風(fēng)光儲協(xié)調(diào)運行發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要：隨著以太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電為代表的間歇性能源系統(tǒng)在電網(wǎng)的滲透率不斷提高，間歇性能源出力的波動性使得電網(wǎng)對能源調(diào)度和控制能力降低，采用儲能系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)運行模式被認(rèn)為是解決這一問題的有效方法。文章分析了光伏、風(fēng)力和儲能系統(tǒng)模型，提出了風(fēng)光儲協(xié)調(diào)運行模式，搭建了微型風(fēng)光協(xié)調(diào)運行發(fā)電系統(tǒng)，系統(tǒng)運行效果良好，驗證了本系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行模式的有效性。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；風(fēng)力發(fā)電；風(fēng)光儲；協(xié)調(diào)運行

中圖分類號：TM732 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）01-0115-02

Abstract： With the increasing permeability of the intermittent energy system， such as solar photovoltaic power generation and wind power generation， the fluctuation of the intermittent energy output makes the energy dispatching and control ability of the power grid reduced. The coordinated operation mode of energy storage system is considered to be an effective method to solve this problem. The model of photovoltaic， wind and energy storage system is analyzed in this paper， and the coordinated operation mode of solar energy storage is put forward， the micro-wind coordinated operation power generation system is built， and the system works well. The effectiveness of the coordinated operation mode of the system is verified.

Keywords： photovoltaic power generation； wind power generation； wind storage； coordinated operation

引言

隨著國家對節(jié)能環(huán)保的重視，部分傳統(tǒng)能源發(fā)電系統(tǒng)因環(huán)保已陸續(xù)停業(yè)整頓或關(guān)停，而大量節(jié)能、環(huán)保的分布式能源受到越來越多關(guān)注。在分布式能源系統(tǒng)中，尤其以太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電成為清潔、環(huán)保能源的代名詞，國家以及地方政府對這兩種類型電站的投資力度比較大，這使得我國也已在光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電裝機規(guī)模方面躍居全球首位，各地均出現(xiàn)了多個光伏發(fā)電或是風(fēng)力發(fā)電等方面的示范工程。分布式發(fā)電系統(tǒng)的大量普及，使得在居民地區(qū)，甚至一些農(nóng)村地區(qū)，均安裝了小規(guī)模的光伏發(fā)電系統(tǒng)或風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，這些系統(tǒng)作為分布式能源接入配電網(wǎng)進行就地消納。

以太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電為代表的分布式能源的典型特征是出力的間歇性和波動性，這也使得調(diào)度這兩種能源變得十分困難，因此，為平衡光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)隨機性出力情況，可采用儲能系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)運行控制，就光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)得波動出力進行輸出補償，達(dá)到可控的目的，故風(fēng)光儲聯(lián)合協(xié)調(diào)運行模式成為解決間歇性能源可控性問題的一個方法。

本文從風(fēng)光儲系統(tǒng)三種能源的模型出發(fā)，分析了光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)的輸出情況，并以這三種系統(tǒng)作為基本組成構(gòu)建微型風(fēng)光儲聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，提出了微型風(fēng)光儲協(xié)調(diào)運行模式，完成了微型風(fēng)光儲協(xié)調(diào)運行發(fā)電系統(tǒng)的硬件和軟件系統(tǒng)搭建及實現(xiàn)，驗證了本微型風(fēng)光儲協(xié)調(diào)運行發(fā)電系統(tǒng)的有效性。

1 系統(tǒng)組成

1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)

太陽能光伏電池的工程應(yīng)用輸出特性模型為：

（1）

上式中，I為太陽能光伏電池的輸出電流；U為太陽能光伏電池的輸出電壓；Isc、Im為太陽能光伏電池的短路電流和最大工作電流；Uoc、Um為太陽能光伏電池的開路電壓和最大工作電壓。

根據(jù)得到的太陽能光伏電池的輸出電流和電壓之后，則太陽能光伏電池的功率為：

P=UI （2）

1.2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

雙饋風(fēng)力發(fā)電機的輸出特性數(shù)學(xué)模型為：

（3）

上式中，■1、■1、■'1分別為定子側(cè)電壓、感應(yīng)電勢和電流；Xm為勵磁電抗；R1、X1、R'2、X'2分別為定子側(cè)的電阻、漏抗、轉(zhuǎn)子折算到定子側(cè)的電阻和漏抗；■'2轉(zhuǎn)子勵磁電壓經(jīng)過繞組折算后的值，■'2/s為■'2再經(jīng)過頻率折算后的值；■2、■'2分別為轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)電勢，轉(zhuǎn)子電流經(jīng)過頻率和繞組折算后折算到定子側(cè)的值。

1.3 儲能系統(tǒng)

本方案擬采用蓄電池作為儲能系統(tǒng)，其模型為：

（4）

上式中，Ct為極化效應(yīng)系數(shù)；K為極化電壓常數(shù)；Qn為蓄電池額定容量；SOC為蓄電池剩余電量百分比（荷電狀態(tài)）；A與B分別為電壓變化系數(shù)和容量變化系數(shù)；E0為初始內(nèi)電動勢；N■■與N■■分別為蓄電池組中電池串聯(lián)和并聯(lián)個數(shù)；Tb為電池溫度；E為蓄電池組內(nèi)電動勢。

2 風(fēng)光儲協(xié)調(diào)運行模式

本微型風(fēng)光儲協(xié)調(diào)運行發(fā)電系統(tǒng)采用實時調(diào)度運行模式，系統(tǒng)中央控制器根據(jù)采集實時系統(tǒng)參數(shù)和系統(tǒng)能量管理主站的計劃執(zhí)行系統(tǒng)的太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電和儲能之間的實時協(xié)調(diào)運行。光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與儲能系統(tǒng)的實時協(xié)調(diào)運行模式如圖1所示：

風(fēng)光儲協(xié)調(diào)運行發(fā)電系統(tǒng)運行模式的控制目標(biāo)是保證系統(tǒng)內(nèi)實時功率平衡和電壓穩(wěn)定，同時，滿足負(fù)荷用電需求。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

本微型風(fēng)光儲協(xié)調(diào)運行發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成為：40W太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、300W風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、48A·h蓄電池儲能系統(tǒng)、300W交流逆變器、風(fēng)光互補控制器、直流負(fù)荷和交流負(fù)荷，實物圖如圖2所示：

系統(tǒng)分為電站和控制面板兩部分，控制管理系統(tǒng)位于控制面板上，當(dāng)光伏和風(fēng)力出力波動時，由控制管理系統(tǒng)按照協(xié)調(diào)運行控制模式，控制系統(tǒng)能量流動與補償，并根據(jù)功率輸出與負(fù)荷情況，對負(fù)荷投切隨電站出力的情況進行協(xié)調(diào)控制，取得了較好的控制效果。

4 結(jié)束語

風(fēng)光儲協(xié)調(diào)運行系統(tǒng)能夠有效地控制間歇性能源出力波動不穩(wěn)定的情況，實現(xiàn)對隨機性電能的部分補償，是解決不斷建設(shè)投運的太陽能光伏電站和風(fēng)力發(fā)電站等間歇性能源的電能波動性、隨機性問題的有效方法。

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