基于风光互补供电系统的微电网容量研究

林君

（安徽继远软件有限公司，安徽 合肥 230088）

基于风光互补供电系统的微电网容量研究

林君

（安徽继远软件有限公司，安徽 合肥 230088）

在风光互补供电系统的基础上，提出了一种由光伏组件、风力发电机组、蓄电池组、控制器、逆变器以及负荷等组成的微电网容量系统，并对核心部件控制器和逆变器作最优容量配置，设计了系统运行监控程序，建立用户满意的发电模型，事实证明了风光互补供电系统的可靠性。

风力发电；光伏发电；微电网容量；供电系统

风力发电和光伏发电还存在一些问题，为此提出一种基于微电网容量的系统设计与制作方案。

1 系统的工作原理

风光互补供电系统的原理如图1，区域供电系统使用模式，电路系统中形成的外部能量的传递，确保所需的电力负荷，多余的电能可以存储在电池化学能的形式。当系统运行时，将太阳能转化为电能的光伏模块由控制器、充电电池和电能存储在蓄电池组,或由变频器供电负荷。的风力涡轮发电机将风能转化为机械能，再把机械能转换成电能可以驱动发电机，通过整流电压和直流/直流变换，电池将持续能量的形式存储的化学能。当电池组中的能量不足或负载增加，提供的电源逆变器的负载。

图1 风光互补供电系统原理图

2 系统的控制运行及软硬件设计

（1）系统的控制运行。风光互补供电系统的核心部分包括：控制器、逆变器、畜电池；软件控制页面有：充放电控制和参数设置等方面，结合操作和风光控制系统通过DCC的算法运算，从而大大精确供电程序，同时整个闭环系统需添加检测器件在其中，以便能及时报错和安全的操作。

（2）控制器硬件设计。核心硬件中以控制单片机为主，使用STC89C52单片机模型，基于8芯片单元其高性能和低功耗单片机、8 k编程闪存，并完全与80 C51单片机指令集兼容和销，达到高效的性能处理目的，下面介绍其存储器、扩展口等。

①存储器的扩展。其部存储器必要时扩展系统的内存容量的运行时间缩短系统通过实时采集和处理系统的数据，和扩展系统的功能。②通信接口扩展。根据现场测算并结合实际情况，选择了GSM通讯模块，见图3。

图2 单片机串行通信接口

（3）控制器软件设计。通过电路系统实时控制，使软件可以快速反应实现，作为一个独立周期序列结构。其过程是：开始→初始化→数据采集→显示→控制→通信处理→数据重采集。

（4）最大功率跟踪算法。在发电的分配过程中，通常使用的最大跟踪算法译码(MPPT)，包括扰动分析观察法，恒定电压跟踪法等。以确保最大的输出功率的太阳能电池板和风力发电，从而实现连续传播，但也确保和延长电池的可用寿命。

3 系统的设计

风光互补供系统对外界环境条件是有要求的，如风量、光照时长、风能发电机功率和电池的特点等。所以有必要进行相关计算，以确定系统容量和匹配的控制器和逆变容量。

（1）太阳能电池组件。微网适用于发达地区，本文选择在我国西北部的一个城市作系统仿真。一般家庭通用电器为负载，选择电量最大当值为

表1 用户日平均耗电量

2.18 ，得出日平均耗电量，见表1所示。设实验地根据太阳辐射参数的作实际选取后1670kW・h。则太阳能电池的容量为：

太阳能量：W；同时电率是0.95；H是年的消耗电量；水平太阳辐射是Q；R是转化辐射比通常取1.2；系统的总效率η，F是损失率取0.92；η1电池充放电效率取0.85；η2温度损失因素取0.9；η3屏蔽损耗系数取0.95；η4逆变器效率取0.95。运算后结果：控制系统的容量是600(Wp)，最终以300(Wp)来结合两块多晶硅太阳能电池串联使用。

（2）风力发电机。风力发电的估算是在3m/s风速，风力发电系统可以投入运营。但是，风速随高度，地面的平整度和风洞中的温度变化。风速随高度的变化不仅仅是指数公式：

V为高度的风速；V0的风速是在地面某高度时所测，α是风剪切系数，实际情况一般采取地面粗糙度的风切变指数的值通常是0.125 ～0.5。根据气象数据可知，用风力涡轮机的输出特征方程可以被认为是计算发电，以确定风力发电机容量需求。因为太阳能电池组件的容量足以匹配负载需求，风力涡轮机辅助发电。考虑其设计容量取600Wp。

（3）蓄电池。C电池容量通常是基于天数来算，但在本文中，建立光伏发电系统，以防单个系统或风力发电系统由于天气引起的短期发电和大用电配置所需，因此本文设计了电池2天。

E0是平均负载功率消耗一天量；T是天数；D0为最大深度放电度量取0.7；D对电池的充放电效率0.85；η为逆变器的效率0.95。

（4）控制器。控制器的选择要求：①风力发电充电电路和光伏充电电路。两个收费频道相对要独立、隔离。②以1.5倍收上的额定输出功率风力发电作单元考虑。③光伏发电的最大功率充电电路应该超过2倍的系统的总功率。④光伏充电电路可以承受的组件短路电流的1.5倍。⑤有保护功能,防止电池通过太阳能电池模块反向放电。充分分析和结合工程实践后对控制器模型选为风能和太阳能互补CD-B1220EM充电控制器，取1000Wp功率。

3.5 逆变器

逆变器的作用转直为交,为了家庭电器的负载用电,逆变器有限的容量计算十分重要:

CN是逆变器容量； PG是电感负载功率(Wp)的安全系数；n是电感负载的额定电流的冲击电流，Pr是纯电阻功率(Wp)。通过计算并查阅相关资料可知，选取正弦波型2000Wp容量。

4 系统仿真

计算并仿真得出模型可以获得的比较系统的发电和负荷能力（图3）。结果完全满足用户的需求，但也证实了该系统的优越性。

图3 系统发电量一最大负荷功率图

5 结语

通过阅读相关文献资料，在风光互补供电系统的基础上对微电网容量、控制系统及其软硬件的设计，提出一种离网型微电网容量优化配置方法，其从经济性和实用性都值得推广，存在一定的可行性。

[1]皇甫宜耿，安晓彤，马瑞卿，等.离网型风光互补发电系统多模态能量控制与管理[[J].西北工业大学学报，2013, 31(3) : 470-475.

[2]付燕杰.独立型风/光/储发电系统容量配置的优化研究[D].内蒙古：内蒙古工业大学，2015.

TM61

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1671-0711（2016）12（下）-0125-02