探究風(fēng)光互補供電系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)

郭曉達 段維鵬 周瑞章

摘要：本文通過對小型風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的運行原理進行詳細介紹，明確風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)型和離網(wǎng)型雙模式可能出現(xiàn)的極端情況，提出相應(yīng)的優(yōu)化策略，確保風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)智能離并網(wǎng)運行，保證風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定，為我國新能源電力市場發(fā)展提供重要參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)光互補供電系統(tǒng);組成;結(jié)構(gòu)

隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展水平不斷提高，對能源資源的消耗也在不斷增加，國家大力提倡新型能源，風(fēng)能與光能發(fā)電是新能源領(lǐng)域的主力軍。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)主要是由風(fēng)電機組和光V電池組共同組成的混合發(fā)電體系，通過將光能與風(fēng)能直接轉(zhuǎn)化為電能，利用風(fēng)能和太陽能在不同時節(jié)不同時間上的互補性，從而解決風(fēng)電和光電資源不夠穩(wěn)定的問題。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)還能夠按照用戶的實際用電負荷和資源條件進行合理配置，提高用電的整體可靠性。

一、風(fēng)光互補并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

近年來，世界各國逐漸認(rèn)識到能源對人類的重要性，更認(rèn)識到常規(guī)能源利用過程中對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的破壞。各國紛紛開始根據(jù)國情，治理和緩解已經(jīng)惡化的環(huán)境，并把可再生、無污染的新能源的開發(fā)利用作為可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)是利用風(fēng)能和太陽能資源的互補性，具有較高性價比的一種新型能源發(fā)電系統(tǒng)，具有很好的應(yīng)用前景。

（一）并網(wǎng)系統(tǒng)的概況

風(fēng)光互補并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)不同的功能可以分為不含蓄電池的不可調(diào)度是光V并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)以及包含蓄電池組的可調(diào)度式光V并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。由于可調(diào)度是光V并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的儲能效率更高可靠性，具有良好的擴展性，但是蓄電池受到使用壽命的限制，遠低于其他部件的壽命，不可調(diào)度室系統(tǒng)具有更好的推廣效果。

（二）并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

不可調(diào)度電網(wǎng)系統(tǒng)主要是電網(wǎng)側(cè)并聯(lián)系統(tǒng)改進而成該系統(tǒng)，共包含光V系統(tǒng)和風(fēng)電系統(tǒng)兩套獨立的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。光V系統(tǒng)主要利用兩極式逆變結(jié)構(gòu)實現(xiàn)并網(wǎng)，要想實現(xiàn)光V電池的最大功率，最主要的就是保障電池輸出電壓提升至直流母線電壓水平，后級全橋逆變單元，對直流母線電壓的參考值進行穩(wěn)定控制，還要保障并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓同頻同相。風(fēng)電系統(tǒng)則以三極式結(jié)構(gòu)并網(wǎng)運行為主，第一級實現(xiàn)風(fēng)電的不控整流，第二級與第三級逆變電路功能相同。

二、風(fēng)光互補離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

（一）離網(wǎng)系統(tǒng)概況

所謂風(fēng)光互補離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要包括風(fēng)力發(fā)電機組、太陽能發(fā)電機組以及控制器蓄電池組、交流負載、逆變器等不同構(gòu)成，主要以風(fēng)電發(fā)電為主。在開始時，系統(tǒng)啟用風(fēng)電向負載供電。如果風(fēng)電無法滿足用電需求，再次接入光V發(fā)電機組，如果兩者都不能夠同時滿足用電需求則啟用蓄電池進行負載供電。從目前情況來看，如果有多余的電能，則會給蓄電池快速充電，在電能不穩(wěn)時則蓄電池放電，可以顯著提高風(fēng)光互補離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。

