基于風光互補供電系統的微電網容量研究

林君

（安徽繼遠軟件有限公司，安徽 合肥 230088）

基于風光互補供電系統的微電網容量研究

林君

（安徽繼遠軟件有限公司，安徽 合肥 230088）

在風光互補供電系統的基礎上，提出了一種由光伏組件、風力發電機組、蓄電池組、控制器、逆變器以及負荷等組成的微電網容量系統，并對核心部件控制器和逆變器作最優容量配置，設計了系統運行監控程序，建立用戶滿意的發電模型，事實證明了風光互補供電系統的可靠性。

風力發電；光伏發電；微電網容量；供電系統

風力發電和光伏發電還存在一些問題，為此提出一種基于微電網容量的系統設計與制作方案。

1 系統的工作原理

風光互補供電系統的原理如圖1，區域供電系統使用模式，電路系統中形成的外部能量的傳遞，確保所需的電力負荷，多余的電能可以存儲在電池化學能的形式。當系統運行時，將太陽能轉化為電能的光伏模塊由控制器、充電電池和電能存儲在蓄電池組,或由變頻器供電負荷。的風力渦輪發電機將風能轉化為機械能，再把機械能轉換成電能可以驅動發電機，通過整流電壓和直流/直流變換，電池將持續能量的形式存儲的化學能。當電池組中的能量不足或負載增加，提供的電源逆變器的負載。

圖1 風光互補供電系統原理圖

2 系統的控制運行及軟硬件設計

（1）系統的控制運行。風光互補供電系統的核心部分包括：控制器、逆變器、畜電池；軟件控制頁面有：充放電控制和參數設置等方面，結合操作和風光控制系統通過DCC的算法運算，從而大大精確供電程序，同時整個閉環系統需添加檢測器件在其中，以便能及時報錯和安全的操作。

（2）控制器硬件設計。核心硬件中以控制單片機為主，使用STC89C52單片機模型，基于8芯片單元其高性能和低功耗單片機、8 k編程閃存，并完全與80 C51單片機指令集兼容和銷，達到高效的性能處理目的，下面介紹其存儲器、擴展口等。

①存儲器的擴展。其部存儲器必要時擴展系統的內存容量的運行時間縮短系統通過實時采集和處理系統的數據，和擴展系統的功能。②通信接口擴展。根據現場測算并結合實際情況，選擇了GSM通訊模塊，見圖3。

圖2 單片機串行通信接口

（3）控制器軟件設計。通過電路系統實時控制，使軟件可以快速反應實現，作為一個獨立周期序列結構。其過程是：開始→初始化→數據采集→顯示→控制→通信處理→數據重采集。

（4）最大功率跟蹤算法。在發電的分配過程中，通常使用的最大跟蹤算法譯碼(MPPT)，包括擾動分析觀察法，恒定電壓跟蹤法等。以確保最大的輸出功率的太陽能電池板和風力發電，從而實現連續傳播，但也確保和延長電池的可用壽命。

3 系統的設計

風光互補供系統對外界環境條件是有要求的，如風量、光照時長、風能發電機功率和電池的特點等。所以有必要進行相關計算，以確定系統容量和匹配的控制器和逆變容量。

（1）太陽能電池組件。微網適用于發達地區，本文選擇在我國西北部的一個城市作系統仿真。一般家庭通用電器為負載，選擇電量最大當值為

表1 用戶日平均耗電量

2.18 ，得出日平均耗電量，見表1所示。設實驗地根據太陽輻射參數的作實際選取后1670kW?h。則太陽能電池的容量為：

太陽能量：W；同時電率是0.95；H是年的消耗電量；水平太陽輻射是Q；R是轉化輻射比通常取1.2；系統的總效率η，F是損失率取0.92；η1電池充放電效率取0.85；η2溫度損失因素取0.9；η3屏蔽損耗系數取0.95；η4逆變器效率取0.95。運算后結果：控制系統的容量是600(Wp)，最終以300(Wp)來結合兩塊多晶硅太陽能電池串聯使用。

（2）風力發電機。風力發電的估算是在3m/s風速，風力發電系統可以投入運營。但是，風速隨高度，地面的平整度和風洞中的溫度變化。風速隨高度的變化不僅僅是指數公式：

V為高度的風速；V0的風速是在地面某高度時所測，α是風剪切系數，實際情況一般采取地面粗糙度的風切變指數的值通常是0.125 ～0.5。根據氣象數據可知，用風力渦輪機的輸出特征方程可以被認為是計算發電，以確定風力發電機容量需求。因為太陽能電池組件的容量足以匹配負載需求，風力渦輪機輔助發電。考慮其設計容量取600Wp。

（3）蓄電池。C電池容量通常是基于天數來算，但在本文中，建立光伏發電系統，以防單個系統或風力發電系統由于天氣引起的短期發電和大用電配置所需，因此本文設計了電池2天。

E0是平均負載功率消耗一天量；T是天數；D0為最大深度放電度量取0.7；D對電池的充放電效率0.85；η為逆變器的效率0.95。

（4）控制器。控制器的選擇要求：①風力發電充電電路和光伏充電電路。兩個收費頻道相對要獨立、隔離。②以1.5倍收上的額定輸出功率風力發電作單元考慮。③光伏發電的最大功率充電電路應該超過2倍的系統的總功率。④光伏充電電路可以承受的組件短路電流的1.5倍。⑤有保護功能,防止電池通過太陽能電池模塊反向放電。充分分析和結合工程實踐后對控制器模型選為風能和太陽能互補CD-B1220EM充電控制器，取1000Wp功率。

3.5 逆變器

逆變器的作用轉直為交,為了家庭電器的負載用電,逆變器有限的容量計算十分重要:

CN是逆變器容量； PG是電感負載功率(Wp)的安全系數；n是電感負載的額定電流的沖擊電流，Pr是純電阻功率(Wp)。通過計算并查閱相關資料可知，選取正弦波型2000Wp容量。

4 系統仿真

計算并仿真得出模型可以獲得的比較系統的發電和負荷能力（圖3）。結果完全滿足用戶的需求，但也證實了該系統的優越性。

圖3 系統發電量一最大負荷功率圖

5 結語

通過閱讀相關文獻資料，在風光互補供電系統的基礎上對微電網容量、控制系統及其軟硬件的設計，提出一種離網型微電網容量優化配置方法，其從經濟性和實用性都值得推廣，存在一定的可行性。

[1]皇甫宜耿，安曉彤，馬瑞卿，等.離網型風光互補發電系統多模態能量控制與管理[[J].西北工業大學學報，2013, 31(3) : 470-475.

[2]付燕杰.獨立型風/光/儲發電系統容量配置的優化研究[D].內蒙古：內蒙古工業大學，2015.

TM61

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1671-0711（2016）12（下）-0125-02