離網(wǎng)風(fēng)光油互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、智能控制器、蓄電池組、逆變器等組成。太陽(yáng)能電池板輸出的直流電和風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電(經(jīng)三相整流橋整流成直流電)，通過(guò)智能控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電管理，在蓄電池未充滿時(shí)，對(duì)蓄電池進(jìn)行最大功率充電;當(dāng)蓄電池被假充滿時(shí)，控制器控制蓄電池不被過(guò)充，使蓄電池處于浮充狀態(tài);當(dāng)蓄電池放電至蓄電池過(guò)放電壓時(shí)，控制器將發(fā)出蓄電池電量不足告警并切斷蓄電池的放電回路，以保護(hù)蓄電池。通過(guò)逆變器去帶動(dòng)交流負(fù)載，通過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換電路去帶動(dòng)直流負(fù)載。實(shí)時(shí)采集太陽(yáng)能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、蓄電池組件和負(fù)載的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能控制，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠及無(wú)人值守工作。該系統(tǒng)具有廣泛的用途和商業(yè)價(jià)值，比如風(fēng)光互補(bǔ)路燈、風(fēng)光互補(bǔ)移動(dòng)電源、風(fēng)光互補(bǔ)家用電源、風(fēng)光互補(bǔ)移動(dòng)基站等。

所謂風(fēng)光互補(bǔ)，顧名思義，強(qiáng)調(diào)的就是風(fēng)能與太陽(yáng)能的結(jié)合。事實(shí)上，風(fēng)能與太陽(yáng)能的結(jié)合有著天然優(yōu)勢(shì)。風(fēng)能是太陽(yáng)能的另一種轉(zhuǎn)化，太陽(yáng)照射地球引起溫度變化產(chǎn)生風(fēng)。我們可以注意到，一般白天風(fēng)小太陽(yáng)輻射大，夜晚風(fēng)大太陽(yáng)輻射小，夏季風(fēng)小太陽(yáng)輻射大，冬季風(fēng)大而太陽(yáng)輻射小，晴天風(fēng)小雨天風(fēng)大。風(fēng)能和太陽(yáng)能在時(shí)間和季節(jié)上如此吻合的互補(bǔ)性，決定了風(fēng)光互補(bǔ)結(jié)合后發(fā)電系統(tǒng)可靠性更高、更具有實(shí)用價(jià)值。因此，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的出現(xiàn)可以很好的彌補(bǔ)太陽(yáng)能和風(fēng)能提供能量間歇性和隨機(jī)性的缺陷，實(shí)現(xiàn)不間斷供電。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)大體上可以分為兩類，一類是并網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)，即和公用電網(wǎng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口相連接，像一個(gè)小型的發(fā)電廠，將接受來(lái)的能量經(jīng)過(guò)高頻直流轉(zhuǎn)換后變成高壓直流電，經(jīng)過(guò)逆變器逆變后向電網(wǎng)輸出與電網(wǎng)電壓同頻、同相的正弦交流電流;另一類是離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)，即在自己的閉路系統(tǒng)內(nèi)部形成電路，系指采用區(qū)域獨(dú)立發(fā)電、分戶獨(dú)立發(fā)電的離網(wǎng)型供電模式，將接收來(lái)的能量直接轉(zhuǎn)換成電能供給負(fù)載，并將多余能量經(jīng)過(guò)充電控制器后以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存在蓄電池。離網(wǎng)型較并網(wǎng)發(fā)電而言投資小、見(jiàn)效快，占地面積小，從安裝到投入使用的時(shí)間視其工程量，少則一天多則二個(gè)月，無(wú)需專人值守，易于管理 。

(1)風(fēng)力發(fā)電部分是利用風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能并將其轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，然后通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，再通過(guò)控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，可直接對(duì)直流負(fù)載供電，也可經(jīng)過(guò)逆變器對(duì)交流負(fù)載供電;

(2)光伏發(fā)電部分利用太陽(yáng)能光伏陣列的光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能，然后對(duì)蓄電池充電，可直接對(duì)直流負(fù)載供電，也通過(guò)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電對(duì)交流負(fù)載供電;

(3)逆變器部分的作用是將風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能。在很多場(chǎng)合，都需要提供AC220V, AC110V的交流電源。由于蓄電池的直接輸出一般都是DC12V, DC24V, DC48V。為能向AC220V的電器提供電能，因此需要使用DC-AC逆變器。同時(shí)它還具有自動(dòng)穩(wěn)壓功能，可改善風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量;

