節能與新能源汽車風光互補供電系統研究

葉瑞林

摘要：指出了我國汽車工業快速發展，為國民經濟的發展帶來了巨大的推動作用，汽車工業作為能源消耗行業，產生了嚴重的環境污染和能源浪費問題，各大汽車公司正積極進行新能源汽車的研究，推出了以可再生能源作為動力系統的新型汽車。風和光是兩種新型的可再生資源，能解決汽車發展面臨著資源短缺和環境污染的問題，從而提高能源利用效率。針對風光互補供電系統技術進行了闡述，并分析了系統優化設計的必要性，最后對供電系統設計進行了詳細地論述。

關鍵詞：節能環保；新能源汽車；風光互補供電系統

中圖分類號：TM61

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）22010502

1 風光互補供電系統概述

新能源影響著未來社會的發展，新能源技術將是未來影響人們工作和生活的關鍵因素，隨著化石能源的逐漸枯竭和污染加劇，人們開始重視對風能和光能等可再生資源的利用研究，并研發出風光互補發電系統。風能的利用時間較早，20世紀的70年代開始，人類就實現了風能的采集應用，風力發電在世界能源結構中的比重逐年增大，是可再生能源中增加比重最快的能源方式，創造了極大的經濟價值和環保價值。光伏發電是指將光能轉變為電能，光伏發電最初應用于航天航空中，隨著科學技術的發展，光伏發電逐漸成為一項重要的節能環保能源。風光互補發電系統是指將風能和光能結合在一起，實現雙重發電模式優化，提高發電系統的穩定性，當前風光互補供電系統研究工作主要集中在技術層面的穩定性和高效性提升，同時研究工作側重于系統仿真方案優化設計，開發高效可靠的操作系統。

2 風光互補供電系統優化設計必要性

2.1 電動汽車電能需求

在美國能源信息署發布的能源需求數據中顯示，未來世界能源消耗量會持續增加，二氧化碳的排放量也逐漸增大，我國已經成為二氧化碳排放量第二大國，因此強化能源結構的調整具有重要的戰略意義。近些年來，新能源汽車快速發展，充電站數據在全世界的范圍內增幅明顯，國內外的電力供電系統逐步完善，同時我國也開展了電力系統應用策略，大力發展電動汽車配套設備，投入巨資開展充電和換點服務，為交通系統實現新能源改革提供了助力，因此在電動汽車電能需求快速發展的背景下，發展風光互補供電系統優化設計具有重要的現實意義。

2.2 動力電池充電對電網影響

充電系統的發展為電力供電系統提出了新的要求，對于充電站快速充電而言，要求充電功率達到180 kW，同時要保障多輛電動汽車同時充電，按照我國電動汽車的發展趨勢，在未來的幾年內，電動汽車充電會成為重要的耗電負荷，當前的供電系統無法滿足正常的充電需求。目前我國國家電網的供電系統處于飽和狀態，甚至會出現供電電能不足的問題，如果電動汽車規?；l展，會對正常的城市生活用電產生影響，因此尋找新型的能源結構對于完善我國電力系統至關重要，這就要求推動風光互補供電系統的升級優化，探索新型的能源結構。

2.3 可再生能源優勢

可再生能源是未來能源體系的重要組成部分，當前我國可再生能源開發技術發展迅速，取得了一系列突出的成績，基于風能和光能的發電技術逐步在能源供應體系中占有重要的比重。我國水利資源和光照資源豐富，從而為可再生能源的開發提供了保障，因此國家要強化風光互補互供電系統的技術開發，實現兩種能源的互補性供應，結合自身的技術特點，積極應用可再生資源發電技術法案，實現可再生能源的轉變，提高系統運行的穩定性和可靠性，創造良好的經濟價值和社會價值。

3 風光互補供電系統設計

風光互補供電系統設計優化要從技術升級入手，優化供電系統選型，強化對影響公路輸出參數的分析，實現供電系統的電路優化設計，應用先進的系統控制策略，增強風光互補供電系統的供電效率和供電穩定性。

3.1 系統選型

風光互補供電系統的選型包括太陽能電池組件、風力機和蓄電池的選型，太陽能電池組件的功能是實現太陽能到電能的轉變，首先要確定系統的電壓，根據電路系統的負載所需的負荷選擇合適的供電電壓，在條件允許的情況下，提升系統的電壓，減少供電系統的電能損失。風力機的工作原理是借助空氣的流動帶動葉片轉動，從而實現風能、機械能、電能的轉變，風力是產生能量的動力系統，空氣動力對葉片產生扭矩轉動，從而輸出電能能源。蓄電池是電能的存儲載體，蓄電池的選型通常采用動力性閥控式密封鉛酸電池，蓄電池的容量設計要根據日負載耗電量和存儲天數計算，根據供電系統的發電性能來選擇合適的蓄電池。

3.2 影響功率輸出參數分析

影響功率輸出參數的分析包括風力機參數、光伏組件參數、蓄電池放電參數、快速充電方法等，風力機參數控制主要是控制其轉速，風力機組轉速設計要能夠獲取最大的風能，保證在低風速下實現最大功率輸出，風力機轉速調節可以控制風能的利用參數，保證風力機的高效安全運行。光伏組件參數設定要基于P-V特定曲線，當輸出電壓逐漸增大時，電路電流逐漸降低，電壓達到功率最大值時，增強電壓會導致輸出功率降低，因此光伏組件參數設定要實現最大功率的輸出。

3.3 電路設計

風光互補供電系統電路設計包含拓撲結構設計、電池板設計、蒸餾濾波器設計、變換器設計、逆變器設計及總電路設計等，供電系統電路通過風力機將機械能傳輸給發電機，發電機將機械能轉變為電能輸出，由于電流頻率是變化的，因此系統可以采用不可控整流器發電輸出裝置。光伏系統通過太陽能電池陣列將太陽能直接的轉化為電能，發出的電流是直流電，不需要整流器，拓撲結構直接與電源的正負極相接。在風電互補供電系統設計中，電能的流出包含了儲能和消耗兩個部分，其中兩者的載體都是蓄電池，這是儲能系統的核心元素，電能的存儲和輸出要考慮天氣因素的影響，以保證整個系統的電能輸出穩定性。

3.4 控制策略分析

對風光互補發電系統而言，其控制策略的核心就是保證最大功率輸出，因此系統中要裝備較大的功率跟蹤控制系統，實現最大功率輸出，通過智能化的系統參數調節來應對天氣條件和環境因素的變化，保證電路系統始終維持在最大功率輸出，同時也保證蓄電池的安全工作。系統控制策略分析包括系統運行工況能量分析、風力系統和光伏系統的MPPT控制以及蓄電池充放控制保護，通過參數控制來實現系統最大功率輸出，保證供電系統的穩定性和安全性。

4 結語

能源是工業發展的動力，當前能源問題已經引起了廣泛的社會關注，優化能源結構、通過技術升級帶動能源產業優化是未來社會發展的主旋律，同時要探索新型的能源模式，將可再生資源作為常規的能源儲備。當前風光互補供電系統已在新能源汽車中開始應用，利用風和光可再生資源作為動力系統，解決了能源消耗過大的問題，能減少交通能源的環境污染，推動實現汽車行業的可持續發展。

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