行非常精确的模拟运行，根据输
入的互补发电系统结构、负载特性以及安装地点的风速、太阳辐射数据获得一年8760小时的模拟运行结果。但是hybrid2只是一个功能强大的仿真软件，本身不具备优化设计的功能，并且价格昂贵，需要的专业性较强。
在国外对于风光互补发电系统的设计主要有两种方法进行功率的确
定：一是功率匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的功率和风机的功率和大于负载功率，只要用于系统的优化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的发电量和风机的发电量的和大于等于负载的耗电量，主要用于系统功率设计。
目前国内进行风光互补发电系统研究的大学，主要有中科院电工研究所、内蒙古大学、内蒙古农业大学、合肥工业大学等。各科研单位主要在以下几个方面进行研究：风光互补发电系统的优化匹配计算、系统控制等。目前中科院电工研究所的生物遗传算法的优化匹配和内蒙古大学新能源研究中推出来的小型户用风光互补发电系统匹配的计算即辅助设计，在匹配计算方面有着领先的地位，而合肥工业大学智能控制在互补发电系统的应用也处在前沿水平。
据国内有关资料报道，目前运行的风光互补发电系统有：西藏纳曲乡离格村风光互补发电站、用于气象站的风能太阳能混合发电站、太阳能风能无线电话离转台电源系统、内蒙微型风光互补发电系统等。
三、风光互补发电系统合理设计：
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的一套系统。该系统的优点是系统供电可靠性高，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，然而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的一套系统。该系统的优点是系统发电量较高，系统造价较低，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，这也是引起蓄电池组使用寿命降低的主要原因。
由于太阳能与风能的互补性强，风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷。同时，风电和光电系统在蓄电池组和逆变环节是可以通用的，所以风光互补发电系统的造价可以降低，系统成本趋于合理。
风光互补发电系统可以根据用户的用电负荷情况和资源条件进行系统容量的合理配置，即可保证系统供电的可靠性，又可降低发电系统的造价。无论是怎样的环境和怎样的用电要求，风光互补发电系统都可作出最优化的系统设计方案来满足用户的要求。应该说，风光互补发电系统是最合理的独立电源系统。目前，推广风光互补发电系统的最大障碍是小型风力发电机的可靠性问题。
几十年来，小型风力发电机技术有了很大的发展，产业发展也取得了一定的成就，但从根本上说，可靠性问题一直没有得到解决。长期以来，出于成本上的考虑，先进的液压控制技术没有在小型风力发电机的限速保护上采用，只是根
据空气动力学原理，采用简单的机械控制方式对小型风力发电机在大风状态下进行限速保护。机械限速结构的特点是小型风机的机头或某个部件处于动态支撑的状态，这种结构在风洞试验的条件下，可以反映出良好的限速特性，但在自然条件下，由于风速和风向的变化太复杂，而且自然环境恶劣，小型风力发电机的动态支撑部件不可避免的会引进振动和活动部件的损坏，从而使机组损坏。
目前最好的小型风力发电机只保留了三个运动部件（运动部件越少越可靠已是大家的共识），一是风轮驱动发电机主轴旋转，二是尾翼驱动风机的机头偏航，三是为大风限速保护而设的运动部件。前两个运动部件的不可缺少的，这也是风力发电机的基础，实践中这两个运动部件故障率并不高，主要是限速保护机构损坏的情况多。要彻底解决小型风力发电机的可靠性问题必须在限速方式上有最好的解决方法。
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，发电系统各部分容量的合理配置对保证发电系统的可靠性非常重要
四、系统配置应考虑以下几方面因素：
1、用电负荷的特征
发电系统是为满足用户的用电要求而设计的，要为用户提供可靠的电力，就必须认真分析用户的用电负荷特征。主要是了解用户的最大用电负荷和平均日用电量。
最大用电负荷是选择系统逆变器容量的依据，而平均日发电量则是选择风机及光电板容量和蓄电池组容量的依据。
2．太阳能和风能的资源状况
项目实施地的太阳能和风能的资源状况是系统光电板和风机容量选择的另一个依据，一般根据资源状况来确定光电板和风机的容量系数，在按用户的日用电量确定容量的前提下再考虑容量系数，最后光电板和风机的容量.
目前研究影响风光互补发电系统优劣的两个主要因素就是：风光互补功率以及蓄电池容量的选择匹配、控制系统对蓄电池充电、放电的控制保护。
风光互补发电系统的结构
风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载等部分组成，系统结构图见附图。该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。
风光互补发电系统结构图
(1)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，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电；
(2)光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电，通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电；
(3)逆变系统由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的220v 交流电，保证交流电负载设备的正常使用。同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量；
(4)控制部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节：一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性；
(5)蓄电池部分由多块蓄电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电系统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。
风光互补发电系统根据风力和太阳辐射变化情况，可以在以下三种模式下运行：风力发电机组单独向负载供电；光伏发电系统单独向负载供电；风力发电机组和光伏发电系统联合向负载供电。
风光互补发电比单独风力发电或光伏发电有以下优点：
●利用风能、太阳能的互补性，可以获得比较稳定的输出，系统有较高的稳定性和可靠性；
●在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量[5]；
●通过合理地设计与匹配，可以基本上由风光互补发电系统供电，很少或基本不用启动备用电源如柴油机发电机组等，可获得较好的社会效益和经济效益。
控制器是风光互补发电系统中保证系统连续性和工作稳定性的核心，本论文主要度控制器进行研究论证说明。
风光互补控制器
离网型补发电控制器的国标要求GB/T19115
当地年平均风速大于 3.5m/s，同时年度太阳能辐射总量不小于5000Mj/㎡是风光互补发电系统的推荐使用地区。
风光互补控制器：既能将从风力发电就组获得的交流电能（也允许风力发电机组直流输入）转换成直流电能，存入储能电池或者直接使用，又能够从太阳能电池组件获得的直流电能存入储能蓄电池或者直接使用的换流及控制系统。
系统
1、控制器必须有风力发电充电电路和光伏充电电路。两充电通道要各
自独立和有效隔离。
2、控制器风电充电电路的最大功率要大于或等于风力发电机组额定
输出功率的2倍。
3、控制器光伏充电电路的最大功率要大于系统光伏功率的1.5倍
控制器的技术要求：
1、控制器光伏充电电路应满足以下技术要求
①光伏充电电路可承受的最大电压为太阳能电池组件额定电压的1.5倍
②光伏充电电路可承受最大电流为太阳电池组件短路电流的1.5倍
③光伏充电电路电压降≤1.2V
④应有防止反接的电路保护
⑤应具有防止蓄电池通过太阳能电池组件反向放电的保护功能
2、控制器应具有风力发电机组充电输入端、光伏充电电路输入端、蓄电
池及地端、逆变器接线段的明显标志。
3、在多雷区或者特殊环境中使用的控制器应有防雷措施。
