风光互补供能系统的优化设计

（ ３ ）计算 Ｓ ｉ ｇ ｎ （ Ａ Ｐ ） 和Ｓ ｉ ｇ ｎ （ △ ） ；
（ ４ ）（ ｃ Ｊ （ ｎ ） 一（ ｃ Ｊ （ 一 １ ） ＋ Ｓｉ ｇｎ （ ＡＰ） Ｓ ｉ ｇ ｎ （ 幽 ） ｐ；
在 晴天 时 ， 选择跟踪灵 敏度 高 的光 电跟 踪方 式 ； 在天 气状 况不 好时， 则切换到视 日运 动轨迹跟 踪 。优化方 案工作 框 图如 图 １
控 制 系统更 加适 合实 地操 作 。
关键 词 ： 风 光互 补 ； 太 阳能跟踪 算法 ； 最 大功 率控 制
Ｏ 引 言
风光互补供 能 系统 具有 不 枯 竭 、 方便、 清洁 、 无噪 音等 优点 ， 尤 其 是 在 广 大 边 远 地
区， 充分利 用其 优势 ， 对建 立独 立 可靠 的供
法、 最大负载功率 曲线法 和爬 山搜索法 。 ３ ． １ ． １ 传统 的爬 山搜 索法 爬 山搜索法最大 功率跟 踪控 制算法 是根 据获 取 的风能 来 计算的 。获取 的风能给定为 ：
Ｐ 一 ＴＦ×∞ （ ３ ）
２ 太阳能跟踪算法 的设计
目前 ， 太 阳能追踪 系统 （ Ｓ ｕ ｎ Ｔ ｒ ａ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ） 主要 有单 轴 系统和双轴机械跟踪定位系统 。国内外 研究表 明 ， 单 轴太 阳能 系统 比固定式系统能增加 ２ ５ 的功率输 出， 而双轴太 阳能追 逐
用， 美 观 大 方 。本 系 统 设 计 的 风 光 互 补 发 电 系 统 控 制 器 ， 其 风 力 发 电 充 电 电路 与光 伏 发 电充 电 电路 是 两 个 独 立 的 充 电模 块 ， 二 者互 不 影 响 ， 可 以进 行 单 独 充 电控 制 。 同 时系 统 采 用 Ｄ Ｃ ＡＣ 电 源转 换 器 ， 可对外部设备提供 ２ ２ ０ Ｖ市 电。
ｓ ｉ ｍ —ｓ ｉ ｓ ｉ ｎ ＋ｃ ｏ ｃ ｏ ｓ 。 黝
ｃｏｓ。 一
１ 风 光 互 补 供 能 系 统 概 述
本模型 系统 采 用 一 块 太 阳 能 板 ， 额定功率 ２ ０ ｗ， 面 积 ０ ． １ ８ ９ １ ２ ５ ｍ２ ， 根 据 计 算 可 得 太 阳 能 板 每 年 可 产 生 电 能 １ ８ ． ８ ４ ￣５ ２ ． ３ ２ ｋ Ｗ・ ｈ 。风机模块采用额 定功率 １ ０ ０ Ｗ 风 力发 电系统 ， 每月 产生 电能 １ ２ ～１ ７ ｋ Ｗ ・ ｈ 。体 积小 ， 重量 轻 ， 结 构 合理 ， 美观大方 ， 叶片外型采用专利 技术 曲线设 计 ， 具有 良好 的 气动性能 ， 材料采用 优质玻 璃钢 ， 具 有启动 早 、 抗 大风 能力 强 、 效率高等特 点 ， 风 力发 电机 整 机配 置优 良， 性 能 可靠 ， 坚 固耐
能 系 统 具 有 重 大 意 义 。 目前 ， 在 我 国 一 些 偏 远地区（ 如农村 、 灾区 、 海 岛、 野外 ） 居 民 的 生
活用电仍存 在一 定 问题 。由 于这些 地 区 的
地理位置偏远 ， 地广 人 稀 ， 导致 架线 送 电路 程遥远 ， 不 仅损 耗 大， 而且 线路 维 护费 用较
式 中， 丁 Ｆ为电磁转矩 ； 为发电机的旋转 速度 。 传统 的爬 山搜索法包括 以下步骤 ： （ １ ）选择初选的参考转速并测量发 电机 的输 出功率 ； （ ２ ）通过增加或者减小某 一 固定步长 ， 获取 参考转 速并在
此 测 量 发 电 机 的输 出 功率 ；
系统 比固定式系统能增 加 ４ ｌ 的功率 输 出。为达到始 终保 持
风 光 互补 供 能 系 统 的优 化 设 计
秦 斌 易柏 年
（ １ ． 湖北 黄 冈供 电公 司电力 设计 院 ， 湖北 黄 冈 ４ ３ ８ ０ ０ ０ ； ２ ． 武汉 理工 大学 自动化 学 院 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ０ ） 摘 要： 着重 介 绍 了风光 互补 供能 系统 的最 大功 率控 制 系统 的优 化设计 ， 在 传统 的一 些较 成熟 的技 术 基础 上加 以协 调改 进 ， 从 而使 得
位 置 与 时
３ 最大功率控制策 略的设计
３ ． １ 风 机 最 大 风 能 捕 获 控 制 策 略 最大风能跟踪（ ＭＰ Ｐ Ｔ） 是 风 力 发 电 的核 心 问 题 。 目前 比较 成 熟 的 最 大 风 能 跟 踪 控 制 方 法 主 要 有 ３种 ， 即 最 佳 叶 尖 速 比
高， 因此供 电 网覆盖 面 有 限， 给 当地群 众 的
生 活 带 来 了 极 大 的 不 便 。 下 面 将 介 绍 一 种 小型独立的风光互补供能系统 ， 以 期 可 进 一 步 解 决 偏 远 地 区 的
用 电问 题 。
图 １ 太 阳跟 踪 系统 设 计 方 案
在设计视 Ｅ ｔ 运动跟踪子程序过程 中 ， 虽 然 太 阳 的位 置 时 刻 都在变化 ， 但其 运行 具有 严格 的 规 律 性 ， 在地平 坐标 中， 太 阳 的 位 置 可 由高 度 角 ａ与 方 位 角 来 确 定 ：
（ １ ）
（ ２ ）
１ ’
Ｃ ＯＳ 口Ｃｏ Ｓ
式 中， 为 太 阳赤 纬 角 ； ∞为 当 地 的 维 度 角 ； 为 时角 。
太 阳赤纬角 与时角 由本地 时间确定 ， 而对 于确定 的地 点， 本地 的维度角 也 是确定 的 ， 因此只要 输入 当地相关 地理
太 阳能板与光照 的垂直 ， 使 其最 大化地 接收太 阳能 ， 充 分利 用 丰富 的太 阳能资源 ， 本系统中设计 了一种 优化 的双 轴跟踪 定位
系统 。
由于一天 中太 阳的位置不 断变 化 ， 为达到能源 的最 大利用 率， 我们制作了光源跟踪装置 ， 并设 计一种互 补跟踪 控制方 式 ：