(4)控制器部分根據(jù)日照強(qiáng)度、風(fēng)力大小及負(fù)載的變化，協(xié)調(diào)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、光伏陣列的最大功率跟蹤，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的充放電控制、過(guò)充過(guò)放保護(hù)等功能。它不斷對(duì)蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行切換和調(diào)節(jié):一方面把調(diào)整后的電能直接送往直流或交流負(fù)載;另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲(chǔ)。發(fā)電量不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器把蓄電池的電能送往負(fù)載，保證了整個(gè)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，在風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)中同時(shí)起到能量調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載兩大作用。它將光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，以備供電不足時(shí)使用，從而保證負(fù)載工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

起初的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)，就是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏陣列進(jìn)行簡(jiǎn)單的組合，由于缺乏詳盡的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，同時(shí)系統(tǒng)只是在保證率低的用戶中使用，因此導(dǎo)致系統(tǒng)使用壽命不長(zhǎng)。

近幾年來(lái)，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的研究一方面主要是利用飛速發(fā)展的微計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和電力電子技術(shù)提高系統(tǒng)的供電高效性和運(yùn)行穩(wěn)定性。為提高系統(tǒng)的供電高效性，現(xiàn)在的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)大都采用最大功率跟蹤來(lái)保證光伏電池和風(fēng)力機(jī)輸出功率盡可能最大，提高整個(gè)系統(tǒng)的工作效率。隨著半導(dǎo)體功率器件、微處理器以及數(shù)字控制器的迅速發(fā)展，MPPT技術(shù)達(dá)到鼎盛時(shí)期，人們將MPPT控制與DC/DC變換器連接起來(lái)，結(jié)合定電壓法等已有的控制算法，通過(guò)

硬件和軟件控制相結(jié)合的方法來(lái)達(dá)到最大功率點(diǎn)的跟蹤。除了恒定電壓法、增量電導(dǎo)法、擾動(dòng)觀察法等常見(jiàn)算法外，近幾年出現(xiàn)一些新的算法如滯環(huán)比較法最優(yōu)梯度法、間歇掃描法跟蹤、模糊邏輯法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法等等，由于這些控制算法復(fù)雜，要求微機(jī)配置高及出于成本等諸多因素的考慮，應(yīng)用于工程實(shí)踐中還需一段時(shí)間。

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)另一方面的研究集中在系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)。國(guó)外相繼開(kāi)發(fā)出一些模擬光伏陣列、風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)性能的大型工具軟件包。我們通過(guò)模擬不同系統(tǒng)配置性能和供電成本便可得出最佳的系統(tǒng)配置。其中Colorado State University和National Renewable Energy Laboratory合作開(kāi)發(fā)了hybrid2應(yīng)用軟件。 hybrid2本身是一款很優(yōu)秀的軟件，它可對(duì)一個(gè)風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)進(jìn)行非常精確的模擬運(yùn)行，根據(jù)輸入的互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、負(fù)載特性以及安裝地點(diǎn)的太陽(yáng)輻射、風(fēng)速數(shù)據(jù)獲得一年8760小時(shí)的模擬運(yùn)行結(jié)果。但是hybrid2只是一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真軟件，本身不具備優(yōu)化設(shè)計(jì)的功能，并且價(jià)格昂貴，需要的專業(yè)性較強(qiáng)。在國(guó)內(nèi)，香港理工大學(xué)同中科院廣州能源所及中科院半導(dǎo)體研究所合作提出了一整套利用CAD進(jìn)行風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。

目前國(guó)內(nèi)進(jìn)行風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)研究的大學(xué)，主要有合肥工業(yè)大學(xué)、中科院電工研究所、內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)、內(nèi)蒙古大學(xué)等。目前中科院電工研究所的生物遺傳算法的優(yōu)化匹配和內(nèi)蒙古大學(xué)新能源研究中推出來(lái)的小型戶用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)匹配的計(jì)算即輔助設(shè)計(jì)，在匹配計(jì)算方面有著領(lǐng)先的地位，而合肥工業(yè)大學(xué)能源研究所提出了風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)仿真模型用戶可以重構(gòu)多種結(jié)構(gòu)的風(fēng)光復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算，從而能夠預(yù)測(cè)系統(tǒng)的性能、控制策略的合理性以及系統(tǒng)運(yùn)行的效率 。