4、控制器整机与风力发电充电电路应符合JB/T6939.1要求。
电性能要求：
当系统的直流电压在额定电压值的90%-120%范围变化时，系统的交流输出频率应保持在50Hz±2.5Hz范围内，即频率稳定度的±5%。
输出为额定功率，当系统的直流电压在额定值的90%-120%范围内变动时，系统交流输出电压变化范围不超过额定值的±10%。
输出波形为正弦波的系统，正弦波的失真度不超过±5%。
系统的保护功能
蓄电池欠压保护
蓄电池过充保护
短路保护
过负荷保护
系统应有有效防止风力发电机组空载电压冲击措施，保证在出现最大空载电压时，系统内所有电器设备包括系统外部的用电器均能够的到有效保护。
系统的显示器
风力发电机组充电显示
太阳电池组件充电显示
蓄电池电压状态显示
控制器、逆变器工作正常显示
各种保护状态显示
系统显示可利用控制器、逆变器的显示，也可以独立设置。应在说明书中加以明确。
除蓄电池电压状态应设置精度较高的电压表显示外，其余显示可使用各种显示器。
控制器的工作原理
太阳能光伏、风力发电控制器是对光伏电池板和风力发电机所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量按蓄电池的特性曲线对蓄电池组进行充电，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。
控制器采用PWM无级卸载方式控制风机和太阳能电池对蓄电池进行智能充电。在太阳电池板和风力发电机所发出的电能超过蓄电池存储量时，控制系统必须将多余的能量消耗掉。普通的控制方式是将整个卸荷全部接上，此时蓄电池一般还没有充满，但能量却全部被消耗在卸荷上，从而造成了能量的浪费。有的则采用分阶段接上卸荷，阶段越多，控制效果越好，但一般只能做到五六级左右，所以效果仍不够理想。最好的控制方式是采用PWM（脉宽调制）方式进行无级卸载，即可以达到上千级的卸载。所以，在正常卸载情况下，可确保蓄电池电压始终稳定在浮充电压点，而只是将多余的电能释放到卸荷上。从而保证了最佳的蓄电池充电特性，使得电能得到充分利用。
由于蓄电池只能承受一定的充电电流和浮充电压，过电流和过电压充电都会对蓄电池造成严重的损害。风光互补控制器通过单片机实时检测蓄电池的充电电压和充电电流，并通过控制风机充电电流和光伏充电电流来限制蓄电池的充电电压和充电电流，确保蓄电池既可以充满，又不会损坏。从而确保了蓄电池的使用寿命。
风光互补控制器采用液晶显示蓄电池电压和充电电流，使得用户能够直观了解蓄电池的电压状态，从而使产品设计更加人性化。
数字化智能控制，核心器件采用功能强大的单片机进行控制，使得外围电路结构简单，且控制方式和控制策略灵活强大，从而确保了优异的性能和稳定性。
另外，风光互补控制器具有完善的保护功能，包括：防雷、太阳能防反充、过电压自动刹车、蓄电池反接和开路保护等。核心控制元件采用美国原装微控制器，功率器件则采用优质的美国原装IR 器件。设备充电效率高，空载损耗低。经大量实践证明，该系统运行安全、稳定、可靠，使用寿命长。具有较高的性能价格比。
PWM(宽频调制)
1．
PWM 技术定义
PWM (Pulse Width Modulation)控制就是脉宽调制技术：即通过对一系列脉
冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值)。
2． PWM 重要理论基础
PWM 重要理论基础——面积等效原理。
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。 3
对于正弦波的负半周，采取同样的方法，得到PWM波形，因此正弦波一个完整周期的等效PWM波如下 （单极性调制）：
采用上述调制方式的PWM称为SPWM波，通过其控制功率器件，使得输出的波形经过滤波后为正弦波。SPWM波的调制方式还存在下面这种方式（双极性调制）：
使用WPPT技术对风力发电机组和光伏电池板的最大功率点进行跟踪。从而得到系统最大的输出功率。
最大功率点跟踪（MPPT）
(MPPT控制方法以光伏发电为例)定步长算法
图4是具有定步长的MPPT一阶差分算法框图。实现太阳能光伏阵列的最大功率点跟踪实质上是一个自寻优过程，通过对光伏阵列当前时刻输出电压与电流的检测，得到当前时刻光伏阵列输出功率，再与已被存储的前一时刻光伏阵列功率值比较，舍小存大，再检测，再相比较，如此不停地周而复始，便可使光伏阵列动态地工作在最大功率点上。功率达到最大
值时满足：
3.2 变步长控制算法
由光伏阵列的I-V特性曲线可知，只有当光伏阵列工作在最大功率点时，光伏阵列才能输出最大功率。定步长的MPPT一阶差分算法是以光伏阵列输出功率最大为跟踪目标的。但在实际系统中，最重要的是负载获得的功率是否为最大。基于此提出以负载获得功率的变化代替以光伏阵列输出功率的变化来进行最大功率点跟踪的控制策略。同时，根据电网电压基本上为恒定值的特性，对注入电网的电流的变化进行最大功率点跟踪。在具体控制算法上采用改进的变步长电压扰动法，当离最大功率点较远时，步长较大，寻优速度加快；当接近最大功率点时，步长较小，逐渐地逼近最大功率点；当非常接近最大功率点时，系统稳定在该点工作，最终实现光伏阵列的真正最大功率点跟踪。电流在实际的跟踪过程中，搜索步长要根据当前光伏阵列的工作点相对于最大功率点的距离而做出相应改变；同时，在搜索过程中，为了避免误判断设置了光伏阵列工作电压的上下限幅值。相应的控制框图如图5所示。
风力发电最大功率点跟踪控制
风力发电机工作原理
风力发电系统就是江风能转成电能的装置，主要有风力机（风能转换成机械能）、发电机（机械能转换成电能）、控制器、电力变换等部分组成。风力发电系统风力机选择和能量特性不再详述，见“分布式风光互补控制器”论文。下面主要讨论一下风力发电最大功率输出问题。
风力发电的最大功率点跟踪(MPPT)控制方法可以大致分为三类：叶尖
速比控制、最大负载功率曲线控制、最大功率点搜索控制。
叶尖速比控制的计算系数受外界因素影响，难以精确计算风速，算法移植困难因此，此方法很少用于风光互补发电系统。
最大负载功率曲线控制要求事先测得风机转速和最大负载功率之间的关系曲线。由于不同的风机的最大负载功率曲线不同，所以算法的移植性较差，而且很难找到风机转速和最大功率之间的准确关系，这样就直接影响控制精度，但控制算法比较简单。
最大功率点搜索控制法不需要测风速的设备，也不需要知道风机的准确功率特性曲线，系统有自动跟随与自适应的能力。在这种控制方案控制下，即使风速稳定，发电机最终的功率输出也会有小幅度的波动，这种波动是系统调节上的需要，不可消除的，也是这个控制算法的一个缺点，但是，与一般的闭环控制系统不同，风力发电系统由于受风速的随机性与波动性
的影响，其输出一般不需要十分高的精度与稳定，所以在允许范围内的小幅度波动是可以接受的。采用变步长扰动法，在一定程度上可降低这种波动幅度。
最大功率的搜索控制法框图
光伏发电的最大功率点跟踪控制策略
光伏阵列工作特性
使用过程中，总是希望太阳电池输出大电流、高电压。下面是理想的PN 结太阳电池I—v方程。
式中，Is，Vs。分别为太阳电池的输出电流和输出电压；Isc、Io分别为太阳电池
的短路电流和PN结反向饱和电流；K是玻尔兹曼常数；
T为
温度；q为电子电荷量。
太阳电池I-v特性曲线是在某一确定的日照强度和温度下，太阳电池的输出电压和输出电流之间的关系如上图所示。I-v特性曲线表明太阳能电池既非恒压源，也非恒流源，而是一中非线性直流电源，输出电流在大部分工作
电压范围内相当恒定，最终在一个足够高的电压之后，电压迅速下降至零。根据特性曲线可以定义出太阳电池的几个重要技术参数：
1)短路电流(Isc)；在给定温度日照条件下所能输出的最大电流。
2)开路电压(V oc)；在给定温度日照条件下所能输出的最大电压。
3)最大功率点电流(Im)；在给定温度日照条件下最大功率点上的电流。
4)最大功率点电压(Vm)；在给定温度日照条件下最大功率点上的电压。
5)最大功率(Pm)：在给定温度日照下所能输出的最大功率。
改变日照强度而保持其他条件不变。由图2—7可见，短路电流Isc线性地与曰照强度成正比，而开路电压的变化很慢，成对数关系。即以及
，其中S为目照强度，单位是W/㎡。
当电池温度发生变化时，由图2—8可见，开路电压V oc线性地随电池温度变化，而短路电流Isc略微变化。这里指的时太阳电池温度的变化，而不是环境温度。环境温度与电池温度的关系依赖与日照强度，见图2—9。
在一定温度、日照条件下，太阳电池的输出功率具有最大值。光伏发电过程中，太阳电池的内阻不仅受日照强度的影响，而且还受环境温度及负载的影响。要想在光伏发电时得到最大的功率，必须不断改变负载阻抗的大小，从而达到光伏阵列与负载的最佳匹配，以提高系统的效率。负载工作点亦称为静态工作点，它由光伏阵列和负载的伏安特性曲线相交的位置决定。对不同负载，它们的伏安
