風光互補發電系統概述

郭少真 陳永艷 田瑞

摘 要：在當今世界，人類面臨著諸多嚴峻的挑戰，生活環境日益惡化，不可再生能源日益枯竭，人們需要想辦法解決這些擺在眼下的問題。為了實現可持續發展，只有科技的不斷進步，大力開發可再生能源。太陽能和風能是新能源中的代表能源，因此發展太陽能發電和風力發電成為主要趨勢。但僅僅依靠獨立的風力發電和太陽能發電又有很多弊端，所以人們開發出了風光互補發電系統。風光互補發電結合了兩種能源的優點，大大減少了獨立發電的弊端，是一種經濟實用的發電方式。為了使風光互補發電系統可以更為廣泛的應用，則需要有完善的控制技術來優化風光互補發電系統。因此，人們不斷努力改進技術，大力研究風光互補控制系統。

關鍵詞：風光互補;發電系統;控制系統

中圖分類號：TK83 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）09-0166-02

0 引言

風光互補發電系統是一種將太陽能和風能轉化為電能的裝置。目前，風力發電和太陽能發電是人們大力發展的發電方式。為了解決環境污染問題，風能和太陽能無疑是人類首選的發電方式。無論遇到什么樣的難題，人們都可以將其化解。風光互補發電系統可以更好的解決資源配置的問題，同時它的成本相對其它新能源發電系統來說也較低[1]。因此，風光互補發電系統可以正常供電。太陽能電池、風力發電機組、微機控制系統、蓄電池組和多功能逆變器是發電系統的重要組成部分，發電系統各部分合理配置可以保證風光互補發電系統更加穩定的發電[2]。

1 風光互補發電系統分析

整個系統由發電，儲電和用電三部分組成（如圖1所示）。系統的主要發電模塊分為風力發電和太陽能發電兩個部分，發電裝置將太陽能和風能轉變成電能。系統再將產生的能量通過AC/DC轉變器將交流電轉變為直流電儲存于蓄電池中。當用戶需要用電時，再通過DC/AC轉換器將直流電轉換為交流電供給用戶用于實際生活和工作中。

2 太陽能發電模塊

太陽能發電（如圖2所示）是將太陽能轉變為電能，主要是利用太陽能電池板接受光照后，將太陽能轉變為電能。太陽能電池的原理（如圖3所示）是太陽能電池板吸收光照后，激發光生載流子，在P-N結上產生電動勢。當太陽光照射到太陽能電池板上時，電池兩端一側帶正電，一側帶負電，然后會產生電壓。在其中接入電氣設備就會有電流流出來，從而可以使用電能[3]。

3 風力發電模塊

風力發電機按風輪轉軸與地面的拓撲關系可以分為垂直軸風力機和水平軸風力機兩種[4]。兩種風力機各有優缺點。

水平軸風力發電機（如圖4所示）：優點：（1）啟動風速較低。（2）風能利用率較高。（3）研究比較成熟。缺點：（1）噪聲污染與垂直軸相比較大。（2）葉片疲勞壽命與垂直軸相比較低。

垂直軸風力發電機（如圖5所示）：優點：（1）受風多向性，結構簡單。（2）噪聲污染小。（3）受力較為恒定，壽命長。（4）地面安裝，便于維修，檢修和控制。缺點：（1）氣動風速較大。（2）流場結構比水平軸更加復雜。（3）研究相對滯后。

所以風光互補發電系統多采用水平軸風力發電機[4]。

風力發電機系統結構如圖6所示，來流風經過風輪葉片后，帶動風輪轉動，傳動系統再帶動發電機轉動，隨后發電機將機械能轉變為電能。因為風輪是有風的時候轉動，風小的時候，風輪的轉動速度的也會降低，發出的電量也不穩。因此，風力發電容易受到環境的影響[5-6]。

4 風光互補系統分類

風光互補發電系統按照發電類型來講的話，分為并網型發電系統和離網型發電系統[7]。并網型發電系統即和公共電網相連接，此時的風光互補發電系統相當于一個小型發電站，將所發的電經過高頻直流轉換為高壓直流電，經過逆變器逆變后向電網輸出，變為與電網電壓同頻、同相的正弦交流電流。而離網型發電系統，即為在發電系統的內部回路中形成電流，系統常采用區域獨立發電、分戶獨立發電等離網型供電模式，將風光互補系統接收到的能量直接轉換為電能供給負載，并將多余的能量以化學能的形式儲存于蓄電池內。

5 研究現狀與展望

在最初的的風光互補發電系統的研究中，只是將風力發電機和光伏發電系統簡單的進行組合，從而使得系統只在保證率低的用戶中使用，從而使得發電系統使用壽命不長。而伴隨著近幾年微計算機系統及電子發電技術的高速發展，風光互補系統也有了快速的技術提高。為了提高整個發電系統的供電高效性，如今的風光互補發電系統多采用軟件與硬件相結合的方法來保證光伏發電和風力發電系統輸出功率盡可能最大化。在世界各國學者對風光互補發電系統進行不斷研究的同時，工程師們也同樣需要對電力的并網及應用進行分析。

相對于火力發電系統來說，現如今不管是風力發電系統還是光能發電系統，單獨的系統都無法提供連續穩定的電力輸出[8]，而風光互補發電系統通過儲能的環節可以將獨立的風力發電和光能發電進行結合，從而使電網的負荷情況和資源條件進行系統容量的合理配置。既可以保證發電系統的供電可靠性又可以降低發電系統的制造成本。

在常規能源逐漸衰減的今天，發展風光互補發電系統的優勢逐漸體現了出來。風光互補發電系統不僅可以充分利用我國偏遠地區的風能太陽能的資源儲能，并且改善我國偏遠地區人口用電困難的狀況，還可以減輕常規能源帶來的環境問題。

6 結語

本文簡單介紹了風光互補發電系統的系統組成，給出了風光互補發電系統的結構流程圖，對太陽能發電和風能發電的原理進行了簡單的闡述，讓大家對風光互補發電系統有一個大致的認識。并對風光互補發電系統的類型及展望進行了簡單的介紹，使大家可以對風力發電機有一個簡單的了解。

參考文獻

[1] 王濤.小型風光互補發電系統控制器的研究[D].合肥工業大學，2009.

[2] 王侃宏，李昔真，楊震.可再生新能源風光互補發電系統的研究應用[J].節能，2017，36（2）：4-8.

[3] 王宗瑞，李昔真，蘇則立.中國風光互補聯合發電技術的現狀與展望[J].節能，2017，36（8）：4-7.

[4] M.R Islam，S.Mekhilef，R.Saidur.Progress and recent trends of wind energy technology[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2013（5）.

[5] 蔚蕾，陳永艷.垂直軸風力機概述[J].綠色科技，2014，（08）：289-292.

[6] 趙丹平，徐寶清.風力機設計理論及方法[M].北京大學出版社，2012.

[7] 劉慶新.離網型風光互補發電系統[D].福州大學，2011.

[8] 王凱.新疆風光儲互補發電前景展望[J].上海電氣技術，2016，（09）：26-28.