為推動(dòng)我國(guó)節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)，政府不斷推出扶持政策來(lái)支持風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)的發(fā)展。隨著光伏發(fā)電技術(shù)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的日趨成熟及實(shí)用化進(jìn)程中產(chǎn)品的不斷完善，風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的推廣應(yīng)用越來(lái)越廣泛。其應(yīng)用前景如下:

(1)無(wú)電農(nóng)村的生活、生產(chǎn)用電。中國(guó)現(xiàn)有9億人口生活在農(nóng)村，其中5%左右目前還未能用上電。在中國(guó)無(wú)電鄉(xiāng)村往往位于風(fēng)能和太陽(yáng)能蘊(yùn)藏量豐富的地區(qū)。因此利用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)解決用電問(wèn)題的潛力很大。

(2)半導(dǎo)體室外照明中的應(yīng)用。目前已被開(kāi)發(fā)的新能源新光源室外照明工程有:風(fēng)光互補(bǔ)LED智能化路燈、風(fēng)光互補(bǔ)LED小區(qū)道路照明工程、風(fēng)光互補(bǔ)LED景觀照明工程、風(fēng)光互補(bǔ)LED智能化隧道照明工程、智能化LED路燈等。

(3)航標(biāo)上的應(yīng)用。風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在航標(biāo)上的應(yīng)用具備了季節(jié)性和氣候性的特點(diǎn)。事實(shí)證明，其應(yīng)用可行、效果明顯。

(4)監(jiān)控?cái)z像機(jī)電源中的應(yīng)用。應(yīng)用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)為道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)提供電源，不僅節(jié)能，并且不需要鋪設(shè)線纜，減少了被盜的可能，有效防盜。

(5)通信基站中的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)許多海島、山區(qū)等地遠(yuǎn)離電網(wǎng)，但由于當(dāng)?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。海島風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是可靠性、經(jīng)濟(jì)性較好的獨(dú)立電源系統(tǒng)，適合用于通信基站供電。

(6)抽水蓄能電站中的應(yīng)用。風(fēng)光互補(bǔ)抽水蓄能電站是利用風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電，不經(jīng)蓄電池而直接帶動(dòng)抽水機(jī)抽水蓄能，然后利用儲(chǔ)存的水能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)電供電。

近年來(lái)，受傳統(tǒng)能源價(jià)格上漲和全球氣候變化的影響，新能源開(kāi)發(fā)利用日益受到國(guó)際社會(huì)的重視;:我國(guó)有非常豐富的可再生資源，能夠滿足開(kāi)發(fā)利用的需求。我國(guó)也把大力開(kāi)發(fā)利用新能源及可再生能源作為優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、保障我國(guó)能源安全的戰(zhàn)略新高點(diǎn)。新能源產(chǎn)業(yè)被納入國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

通過(guò)分析風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的工作原理和國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，深入研究光伏陣列工作原理，風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作特性以及蓄電池充、放電過(guò)程中電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，蓄電池充放電控制原理，太陽(yáng)能、風(fēng)能的最大功率跟蹤(MPPT)算法等的基礎(chǔ)上，本文采用一種改進(jìn)的MPPT跟蹤算法一變步長(zhǎng)擾動(dòng)觀察法，解決了傳統(tǒng)算法跟蹤速度慢、易在最大功率點(diǎn)附近產(chǎn)生振蕩的難題 。2100433B

《離網(wǎng)型戶用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)(第1部分):技術(shù)條件(GB/T 19115.1-2003)》由中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版，為促進(jìn)離網(wǎng)型戶用風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)品的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，特制定本技術(shù)條件。

《離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行驗(yàn)收規(guī)范(GB/T 25382-2010)》由中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版。

前言

1范圍

2規(guī)范性引用文件

3定義

4型號(hào)與命名

5風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的資源條件和環(huán)境要求

6風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的基本配置與參數(shù)

7風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)部件的技術(shù)要求

8風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)要求

8.1電性能要求

8.2安裝要求

8.3連接要求

8.4電路連接規(guī)程

8.5試運(yùn)行與交付使用

8.6可靠性要求

9風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)試驗(yàn)方法

10質(zhì)量判定與檢驗(yàn)規(guī)則

11標(biāo)志和使用說(shuō)明書(shū)

12包裝、運(yùn)輸、貯存