特性不同，显然工作点不同，光伏阵列相应的输出功率也不同。图2—9为光伏
阵列连接蓄电池负载在不同工作条件下的负载工作点。由图中可以看出，蓄电池
的输入特性曲线接近光伏阵列的最大功率线，两者本身具有良好的匹配特性。因
此，在系统中只要合理选择太阳电池的串并联个数，使阵列在最大功率点
附近的
运行电压近似于蓄电池的端电压，就可以近似地实现恒定电压下最大功率跟踪功
能，从而省去最大功率点(MPPT)控制器，降低了系统的成本。
恒压控制法在一定温度下，光伏电池板在不同光照强度下的最大功率点总是近似的处于某一恒定的电压值Vm附近，在这一点电池板输出的功率为Pm。因此，只需要通过负载阻抗的匹配，使得在光伏电池板的输出电压稳定在Vm附近，就可以实现最大功率点控制。但是在同样的光照强度下，最大功率点还受到温度的影响，也就是说，在不同温度下，Vm的值不是一个定值，尤其是在温度变化比较大的情况下，这种影响更为明显，这也是这种控制方法的缺陷所在。由于这种方法控制比较简单，容易实现，因此在温度变化不是很明显的情况下，经常采用。
扰动观察法光伏发电扰动观察法和上文风力发电控制中提到的最大功率点搜索法相似，是目前常用的MPPT控制方法之一。其原理是每隔一定的时间增加或者减少光伏电池端电压，井观测其后的功率变化方向，来决定下一步的控制信号。
控制方程可以简述如下：
扰动观察法的控制方程可以分为两个方程：P方程(扰动方程)和。方程(观察方程)。P&O法先扰动光伏电池输出电压值，再对扰动后的光伏电池
输出功率进行观测，与扰动之前功率值相比，若扰动后的功率值增加，则扰动方向S不变：若扰动后的功率值减小，则改变扰动方向S。其控制框图如图所示。
这种控制方法的最大优点在于其结构简单，被测参数少。其缺点是由于始终有“扰动”的存在，其输出会有一定的微小波动，在最大功率跟踪过程中将导致些微功率损失，同样为了增加控制的精度，可以采用变步长扰动观察法。
综上所述二种方法的优缺点二者结合起来，控制思想如下：首先根据经验值Vm，采用CVT启动，因为CVT法有良好的启动特性，然后采用扰动观察法，取得最大功率点，这样的便获得一个最大功率点处的Vm，由于温度不可能突变，因此在一定时间内，光伏发电系统的Vm基本保持不便；然后采用CVT法，将系统的输出电压控制在测得的Vm附近。过一段时间后，重复上述步骤，实现光伏发电系统最大功率输出控制。
蓄电池充电控制策略
蓄电池的寿命直接影响发电系统的使用成本。影响蓄电池寿命的因素很多，研究发现：电池充电过程对电池寿命影响最大，放电过程的影响较少。也就是说，绝大多数的蓄电池不是用坏的，而是“充坏”的。由此可见，对蓄电池的充放电控制很重要，采用正确的充放电方式，能有效延长蓄电池的使用寿命，降低使用成本。
蓄电池的充电方法
蓄电池的充电方法一般可以分为三种：恒流充电、恒压充电和分段式充电。
1)恒流充电
蓄电池恒流充电就是控制蓄电池的充电电流，使其保持在一个恒定值附近。这种充电方法开始充电阶段电流过小，而在充电后期充电电流又过大，整个充电时间较长，这种方法已经很少采用了。可以对这种方法进行改进，即分段式恒流充电，就是为了避免后期充电电流过大，在充电后期时，将充电电流减小。
2)恒压充电
恒压充电就是对蓄电池以某一恒定电压进行充电，因此这种方法的初期充电电流相当大，随着充电过程的进行，电流逐渐减小，在充电的终期只有很小的充电电流，在充电过程中不要调整电流，充电电流自动减小。这种方法在蓄电池的充电初期，电流很大，可能会损坏蓄电池。在这种方法的基础上，产生了改进的恒压限流充电方法。即在充电回路串联一个电阻，称为限流电阻。当充电电流大时，限流电阻的压降会增大，这样就降低了蓄电池两端的充电电压，当电流小时，限流电阻上的压降变小，从而增加蓄电池两端的充电电压，自动调整充电电流，也称作准恒压充电法。
3)分段式充电
分段式充电方法就是将整个充电过程进行分段控制，每一段采用一种充电方法。根据蓄电池的特性可知，在蓄电池电压较低时，其接受电流的能力较强，允许充电电流较大；随着蓄电池电压的上升，其接受电流的能力逐渐减弱。为了保护蓄电池，必须降低充电电流，其理想充电电压电流曲线
如图
T1(一般可以通过蓄电池电压来确定，表示蓄电池当前的荷电状态)时刻之前，蓄电池接受电流能力较强，采用恒流充电，也就是使用大电流给蓄电池充电；到达Tl时刻后，蓄电池电压较高，接受电流能力下降，此时采用恒压给蓄电池充电。这种充电方法考虑了蓄电池的特性，能够合理快速地给蓄电池充电，是目前较多采用的蓄电池充电方法，建议控制器采用该方法对蓄电池进行充电。
电池的运行方式
要想实现对蓄电池的合理快速充电，必须首先弄清楚蓄电池的运行方式。蓄电池组一般有三种运行方式：充放电制(循环制)、连续浮充制和半浮充制。
1)充放电制
充放电制也称循环制，蓄电池的工作方式是：完全放电，然后充电，再完全放电、再完全充电如此循环。这种工作方式多用于移动型、小容量的便携蓄电池，如蓄电池车、手提式工具等。
2)连续浮充制
连续浮充制就是昼夜就将蓄电池组和整流设备相连，并且安装在负载回路上。平时负载用电由整流设备提供，蓄电池保持少量的充电电流。当整流设备出故障时，蓄电池来给负载供电，保证负载供电不中断，一般在UPS 电源中使用较多。
3)半浮充制
半浮充制就是负载一段时间由蓄电池供电，另一段时间由整流设备供电，并且这段时间给蓄电池补给电量。
为确保系统不间断为负载提供电量，建议采取连续浮充制充电。
结合蓄电池充电策略，将蓄电池充电过程分为三个阶段具体的充电过程如下：
限流充电阶段：就是蓄电池理想充电的恒流充电阶段。由于风能、太阳
能的不确定性，很难实现理想的恒流充电方式，所以充电电流是一个不确定的波动过程，采用限流充电的电流最大上限Imax可以设定为理想充电的恒流值，或略高一点。这时光伏发电采用MPPT控制，使光伏太阳能电池板工作在最大功率点附近，最大程度利用太阳能；风力发电部分在满足Ibattery=（Isolar+Iwind）≤Imax的情况下采用最大功率点跟踪控制方式，尽可能多的利用风能发电，当Ibattery>Imax时，放弃风力发电的MPPT控制，必须舍弃一部分风机功率，维持充电电流小于等于限定值Imax。
2)恒压充电阶段：一般当蓄电池容量达到95％时，就要采取恒压充电。
在这个阶段，要控制保持蓄电池的充电电压为一个恒定值。可以分别控制风力发电和光伏发电使其给蓄电池充电的电压满足这个要求，控制比较简单，只需一个PI控制即可。当蓄电池充电电流减小到C/100(C为蓄电池容量)时，表明蓄电池充满。
3)浮充阶段：在蓄电池充满后，蓄电池进入了浮充阶段，在这个充电阶段，为了弥补由于蓄电池自放电造成的储能损失，蓄电池电压保持浮充电压。充电控制器为了保证蓄电池在浮充电压上，通过调节电流使之维持在这个
电压水平从而保证电池不过充过放。
风光互补发电系统 方案
光伏发电系统在别墅中的应用方案 1.项目概况 1.1项目背景及意义 本项目拟先设计一个独立系统，安装在别墅屋顶上，用于演示光伏发电系统在别墅中应用的情况，为日后大面积推广提供参考。 1.2光伏发电系统的要求 本项目设计一个5kWp的小型系统，平均每天发电25kWh,可供一个1kW的负载工作25小时。能够满足别墅正常见电的需要（一般家庭每天用电量在10kWh左右）。 2.系统方案 2.1现场资源和环境条件 长春北纬43 °05’～45 °15’；东经124 °18’～127 °02’。长春市年平均气温 4.8°C，最高温度39.5°C，最低温度-39.8°C,日照时间2,688小时。夏季，东南风盛行，也有渤海补充的湿气过境。年平均降水量522至615毫米，夏季降水量占全年降水量的60%以上；最热月（7月）平均气温23℃。秋季，可形成持续数日的晴朗而温暖的天气，温差较大，风速也较春季小。 2.2太阳能光伏发电系统原理 太阳能光伏发电是一种新型的发电方式, 基本原理是光生伏特
效应原理, 也就是当太阳光照射在某些特殊材料上, 会引起材料中电子的移动, 形成电势差, 从而由太阳光能直接转换为电能。这其中的特殊材料也就是光伏发电的的最基本元件被称为太阳电池半导体, 即太阳能电池(片), 它包括有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。光伏发电系统主要由太阳能电池阵列、蓄电池、逆变器、控制器等几大部分组成, 由这些电子元器件构成的系统, 安装维护简便, 运行稳定可靠。白天太阳能电池组件将太阳辐射出的光线转变为电能, 储存在蓄电池里, 在夜间或需要时, 从蓄电池里将电能释放出来, 用于照明和其它用途。太阳能电池组件是发电设备, 蓄电池是储能设备, 控制器、逆变器是充放电控制保护和直交流变换设备。 2.3太阳能光伏发电主要部件 (1) 太阳能电池板： 太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。 (2) 太阳能控制器： 太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其它附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。
