小型风光互补发电系统的协调功率控制策略

小型风光互补发电系统的协调功率控制策略

发表时间：2018-10-12T18:10:16.763Z 来源：《防护工程》2018年第16期作者：庄旭彬许礼义

[导读] 风光互补发电系统是一种经济合理的新型能源发电系统，具有良好的应用前景

汕头福澳风力发电公司广东汕头 515000

摘要：风光互补发电系统是一种经济合理的新型能源发电系统，具有良好的应用前景。本文对小型风光互补发电系统的整体结构进行了介绍，并分析了小型风光互补发电系统的协调功率控制策略，以期能为有关需要提供参考。

关键词：风光互补发电系统；协调功率控制；控制策略

前言

随着社会经济的快速发展，化石能源短缺以及环境污染严重等问题日益突出，世界各国逐渐重视可再生能源的开发和利用。而风光互补发电系统是利用风能和太阳能的互补性，具有资源丰富、性价比高等优点，逐渐得到推广应用。基于此，笔者对小型风光互补发电系统的协调功率控制策略展开了介绍。

1.系统整体结构

小型风光互补发电系统，是一种能够同时将风能和太阳能进行转换，从而产生出电能的装置。虽然在电力生产中，由于风能与光能在获取阶段都有不稳定因素存在，但是却有着很强的互补性，因此对于风光互补系统来说，可以更好的弥补风能或光能系统独立工作时，在能源供应中出现的各种不稳定性。同时，它还能根据负载和具体的资源条件合理的、灵活的配置系统的容量。这样一来，既能保证减少发电系统的成本，又能在一定程度上保证供电的可靠性。此外，风光互补系统还可以作为一种离网的分布式供能系统，可以不依赖于电网，完成对蓄电池的独立供电，并且不受地域限制，既节能又环保。

将风力和光伏所产生的电能注入蓄电池中，可以有效消除天气、环境等外界因素对电能供应产生的不良影响，保证电力供需关系能够达到平衡，此外还能在整个发电系统中，起到调节能量平衡负载的作用。电力系统的负载可分为直流电负载和交流电负载两种类型，其中交流电负载的供电需要借助逆变器来实现。

2.系统的功率协调控制策略

2.1 光伏发电系统MPPT控制

当前社会，太阳能与风能已经成为了当前最具潜力的能源已经得到了世界各国的高度重视，而光伏发电系统也在分布式发电系统中扮演着重要角色。就目前而言，投资费用高、转换效率低、输出电能不稳定等已经成为限制其进一步大规模推广的主要因素。因此为了在光伏转换效率一定的前提下，最大限度地发挥光伏的性能，研究高效的MPPT控制策略以使光伏发电系统输出功率最大化，对于促进光伏发电的进一步发展有着重要的意义。常用的MPPT控制算法主要有恒定电压法、扰动观察法、导纳增量法、模糊控制法以及智能算法。但是这些算法在实现最大功率追踪的过程中各自存在诸多弱点，如实现复杂、精度差、速度慢等，所以研究一种易于实现、精度高、速度快的高效MPPT控制策略势在必行。

2.2 负载功率跟踪控制

在周围温度相对固定的情况下，光照强度的变化可以直接改变风光互补系统对电力的接受能力，通过图1可发现，当光伏电池处于最大功率点时其输出电压在某一恒定电压附近稳定。例如：可以首先设计出一个优化电压，然后在根据输出电压的变化，对电压进行实时跟踪，并在跟踪过程中通过不同情况来不断对电压值进行优化，从而能够保证整个光伏电池近当前工作的最大功率。只有当恒定电压法的功率曲线和真实的最大功率曲线在某一光照强度相交时，跟踪到的才是系统真实的最大功率点，其他情况下跟踪到的都不是系统真实的最大功率点。优点：1.控制思路简单；2.可靠性较高；3.容易实现且系统的工作电压比较稳定。缺点：1.精度差；2.输出功率小，跟踪效率低；

3.忽略了电池温度对开路电压的影响。因为光伏电池的转换效率会随着温度的升高而有一定下降，光伏电池在使用时温度会升高。以PVL-72为例，由表2-2（c）可以得到，温度每升高1℃，其开路电压随着下降0.35%。

图1 负载功率跟踪控制原理图

2.3 蓄电池充放电控制

在自然条件中，有许多不确定因素的存在，使小型风光互补发电系统也随着这些不确定因素在造成了功率出现无规则波动，从而导致风光互补发电系统中，蓄电池很少有机会能够做到一次性充电完成。蓄电池本身对倍率有着一定要求，这些倍率在通常情况下，一般都会处于0.01~0.2C范围之间，只有这样才能保证蓄电池的放电倍率能够处于0.004~0.05C之间。由于蓄电池长期都处于这样的工作环境下，因此对于蓄电池的充电工作，则可以采取三段式充电方式。

例如：在对蓄电池进行充电的初期，首先要对蓄电池的电荷状态SOC做好检测工作，如果蓄电池中的荷电状态处于98%以上，则表明蓄电池处于满电状态，这时就可以针对蓄电池开展涓流充电方式，以对蓄电池的自放电量所造成的损失进行补充，保证减少蓄电池发生析气反应。如果对蓄电池进行检测的过程中，荷电状态小于98%时，就需要对蓄电池端点的电压和电流进行检测，从而判断出蓄电池的端电压Uc与设定值Uset的大小关系，如果Uc大于Uset，就需要对蓄电池进行恒压充电，从而降低水解反应问题出现，同时还能避免蓄电池充电过多，保证了蓄电池安全。如果说UC小于Uset，那么就说明蓄电池可接受充电的电量较大，这时就需要尽可能的利用风能、光能对蓄电池实行MPPT充电，即实现对蓄电池的快速充电。

对于蓄电池的放电工作，要在放电阈值电压最低的状态下进行，当出现高于电压阈值的时候，蓄电池放电工作要能够满足其负载需

求。一旦低于当前电压阈值，就需要立刻将蓄电池电源切断，防止过度放电现象。

3.系统仿真模型

建立在MATLAB/Simulink环境下，建立起小型风光互补发电系统仿真模型。由此可以看出，光伏阵列和风力机在实际操作中，分别与系统中两个BUCK转换器相连，从而进行功率的协调控制工作以及对蓄电池充放电控制工作，并且将这两种工作方式连接到同一个直流母线上。从而充放电系统就能够与功率控制系统在工作中使用同一转换器，直接起到了节约成本的作用。控制器在当前风光互补发电系统中，运作时一般都是采用风力发电与光伏发电互补的发电方式，这样就能防止控制器在工作过程途发生故障时，系统出现全面瘫痪，从而不能对电力系统进行供电。因此就能做到其中一个电力控制器出现故障时，另一个还能继续供电工作。虽然这样做会造成成本提升，但是安全系数得到了很大提高。

4.仿真结果研究

4.1 分析互补性

通过图2可以了解到，一天之中的光照强度，最强时期是从早上六点到晚上六点，并且在这个时间段中，光伏阵列在日常工作中一直处于追踪最大功率的工作状态，因此对于其他时间段来说，光伏阵列则是处于休息状态。