风光互补发电系统的协调控制

《风光互补发电系统的协调控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、万方数据第3l卷第5期2010年5月太阳能学报ACTAENERGIAE鲫．ARISSINIcAV01．3l，No．5May，2010风光互补发电系统的协调控制齐志远1’2，王生铁1，田桂珍1(1．内蒙古工业大学信息工程学院，呼和浩特010051；2．内蒙古工业大学能源与动力工程学院，呼和浩特010051)摘要：通过对风光互补发电系统能量流动和运行特性的分析，归纳总结出系统的4种运行模式和15种工作状态，提出了一种包括最大功率跟踪控制、负载功率跟踪控制、蓄电池充放电控制和系统保护运行等控制策略的协调控制方案。该控制方案根据气象条件、负载和蓄电池工况，进行不同运行模式

2、和工作状态之间的转换，并完成相应的控制策略，从而实现风光互补发电系统的优化及可靠运行。仿真结果验证了该文所论述协调控制方案的正确性和可行性。关键词：风光互补发电；协调控制；最大功率跟踪控制；充放电控制中图分类号：TM614；TM615文献标识码：A0引言1系统构成充分利用风光互补发电能够减少采用单一资源可能造成的电力供应不足或不平衡，提高系统的性价比与供电可靠性。应用多目标规划、神经网络、模糊控制和遗传算法等优化设计方法，以满足负载用电能力为前提和系统投资费用为优化目标的系统配置方案已经得到了研究[1卅。目前针对风能和太阳能资源利用的最大功率跟踪控制(MPPI')

3、研究较多，已提出扰动观测法、增量导纳法等多种控制策略[7-10]。另一方面，风光互补发电系统的合理运行对提高系统供电的连续性、稳定性和可靠性非常重要。目前风光互补系统中一般以铅酸蓄电池作为储能装置，但蓄电池存在循环寿命短、严格的充放电电流限制、环境问题等一些难以克服的缺点以及风光互补系统工作环境和工作过程的特殊性，导致了蓄电池过早失效或容量损失，进一步加大了风光互补系统的成本⋯一引。针对风光互补发电系统运行工况的复杂性，只有对系统中各部分能量协调调度才能发挥各自优势。本文通过对风光互补发电系统能量流动关系进行分析，深入了解系统运行规律，建立合理的能量流动控制方法，

4、以提高系统整体效率及实现可靠运行。风光互补发电系统由小型风力发电机、太阳电池、蓄电池组、逆变器和控制器等部分组成(如图1)。风力发电部分采用定桨距尾翼侧偏调节式风力机直接耦合永磁发电机，电力电子接口采用不可控整流桥和DC／DC变换器结构来实现功率变换及调节，整个系统不使用测风速装置，发电机转速根据输出交流电压的频率与转速之间对应关系测量，从而简化系统结构、降低成本、提高运行可靠性。光伏发电部分也采用DC／DC变换器实现功率变换与调节。光伏发电子系统与风力发电子系统经直流母线并联运行向负载及蓄电池供电，DC／DC变换器实现了两种不同能源发电的解耦，即，光伏发电子系统

5、与风力发电子系统可以同时或单独向负载供电。‘一风。一风图1风光互补发电系统结构Fig．1Configurationofwind／INhybridpowersystem收稿日期：2008．10-15基金项目：内蒙古自然科学基金(200508010801)通讯作者：齐志远(1968一)，男，博士，主要从事光伏和风力发电技术方面的研究。qi—zhiyuan@126．嗍万方数据5期齐志远等：风光互补发电系统的协调控制6552能量流动的协调控制按照气象条件的变化，风光互补发电系统主要有风电系统与光伏系统联合工作、风电系统单独工作、光伏系统单独工作以及蓄电池单独工作4种运行模

6、式。同时由于风力发电机输出功率Pw、光伏电池输出功率P。、负载消耗功率P。．和蓄电池可以接受的充电功率P。之间关系随机变化，每种工作模式下又存在若干种不同的工作状态。表1给出了风光互补发电系统的运行状态。随着气象条件和负载的不断变化，上述工作模式或工作状态之间相互转换。控制器对风力发电机、太阳电池阵列、蓄电池及用电负载的工作状态进行实时监测，并根据蓄电池的荷电状态和用电负载的情况，对蓄电池的充、放电状态及风力发电机及光伏电池阵列的发电状态进行协调控制。协调控制方案主要包含最大功率跟踪控制、负载跟踪控制、蓄电池充放电控制及发电机超速保护等控制策略。表1风光互补发电系

7、统的运行状态Table1Operatingslatesofwind／iVhybridpowersystem3功率控制策略3．1风电系统功率控制根据风能及负载变化情况，风电系统主要包括最大功率跟踪控制、负载功率跟踪控制和超速保护3种控制方式。为了提高系统在蓄电池组没有充满时的运行效率，在额定风速以下，本文采用最佳功率给定法进行最大功率跟踪控制。该方法假定系统始终运行在最佳叶尖速比，根据发电机转速推测风力机最大输出功率，将该推测功率作为发电机功率的给定，调节DC／DC变换器的占空比进行阻抗变换，实现最大功率跟踪。当风力机输出能量多于负载及蓄电池吸收的能量时，采用负载跟

8、踪控制模式