风光互补发电系统 第一章绪论 1.1 能源与环境问题 能源是是国民经济发展与社会文明进步的基石，能源可持续发展是人类社会可持续发展的重要保障之一。从原始社会开始，化石能源逐步成为人类所用能源的主要来源，这种状况一直延续至科技发达的现代社会。随着人类对能源需求的日益增加，化石能源的储量正日趋枯竭。此外，大量使用化石燃料己经为人类生存环境带来了严重的后果，全世界每天产生约1亿吨温室效应气体，己经造成极为严重的大气污染、温室效应、酸雨等环境影响。开发利用可再生新能源以实现能源可持续发展是人类应对能源问题的有力方法之一。 1.2 新能源发展现状 当前，世界各国普遍重视能源技术创新，技术研发与制度创新越来越受到推崇。美提出培育世界领先水平的科技人员，建设世界一流的能源科技基础设施，整合基础研究和应用研究，加快研究电力储备、智能电网、超导输电、二氧化碳捕获、先进电池、纤维素乙醇、氢燃料以及清洁煤、核能、太阳能和风能等先进发电技术。日本也提出了引导未来能源技术的战略，从2050年、2100年超长期视点出发，展望未来能源技术，制定2030年科技战略。我国也看到新能源发展的紧迫性，加快建立法律法规，积极扶持新能源发展，新能源在我国的发展速度很快。 在新能源体系中，可再生能源是自然界中可以不断再生、永续利用的资源，它对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用，主要包括风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等。 1.3 互补发电的概念 很多可再生新能源因其资源丰富、分布广泛，而且在清洁环保方面具有常规能源所无 法比拟的优势，因而获得了快速的发展。尤其是小规模的新能源发电技术，可以很方便地就地向附近用户供电，非常近合在无电、少电地区推广普及。不过由于风能、太阳能等可再生新能源本身所具有的变化特性，所以独立运行的单一新能源发电方式很难维持整个供电系统的频率和电压稳定。 考虑到新能源发电技术的多样性，以及它们的变化规律并不相同，在大电网难以到达的边远地区或隐蔽山区，一般可以采用多种电源联合运行，让各种发电方式在个系统内互为补充，通过它们的协调配合来提供稳定可靠的、电能质量合格的电力，在明显提高可生能源可靠性的同时，还能提高能源的综合利用率。这种多种电源联合运行的方式，就称为互补发电。
风光互补发电系统 技术方案
风光互补发电系统技术方案 五寨县恒鑫科技发展有限公司 04月20日
项目背景： 本项目产品小型风力发电机组是离网用户最佳的独立电源系统。 风光互补独立供电系统是当前最广泛应用独立电源系统。风光互补独立供电系统的广泛应用在于它的合理性。 太阳能是地球上一切能源的来源，太阳照射着地球的每一片土地。风能是太阳能在地球表面的另一种表现形式，由于地球表面的不同形态（如沙土地面、植被地面和水面）对太阳光照的吸热系数不同，在地球表面形成温差，地表空气的温度不同形成空气对流而产生风能。因此，太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性。白天太阳光最强时，风很小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。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，风光互补发电系统是资源条件最好的独立电源系统。单独的风机或太阳能发电系统由于受资源条件的限制，对蓄电池组充电时间较短，蓄电池组长时间处于亏电状态而导致蓄电池组的损坏。而风光互补发电系统充电时间较均衡，能够保证蓄电池组处于浮充状态，提高蓄电池组的充电质量并延长了蓄电池组的寿命。 风力发电机和太阳能电池的充电特性不一样，风机的充电特性较硬，而光伏电池的充电特性较软，风光互补电对激活离子运动，防止蓄电池极板硫化有好处，可延长蓄电池组的寿命。 风机和太阳能电池的储能和逆变系统能够共用，且风机的单位造价只有太阳能电池的三分之一左右，因此风光互补发电系统的整体造价能够降低。同时，由于风机和太阳能电池的发电时间上互补，能够减少储能的蓄电池组
1、风光互补发电技术 1.1风光互补发电系统的特点 风力发电系统利用风力发电机，将风能转换成电能，然而通过控制器对蓄电池充电，最后通过逆变器对负载供电。该系统具有日发电量较高，系统造价较低，运行维护成本低等优点。缺点是小型风力发电机可靠性低，常规水平轴风力发电机对风速的要求较高。光伏发电系统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，最后通过逆变器对负载供电。该系统的优点是系统供电可靠性高、资源条件好、运行维护成本低，缺点是系统造价高。发电与用电负荷的不平衡性是风电和光电系统共同存在的一个缺陷，它是由资源的不确定性造成的。风电和光电系统发出电能后都必须通过蓄电池储能才能稳定供电，但是每天的发电量受阳光、风力的影响很大，阳光、风力较弱会导致系统的蓄电池组长期处于亏电状态，这是引起蓄电池组使用寿命降低的主要原因。较风电和光电独立系统，风光互补发电系统具有以下特点：（1）风光互补发电系统弥补了风电和光电独立发电系统在资源上的缺陷，利用太阳能和风能的互补性，提供较稳定的电能； （2）在风光互补发电系统中，风电和光电系统可以共用一套蓄电池组和逆变环节，减少系统造价； （3）整个系统是两种发电系统进行互补运行，因此，在保证同等供电的情况下，可大大减少储能装置的容量； （4）风光互补发电系统可以根据用户需要合理配置系统容量，在不影响供电可靠性的情况下减少系统造价； （5）风光互补发电系统可以根据用户所在地的季节及天气变化情况优化系统设计方案，在满足用户要求的情况下节约资源。 1.2适合风光互补地区分析 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。图1为我国太阳能风能分部情况。
风光互补发电系统技术方案 五寨县恒鑫科技发展有限公司 2017年04月20日
项目背景： 本项目产品小型风力发电机组是离网用户最佳的独立电源系统。 风光互补独立供电系统是目前最广泛应用独立电源系统。风光互补独立供电系统的广泛应用在于它的合理性。 太阳能是地球上一切能源的来源，太阳照射着地球的每一片土地。风能是太阳能在地球表面的另一种表现形式，由于地球表面的不同形态（如沙土地面、植被地面和水面）对太阳光照的吸热系数不同，在地球表面形成温差，地表空气的温度不同形成空气对流而产生风能。因此，太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性。白天太阳光最强时，风很小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。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，风光互补发电系统是资源条件最好的独立电源系统。单独的风机或太阳能发电系统由于受资源条件的限制，对蓄电池组充电时间较短，蓄电池组长时间处于亏电状态而导致蓄电池组的损坏。而风光互补发电系统充电时间较均衡，可以保证蓄电池组处于浮充状态，提高蓄电池组的充电质量并延长了蓄电池组的寿命。 风力发电机和太阳能电池的充电特性不一样，风机的充电特性较硬，而光伏电池的充电特性较软，风光互补电对激活离子运动，防止蓄电池极板硫化有好处，可延长蓄电池组的寿命。 风机和太阳能电池的储能和逆变系统可以共用，且风机的单位造价只有太阳能电池的三分之一左右，所以风光互补发电系统的整体造价可以降低。同时，由于风机和太阳能电池的发电时间上互补，可以减少储能的蓄电池组容量，使发电系统造价降低。经济上更趋于合理，随着我国4G通信网的开通，可实现大范围的无线传输图像资料，风光互补监控系统将在森林防火、防盗猎监控、城市乡村的防犯罪监控、古墓群的防盗墓监控、边防地区的防偷渡监控、生态保护区的防盗猎监控、旅游地区的安全监控和矿产资源的防乱开采监控等领域得到广泛的应用，这种监控系统体系不仅能大大降低管理成本，而且能实现有效及时和安全的防护体系。对降低森林火灾，减少资源破坏，提高破案率都有非常极的意义。技术的进步可以促进社会管理手段的进步，同时，新技术的广泛应用才能进一步促进新技术产业的发展。