（二）離網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)前面的分析來看，直流母線電壓并聯(lián)型離網(wǎng)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性非常高，但在極端條件下還是有不同的問題。例如，當(dāng)風(fēng)電系統(tǒng)光V、電系統(tǒng)以及蓄電池三者同時供電時，依然無法滿足負載要求，或者風(fēng)光輸入功率之和超過負載功率，蓄電池已經(jīng)充滿之后還有多余的電能該如何處理？從目前來看，對于不能滿足負載要求的，在風(fēng)電側(cè)接入卸載電路或者停掉光V發(fā)電，但是這樣就會導(dǎo)致整體的資源浪費，需要采取一種在離并網(wǎng)模式下實現(xiàn)智能切換的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這也是雙模式風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的重要作用。另一種則是停止供電，但必然會影響負載工作。

三、雙模式風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)

（一）雙模式系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)

雙模式系統(tǒng)主要采用離網(wǎng)和并網(wǎng)兩種模式，按照不同的用電負荷實行自由切換，確保系統(tǒng)始終處在最佳狀態(tài)運行，雙模式風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)能夠在非極端工作狀態(tài)下完成正常的供電，優(yōu)先處于離網(wǎng)狀態(tài)。當(dāng)該系統(tǒng)在極端模式下，如果風(fēng)光蓄三者無法滿足負載需求，則控制器會控制并網(wǎng)開關(guān)連入系統(tǒng)電網(wǎng)，由電網(wǎng)補充所需的負載，當(dāng)風(fēng)光輸出功率超過負載功率，并且蓄電池已經(jīng)滿電狀態(tài)下，可以將系統(tǒng)接入電網(wǎng)，并且將富余的能量輸入到電網(wǎng)系統(tǒng)之中，這樣就能夠有效保證風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)在這種極端環(huán)境下依然能夠穩(wěn)定運行。

（二）離并網(wǎng)模式切換的主要原理

直流母線電壓作為風(fēng)光蓄電供電，最重要的指標(biāo)如果都不能夠滿足供給負載時，則直流母線電壓會不斷下降，當(dāng)風(fēng)光輸電功率超過負載時，則直流母線電壓會持續(xù)上升，可以根據(jù)直流母線電壓的反應(yīng)來控制并網(wǎng)開關(guān)。在正常運行狀態(tài)下，雙模式風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)先運行狀態(tài)，單相全橋逆變電路可以將直流母線電壓穩(wěn)定值設(shè)定為400V以上，當(dāng)母線電壓小于360V時，系統(tǒng)和自動切入到并網(wǎng)狀態(tài)，由電網(wǎng)提供缺額功率，如果母線電壓不斷回升到400V以上，則自動斷開電網(wǎng)回到離網(wǎng)狀態(tài)下。如果母線電壓超過400V之后，則系統(tǒng)會自動切換到離網(wǎng)狀態(tài)獨立運行。如果直流母線電壓不斷上升，超過440V以后，系統(tǒng)會切換到并網(wǎng)狀態(tài)，并且向電網(wǎng)輸送富余電能。這樣的運行原理能夠保證雙模式風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)在任何極端條件下都可以實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的運行。

（三）雙模式系統(tǒng)發(fā)電的市場流通

從目前來看，大多數(shù)的小型風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)主要以家庭用戶為主，要采取雙向電流表對電能量的流動進行分析。如果電網(wǎng)系統(tǒng)供電時，則電表采用正電能加法器記錄，如果系統(tǒng)向電網(wǎng)供電時，則電表采取負電能加法器記錄，對正負輸出量進行分別顯示在定時讀取電能表的讀數(shù)，按照電價的規(guī)定分別計算電費。在利用正電能加法器計算所得的電費減去負電能加法器所得的電費，如果為正則用戶需要繳納電網(wǎng)，如果為負則電網(wǎng)向用戶付費。通過這樣的市場登記能夠全面推廣家用新型風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)，為我國新能源事業(yè)提供重要的推廣依據(jù)。

四、結(jié)語

本文通過對風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)的離并網(wǎng)雙模式的原理進行詳細介紹，并且針對各種可能存在的極端情況進行分析，既可以有效保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，也能夠為我國新能源事業(yè)發(fā)展提供重要的參考依據(jù)，大多數(shù)的風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)主要以家庭用戶為主，應(yīng)該根據(jù)不同的用電量進行市場流通收費，這樣才能夠全面推廣新能源發(fā)電，保證用戶的利益不受損害。

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