风光互补发电系统现状及发展状况 高洁琼 (ft西大学 ft西·太原030013) 摘要:本文介绍了风光互补发电系统的结构、工作原理和优缺点,以及风光互补发电系统的发展过程及现状,同时说明其应用前景。太阳能和风能之间互补性很强， 由这两者结合而来的风光互补发电系统在资源上具有最佳的匹配性。 关键词: 风能太阳能风光互补系统 1.风光互补发电系统的结构、工作原理、基本要求以及优缺点 1.1风光互补发电系统的结构 风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄 电池、逆变器、交流直流负载等部分组成。该系统是集风能、太阳能及蓄电池 等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。1.2风光互补发电系统的工作原理及运行模式 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，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电；光伏发 电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电， 通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电；逆变系统由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的 220v 交流电，保证交流电负载设备的正常 使用。同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量；控制 部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行 切换和调节：一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多 余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的 电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性；蓄电池部分由多块蓄 电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电系 统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。 风光互补发电系统根据风力和太阳辐射变化情况，可以在以下三种模式下 运行：风力发电机组单独向负载供电；光伏发电系统单独向负载供电；风力发 电机组和光伏发电系统联合向负载供电。 1.3风光互补发电系统的优缺点
2015年全国高职技能大赛 “康尼杯” 风光互补发电系统安装与调试赛项 答题纸（09卷） 工位号: 比赛时间: 2015年06月
1．光伏电池组件开路电压和短路电流的测量 表1 光伏电池组件开路电压和短路电流的测量数据 光伏电池组件 灯1和灯2亮灯1亮 灯1亮且摆杆向东偏移 处于限位位置 开路电压 （V） 短路电流 （A） 开路电压 （V） 短路电流 （A） 开路电压 （V） 短路电流 （A） 1块 2块串联 2串2并 4．简述问题 （1）光伏电池板并联旁路二极管的目的和作用是什么？ （2）在实训中，同学将KNT-WP01型风光互补发电实训系统的2块光伏电池组件串联时，把同极性端输出线连接在一起了。灯1和灯2关闭，用性能良好的万用表测量该串联光伏电池组件的输出电压值为-0.71V；打开灯1，用性能良好的万用表测量该串联光伏电池组件的输出电压值为+13.5V。请叙述可能的原因。
2．绘制S7-200 CPU226输入输出接口图 图3 S7-200 CPU226输入输出接口图
7．光伏电池组件的输出特性测试 表5 摆杆垂直且灯1和灯2亮时的光伏电池组件输出电压和输出电流测量值 组号电压U/V电流I/A功率P/W 组号电压U/V电流I/A 功率P/W 1 7 2 8 3 9 4 10 5 11 6 12 表6 摆杆垂直且灯1亮时的光伏电池组件输出电压和输出电流的测量值 组号电压U/V电流I/A功率P/W 组号电压U/V电流I/A 功率P/W 1 7 2 8 3 9 4 10 5 11 6 12 表7 灯1亮且摆杆向东偏移处于限位位置时的光伏电池组件输出电压和输出电流的测量值组号电压U/V电流I/A功率P/W 组号电压U/V电流I/A 功率P/W 1 7 2 8 3 9 4 10 5 11 6 12
5.3.1风光互补发电系统设计 风能和太阳能都具有能量密度低、稳定性差的弱点，并受到地理分布、季节变化、昼夜交替等影响．然而太阳能与风能在时间上和地域上一般都有一定的互补性，白天太阳光最强时，风较小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强．在夏季，太阳光强度大而风小；冬季，太阳光强度小而风大。太阳能发电稳定可靠，但目前成本较高，而风力发电成本较低，随机性大，供电可靠性差。若将两者结合起来，可实现昼夜发电．在合适的气象资源条件下，风光互补发电系统能提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性，在很多地区得到了广泛的应用．如图5.1为某地10 月份某日典型的太阳能和风资源分布，因此采用风光互补发电系统，可以弥补风能和太阳能间歇性的缺陷。 图5.1 某地10 月份典型日太阳能和风能资源分布图风光互补发电的优势： （1）利用风能和太阳能的互补性，弥补了独立风电和独立光伏发电系统的不足，可以获得比较稳定的和可靠性高的电源。 （2）充分利用土地资源。 （3）保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量。 （4）对系统进行合理的设计和匹配，可以基本上基本上由风光互补发电系统供电，获得较好的经济效益。 5）大大提高经济效益。
风光互补发电系统主要组成部分（1）发电部分：由一台或者几台风力发电机和太阳能电池阵列构成风—电、光—电发电部分，发电部分输出的电能通过充电控制器与直流中心完成蓄电池组自动充电工作。 （2）蓄电部分：蓄电部分主要作用是将风电或光电储存起来，稳定的向电器供电。蓄电池组在风光互补发电系统中起到能量调节和平衡负载两大作用。 （3）控制及直流中心部分：控制及直流中心部分由风能和太阳能充电控制器、直流中心、控制柜、避雷器等组成，完成系统各部分的连接、组合及对蓄电池组充放电的自动控制。控制及直流中心具体构成参数由最大用电负荷与日平均用电量决定。 （4）供电部分：供电部分不可缺少的部分是逆变器，逆变器把蓄电池储存的直流电转换为交流电，保证交流负载的正常使用。同时，还有稳压功能，以改善风光互补系统的供电质量。 图5.2 风光互补发电系统 设计一个完善的风光互补发电系统需要考虑多种因素．如各个地区的气候条件，当地的太阳辐照量情况，太阳能方阵及风力发电机功率的选用，作为储能装置蓄电池的特性等．因此，必须选择建立一些先进的数学模型进行多种计算，确定合理的太阳能电池方阵和风力发电机容量，使系统设计最优化． 数学模型计算 1.蓄电池容量计算 蓄电池的容量C 通常按照保证连续供电的天数来计算：
风光互补发电系统 概述 能源是国民经济发展和人民生活必须的重要物质基础，在过去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大的推动了人类社会的发展。但是人类在使用化石燃料的同时，带来了严重的环境污染和生态系统破坏。近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏，各国纷纷开始根据国情，治理和缓解已经恶化的环境，并把可再生、无污染的新能源的开发利用作为可持续发展的重要内容。风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统，具有很好的应用前景。 风光互补发电系统的发展过程及现状 最初的风光互补发电系统，就是将风力机和光伏组件进行简单的组合，因为缺乏详细的数学计算模型，同时系统只用于保证率低的用户，导致使用寿命不长。 近几年随着风光互补发电系统应用范围的不断扩大，保证率和经济性要求的提高，国外相继开发出一些模拟风力、光伏及其互补发电系统性能的大型工具软件包。通过模拟不同系统配置的性能和供电成本可以得出最佳的系统配置。其中colorado state university和national renewable energy laboratory合作开发了hybrid2应用软件。 hybrid2本身是一个很出色的软件，它对一个风光互补系统进行非常精确的模拟运行，根据输入的互补发电系统结构、负载特性以及安装地点的风速、太阳辐射数据获得一年8760小时的模拟运行结果。但是hybrid2只是一个功能强大的仿真软件，本身不具备优化设计的功能，并且价格昂贵，需要的专业性较强。 在国外对于风光互补发电系统的设计主要有两种方法进行功率的确定：一是功率匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的功率和风机的功率和大于负载功率，只要用于系统的优化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同辐
风光互补发电系统 摘要：风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统。本文通过对风光互补发电系统的动力来源-风能和太阳能资源的初步调研，分析了风光互补发电系统的优势，并总结了国内外风光互补发电系统的研究现状，对其基本的工作原理进行了阐述。最后对举例说明了风光互补发电系统的应用前景。 关键词：风光互补，现状，工作原理，应用前景 1.引言 能源是人类社会发展和进步的物质基础，人类社会的发展和进步离不开优质能源的开发利用和先进的能源技术的不断革新。煤和石油等矿物能源的开发和利用推动了近代工业革命的发展，极大地改变了人类的生活方式。由于煤、石油、天热气等常规能源的储量是有限的，据估计，地球上煤炭最多可用300年，石油最多可维持40多年，天然气还可以维持50多年，不断爆发的能源危机严重阻碍了人类社会的发展进步。为了缓解不断加重的能源危机，世界各国相继加大了对可再生能源的研究。可再生能源是指除常规能源外的包括风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能等能源资源。 为了降低能耗和解决日益突出的环境问题，全球都投入到了可再生发展能源的热潮之中，全球可再生能源发展取得了明显成效。主要表现在：成本持续下降，市场份额不断扩大，其定位也开始由补充能源向替代常规能源的方向转化。近10年来，全球风力发电市场保持了28％的年均增长速度，太阳能光伏发电的年均增长速度超过30％[1]。 进入新世纪以来，中国的可再生能源利用步入了快速发展的轨道，特别是自2006年可再生能源法实施以来，中国可再生能源已经进入快速发展时期。2009年中国可再生能源在一次性能源消费结构中所占的比例已从2008年的8％提升至9％。根据中国国家能源局制定的《新能源产业振兴发展规划》，预计到2011年，新能源在能源结构中的占到的比重达到2％(含水电为l％)，新能源发电容量占总电力装机容量的比重将会达到5％(含水电为25％)。其中风电装机容量将会达到3500万千瓦(陆地风电3000万千瓦，海上风电500万千瓦)，太阳能发电装机容量达到200万千瓦[2]。除此之外，根据(2008年中国风电发展报告》的预测，估计到2020年末，全国风电开发建设总规模有望达到1亿kW。到2020年全国
风光互补发电系统 能源是国民经济发展和人民生活必须的重要物质基础。在过去的200多年里，建立在煤炭、石油、天然气等化石燃料基础上的能源体系极大的推动了人类社会的发展。但是人类在使用化石燃料的同时，也带来了严重的环境污染和生态系统破坏。近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏。各国纷纷开始根据国情，治理和缓解已经恶化的环境，并把可再生、无污染的新能源的开发利用作为可持续发展的重要内容。风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统，具有很好的应用前景。 中文名称 风光互补发电系统 外文名称 Scenery complementary power generation system 拼音 fengguanhubufadianxitong 目录 1 简介 2 发展过程 3 结构 4 应用前景 5 解决方案
5.1 应用场景 5.2 对策 5.3 方案特点 6 总结 7 发电分析 8 互补控制 简介 风光互补，是一套发电应用系统，该系统是利用太阳能电池方阵、风力发电机(将交流电转化为直流电)将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处。是风力发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电。 发展过程 最初的风光互补发电系统，就是将风力机和光伏组件进行简单的组合，因为缺乏详细的数学计算模型，同时系统只用于保证率低的用户，导致使用寿命不长。 近几年随着风光互补发电系统应用范围的不断扩大，保证率和经济性要求的提高，国外相继开发出一些模拟风力、光伏及其互补发电系统性能的大型工具软件包。通过模拟不同系统配置的性能和供电成本可以得出最佳的系统配置。其中colorado state university和national renewable
毕业设计（论文）题目小型水风光互补系统设计 学生姓名 学号 专业 班级 指导教师 评阅教师 完成日期:2015年10月22日
毕业设计（论文）开题报告 题目：小型水风光互补系统设计 学生姓名： 专业：电力系统及自动化 指导老师： 一、课题来源 煤、石油、天然气等不可再生能源的使用量在世界各国不断上升，能源危机将成为人类最主要，最大的危机，发展可再生能源越来越成为世界各国的主攻研发方向和竞争目标，谁能领先，谁就会成为未来新贵，新霸主。电力作为重要的二次清洁能源，它的生产将主要依托可再生能源，从而如何利用可再生能源发电将是一个重大课题。 二、研究目的及意义 1、利用水能、风能、太阳能的互补性，可以获得比较稳定的输出，系统有较高的稳定性和可靠性; 2、在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量; 3、通过合理地设计与匹配，可以基本上由水风光互补发电系统供电，很少或基本不用启动备用电源如柴油机发电机组等，可获得较好的社会效益和经济效益。 三、研究的内容、途径及技术线路 水风光互补发电系统主要由水力发电机组、风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载等部分组成，系统结构图见附图。该系统是集水能、风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。 1、水力发电部分是利用水能机将水能转换为机械能，通过水力发电机将机械能转换为电能，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电; 2、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，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电; 3、光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电，通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电; 4、逆变系统由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的220v交流电，保证交流电负载设备的正常使用。同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量; 5、控制部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节:一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性; 6、蓄电池部分由多块蓄电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发 电系统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。 四、发展趋势 中国拥有世界上最多的人口，近年来经济快速增长。但中国目前的能源结构主要依赖燃煤发电，从而对环境产生了许多负面影响，特别是对空气和水资源的污染。国际能源机构（IEA）曾预测从2005年到2030年中国新增加的温室气体排放（42%）将和世界上其他国家排放总量（不包括印度，44%）相当。中国会取代美国成为世界上最大的温室气体排放国。发展可再生能源技术是减少温室气体排放和改善环境的有效措施之一。
太阳能风光互补发电系统 1.问题的提出 如何解决能源危机问题，已经成为全球关注的热点。节能和环保已成为当今世界的两大主题。在当前可利用的几种可再生能源中，太阳能和风能是应用比较广泛的两种。风光互补发电控制系统是为了弥补传统电力的不足而设计的独立发电设备。它是由太阳能电池组件与风力发电机配合而成的一个系统，通过微型计算机的远程控制，并实现了免维护的功能。 2.风光互补发电系统的现状 最初的风光互补发电系统，就是将风力机和光伏组件进行简单的组合，因为缺乏详细的数学计算模型，同时系统只用于保证率低的用户，导致使用寿命不长。 近几年随着风光互补发电系统应用范围的不断扩大，保证率和经济性要求的提高，国外相继开发出一些模拟风力、光伏及其互补发电系统性能的大型工具软件包。通过模拟不同系统配置的性能和供电成本可以得出最佳的系统配置。 在国外对于风光互补发电系统的设计主要有两种方法进行功率的确定：一是功率匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的功率和风机的功率和大于负载功率，只要用于系统的优化控制；另一是能量匹配的方法，即在不同辐射和风速下对应的光伏阵列的发电量和风机的发电量的和大于等于负载的耗电量，主要用于系统功率设计。 目前国内进行风光互补发电系统研究的大学，主要有中科院电工研究所、内蒙古大学、内蒙古农业大学、合肥工业大学等。各科研单位主要在以下几个方面进行研究：风光互补发电系统的优化匹配计算、系统控制等。目前中科院电工研究所的生物遗传算法的优化匹配和内蒙古大学新能源研究中推出来的小型户用风光互补发电系统匹配的计算即辅助设计，在匹配计算方面有着领先的地位，而合肥工业大学智能控制在互补发电系统的应用也处在前沿水平。 3.一个设计好的太阳能风光互补发电的设计框图结构 该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。
风光互补发电系统 摘要 进入二十一世纪，人类面临着实现经济和社会可持续发展的重大挑战，而能源问题日益严重，一方面是常规能源的匮乏，另一方面石油等常规能源的开发带来一系列的问题，如环境污染、温室效应等。人类需要解决能源问题，实现可持续发展，只能依靠科技进步，大规模开发利用可再生能源和新能源。而太阳能和风能被看做是最具有代表性的新能源和可再生能源，作为这两种能源的高级利用太阳能发电和风力发电技术受到世界各国的高度重视。由于风力发电和太阳能发电系统均受到外部条件的影响，光靠独立的风力或太阳能发电系统经常会难以保证系统供电的连续性和稳定性，因此，在采用风光互补的混合发电系统来进行相互补充，实现连续、稳定地供电。风光互补发电以其独特优势成为新能源研究的热点之一。本文针对风光互补发电系统设计了一套小型模拟装置，包括太阳能电池模拟，用直流电机对风机的模拟和交错并联Buck-Boost蓄电池充电主电路，并对交错并联Buck-Boost电路和交错并联Cuk斩波电路进行了研究、仿真，以及进行了模拟风机装置的调试。系统控制全部采用Freescale公司的56F8013 DSP控制实现，给出了各部分流程图。对于软硬件的关键问题还给出了相应解决方案。 关键词：风光互补 Buck–Boost电路 DSP
Wind & Solar Hybrid Generating System ABSTRACT Entering the 21st century, human beings are facing to realize the sustainable development of economy and society, and energy problem becomes more and more serious, on the one hand, conventional energy is serious short on the other hand, the development of oil and other conventional energy brings a series of problems, such as the environmental pollution, the greenhouse effect and so on. Only by relying on the progress of science and technology and the large-scale exploitation and utilization of renewable energy and new energy can human solve the problem of energy, and realize the sustainable development. And solar and wind power are considered the most representative of new and renewable energy, The power technology of solar energy and wind attrack world’s attention. Because of wind power and solar power system under external conditions, and only by independent wind or solar power systems often hard to ensure the continuity and consistency of power system therefore, using hybrid power system of complementary scenery to complement each other, realize the continuous, stable power supply. Wind-light complementary with its unique advantages become one of new energy research hotspots. Aiming at wind-light complementary this article design a small device, including solar cells in dc motor, the simulation and interlacing of fan parallel Buck - hee, and main circuit batteries to Buck staggered shunt circuit and interlacing parallel hee - Cuk chopper were studied, and the simulation, the simulated fan unit commissioning. Control system adopt Freescale company 56F8013 DSP control chart, each part. The key question for software and hardware to the corresponding solutions. Keyword:Wind and PV hybrid Buck–Boost Circuit DSP
风光互补发电系统技术方案 五寨县恒鑫科技发展有限公司 2017年04月20日
项目背景： 本项目产品小型风力发电机组是离网用户最佳的独立电源系统。 风光互补独立供电系统是目前最广泛应用独立电源系统。风光互补独立供电系统的广泛应用在于它的合理性。 太阳能是地球上一切能源的来源，太阳照射着地球的每一片土地。风能是太阳能在地球表面的另一种表现形式，由于地球表面的不同形态（如沙土地面、植被地面和水面）对太阳光照的吸热系数不同，在地球表面形成温差，地表空气的温度不同形成空气对流而产生风能。因此，太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性。白天太阳光最强时，风很小，晚上太阳落山后，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能加强。在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。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，风光互补发电系统是资源条件最好的独立电源系统。单独的风机或太阳能发电系统由于受资源条件的限制，对蓄电池组充电时间较短，蓄电池组长时间处于亏电状态而导致蓄电池组的损坏。而风光互补发电系统充电时间较均衡，可以保证蓄电池组处于浮充状态，提高蓄电池组的充电质量并延长了蓄电池组的寿命。 风力发电机和太阳能电池的充电特性不一样，风机的充电特性较硬，而光伏电池的充电特性较软，风光互补电对激活离子运动，防止蓄电池极板硫化有好处，可延长蓄电池组的寿命。 风机和太阳能电池的储能和逆变系统可以共用，且风机的单位造价只有太阳能电池的三分之一左右，所以风光互补发电系统的整体造价可以降低。同时，由于风机和太阳能电池的发电时间上互补，可以减少储能的蓄电池组容量，使发电系统造价降低。经济上更趋于合理，随着我国4G通信网的开通，可实现大范围的无线传输图像资料，风光互补监控系统将在森林防火、防盗猎监控、城市乡村的防犯罪监控、古墓群的防盗墓监控、边防地区的防偷渡监控、生态保护区的防盗猎监控、旅游地区的安全监控和矿产资源的防乱开采监控等领域得到广泛的应用，这种监控系统体系不仅能大大降低管理成本，而且能实现有效及时和安全的防护体系。对降低森林火灾，减少资源破坏，提高破案率都有非常极的意义。技术的进步可以促进社会管理手段的进步，同时，新技术的广泛应用才能进一步促进新技术产业的发展。 技术方案 1、设计依据： 系统应用地点资源条件要求： （1）平均风速3.5m/s以上地点；
风光互补发电系统 Wind-Solar Photovoltaic Hybrid Generate Generation System 风光互补，是一套发电应用系统，该系统是利用太阳能电池方阵、风力发电机（将交流电转化为直流电）将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处；对于富余的电能则送入外电网。由于是风力发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电，可以在资源上弥补风电和光电独立系统的缺陷：实现昼夜互补——中午太阳能发电，夜晚风能发电；季节互补——夏季日照强烈，冬季风能强盛；稳定性高——利用风光的天然互补性，大大提高系统供电稳定性。 小型风光互补发电系统 小型风光互补发电系统一般由一个或几个中小型风力发电机与若干太阳电池组件组成电力来源，电力送入风光互补控制器，在控制器内先转换成直流电，根据控制需要直流电可向蓄电池组充电与逆变成交流电。小型风光互补发电系统可以是离网的独立供电系统，发出的交流电供用户自己使用，也可以组成并网系统，把多余的交流电可送向电网。图1是小型风光互补发电系统组成示意图。 图1 小型风光互补发电系统示意图 图2是小型（容量为数千瓦至数十千瓦）风光互补发电系统主电路示意图，在控制器有风电的直流变换电路；光伏输入的直流变换电路；产生工频的逆变电路，以及相关的检测与控制电路。各电路主要功能如下： 为了使系统能满足常用电器的需要，系统多余电量能送入外电网，系统输出为380V 三相交流电，逆变器具有并网功能。逆变器由三相桥式逆变电路组成，输出有滤波器，滤波器类型根据本地负荷与电网的特性选择；逆变器输出供给本地用户使用，可通过并网开关连接外电网。逆变器从直流母线输入，为了使逆变器正常工作，直流母线电压应在650V 左右。较小型逆变器因蓄电池电压较低造成直流母线电压较低，需在逆变器直流输入侧增加升压电路。 一般风力发电机输出为交流输出，1kW以下的微型风力发电机有低压单相交流输出或三相交流输出；1kW以上的小型风力发电机为三相交流输出。小型风力发电机多自带整流器，许多小型风力发电机可选配各种控制器。在本例中，风力发电机的输出经三相桥式整流后再通过Boost 变换器（升压电路）送到直流母线；同样，太阳电池阵列的输出也通过Boost 变换器送到直流母线，直流母线向逆变器输送直流电。若系统经常作为独立电源使用，还应配备蓄电池，蓄电池接在直流母线上。直流母线可同时并入几个小型风力发电机与太阳电池阵列。为简化电路图在图中未绘出卸载电路。
网络教育学院《新能源发电》课程设计 题目：风光互补发电技术 学习中心：安徽阜阳奥鹏学习中心 层次：专升本 专业：电气工程及其自动化 年级： 2014 年春季 学号： 141407309220 学生：王瑞瑞 辅导教师：康永红 完成日期： 2016 年 2 月15 日
风光互补发电技术 总则：风光互补发电系统可以根据用户的用电负荷情况和资源条件进行系统容量的合理配置，既可保证发电系统的供电可靠性，又可降 低发电系统的造价，是一种经济合理的供电方式。 一.风光互补发电系统的结构、工作原理、基本要求以及优缺点 1.1风光互补发电系统的结构 风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载等部分组成。该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。 1.2风光互补发电系统的工作原理及运行模式 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，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电；光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电，通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电；逆变系统由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的220v交流电，保证交流电负载设备的正常使用。同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量；控制部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节：一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性；蓄电池部分由多块蓄电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电系统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。 风光互补发电系统根据风力和太阳辐射变化情况，可以在以下三种模式下运行：风力发电机组单独向负载供电；光伏发电系统单独向负载供电；风力发电机组和光伏发电系统联合向负载供电。 1.3风光互补发电系统的优缺点 风光互补发电比单独风力发电或光伏发电有以下优点： (1)利用风能、太阳能的互补性，可以获得比较稳定的输出，系统有较高的稳定性和可靠性； (2)在保证同样供电的情况下，可大大减少储能蓄电池的容量； (3)通过合理地设计与匹配，可以基本上由风光互补发电系统供电，很少或基本
2014年项目总结报告 项目名称：风光互补发电系统______ 团队成员: ______ 指导老师: __ 2014 年月日
目录 6.参考文献 (17)
1.概述 设计背景 基于社会的需要，学校首次组织了一个以强电与弱电并重、硬件与软件兼备、网络与信息相融、装置与系统结合为特色的工程实践班，这是学校一种新的教学模式的尝试，目的是为了培养德智体全面发展，具有较扎实的自然科学与工程技术基础及一定的人文社会科学背景知识，能从事自动化领域各类装置与系统的分析、设计、运行、研发和企业管理工作的高级工程技术人才。在工程实践班的计划安排下，暑期本小组在老师的带领下一同合作完成了一个小功率家用风光互补发电系统。小组能在实践中发现问题，运用所学的知识解决问题，在实践中积累工程经验。 设计意义 武汉市属亚热带湿风气候，日照充足，温度较高，素有“三大火炉”之称。年日照总时数1810小时-2100小时。一年之中多数为晴天，适合太阳能发电技术的推广。下雨天一般也伴随着狂风现象。由于武汉的工业和经济发达，人口众多，空气质量较差。据了解，2012年武汉全社会用电量亿千瓦时用电量巨大，预测显示，武汉市全社会用电量2015年将达到570亿千瓦时。由于用电量巨大，武汉郊区市民居住会时常出现断电现象，影响人们的日常生活。总的来说，使用太阳能风能等绿色能源，减少化石原料的使用对于改善环境和方便人们日常生活用电具有重要的意义。
2．需求分析 基本功能 1.实现太阳能和风能互补发电。通过控制器稳定风光互补发的电，并将其储存在铅蓄电池中。 2.通过逆变器将蓄电池放出的电逆变程220V交流电。 3.通过稳压模块将其变成5VUSB输出。可以供手机充电等。 4.通过采样显示模块将太阳能发电直流电压电流显示出来。 5.通过采样显示模块将负载输出交流电压电流显示出来。 6.总的输出功率可以达到200W左右。可以供小型家用电器使用，例如灯泡、电风扇等。 拓展功能 1.电压电流上位机采集显示。通过上位机系统将太阳能电池板和风机采集到的电压电流等参数反馈到pc机上，以便对系统的监控。 2. 太阳能自动跟踪交流云台控制系统。通过控制器可以使云台方向自动跟踪太阳。