林君

（安徽繼遠(yuǎn)軟件有限公司，安徽 合肥 230088）

基于風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的微電網(wǎng)容量研究

林君

（安徽繼遠(yuǎn)軟件有限公司，安徽 合肥 230088）

在風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出了一種由光伏組件、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、蓄電池組、控制器、逆變器以及負(fù)荷等組成的微電網(wǎng)容量系統(tǒng)，并對(duì)核心部件控制器和逆變器作最優(yōu)容量配置，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控程序，建立用戶滿意的發(fā)電模型，事實(shí)證明了風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的可靠性。

風(fēng)力發(fā)電；光伏發(fā)電；微電網(wǎng)容量；供電系統(tǒng)

風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電還存在一些問題，為此提出一種基于微電網(wǎng)容量的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作方案。

1 系統(tǒng)的工作原理

風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的原理如圖1，區(qū)域供電系統(tǒng)使用模式，電路系統(tǒng)中形成的外部能量的傳遞，確保所需的電力負(fù)荷，多余的電能可以存儲(chǔ)在電池化學(xué)能的形式。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的光伏模塊由控制器、充電電池和電能存儲(chǔ)在蓄電池組,或由變頻器供電負(fù)荷。的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能可以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，通過整流電壓和直流/直流變換，電池將持續(xù)能量的形式存儲(chǔ)的化學(xué)能。當(dāng)電池組中的能量不足或負(fù)載增加，提供的電源逆變器的負(fù)載。

圖1 風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)原理圖

2 系統(tǒng)的控制運(yùn)行及軟硬件設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)的控制運(yùn)行。風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的核心部分包括：控制器、逆變器、畜電池；軟件控制頁面有：充放電控制和參數(shù)設(shè)置等方面，結(jié)合操作和風(fēng)光控制系統(tǒng)通過DCC的算法運(yùn)算，從而大大精確供電程序，同時(shí)整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)需添加檢測(cè)器件在其中，以便能及時(shí)報(bào)錯(cuò)和安全的操作。

（2）控制器硬件設(shè)計(jì)。核心硬件中以控制單片機(jī)為主，使用STC89C52單片機(jī)模型，基于8芯片單元其高性能和低功耗單片機(jī)、8 k編程閃存，并完全與80 C51單片機(jī)指令集兼容和銷，達(dá)到高效的性能處理目的，下面介紹其存儲(chǔ)器、擴(kuò)展口等。

①存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。其部存儲(chǔ)器必要時(shí)擴(kuò)展系統(tǒng)的內(nèi)存容量的運(yùn)行時(shí)間縮短系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)采集和處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，和擴(kuò)展系統(tǒng)的功能。②通信接口擴(kuò)展。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算并結(jié)合實(shí)際情況，選擇了GSM通訊模塊，見圖3。

圖2 單片機(jī)串行通信接口

（3）控制器軟件設(shè)計(jì)。通過電路系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制，使軟件可以快速反應(yīng)實(shí)現(xiàn)，作為一個(gè)獨(dú)立周期序列結(jié)構(gòu)。其過程是：開始→初始化→數(shù)據(jù)采集→顯示→控制→通信處理→數(shù)據(jù)重采集。

（4）最大功率跟蹤算法。在發(fā)電的分配過程中，通常使用的最大跟蹤算法譯碼(MPPT)，包括擾動(dòng)分析觀察法，恒定電壓跟蹤法等。以確保最大的輸出功率的太陽能電池板和風(fēng)力發(fā)電，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)傳播，但也確保和延長(zhǎng)電池的可用壽命。

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

風(fēng)光互補(bǔ)供系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境條件是有要求的，如風(fēng)量、光照時(shí)長(zhǎng)、風(fēng)能發(fā)電機(jī)功率和電池的特點(diǎn)等。所以有必要進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，以確定系統(tǒng)容量和匹配的控制器和逆變?nèi)萘俊?/p>

（1）太陽能電池組件。微網(wǎng)適用于發(fā)達(dá)地區(qū)，本文選擇在我國(guó)西北部的一個(gè)城市作系統(tǒng)仿真。一般家庭通用電器為負(fù)載，選擇電量最大當(dāng)值為

表1 用戶日平均耗電量

2.18 ，得出日平均耗電量，見表1所示。設(shè)實(shí)驗(yàn)地根據(jù)太陽輻射參數(shù)的作實(shí)際選取后1670kW?h。則太陽能電池的容量為：

太陽能量：W；同時(shí)電率是0.95；H是年的消耗電量；水平太陽輻射是Q；R是轉(zhuǎn)化輻射比通常取1.2；系統(tǒng)的總效率η，F(xiàn)是損失率取0.92；η1電池充放電效率取0.85；η2溫度損失因素取0.9；η3屏蔽損耗系數(shù)取0.95；η4逆變器效率取0.95。運(yùn)算后結(jié)果：控制系統(tǒng)的容量是600(Wp)，最終以300(Wp)來結(jié)合兩塊多晶硅太陽能電池串聯(lián)使用。

（2）風(fēng)力發(fā)電機(jī)。風(fēng)力發(fā)電的估算是在3m/s風(fēng)速，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以投入運(yùn)營(yíng)。但是，風(fēng)速隨高度，地面的平整度和風(fēng)洞中的溫度變化。風(fēng)速隨高度的變化不僅僅是指數(shù)公式：

V為高度的風(fēng)速；V0的風(fēng)速是在地面某高度時(shí)所測(cè)，α是風(fēng)剪切系數(shù)，實(shí)際情況一般采取地面粗糙度的風(fēng)切變指數(shù)的值通常是0.125 ～0.5。根據(jù)氣象數(shù)據(jù)可知，用風(fēng)力渦輪機(jī)的輸出特征方程可以被認(rèn)為是計(jì)算發(fā)電，以確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量需求。因?yàn)樘柲茈姵亟M件的容量足以匹配負(fù)載需求，風(fēng)力渦輪機(jī)輔助發(fā)電。考慮其設(shè)計(jì)容量取600Wp。

（3）蓄電池。C電池容量通常是基于天數(shù)來算，但在本文中，建立光伏發(fā)電系統(tǒng)，以防單個(gè)系統(tǒng)或風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于天氣引起的短期發(fā)電和大用電配置所需，因此本文設(shè)計(jì)了電池2天。

E0是平均負(fù)載功率消耗一天量；T是天數(shù)；D0為最大深度放電度量取0.7；D對(duì)電池的充放電效率0.85；η為逆變器的效率0.95。

（4）控制器?？刂破鞯倪x擇要求：①風(fēng)力發(fā)電充電電路和光伏充電電路。兩個(gè)收費(fèi)頻道相對(duì)要獨(dú)立、隔離。②以1.5倍收上的額定輸出功率風(fēng)力發(fā)電作單元考慮。③光伏發(fā)電的最大功率充電電路應(yīng)該超過2倍的系統(tǒng)的總功率。④光伏充電電路可以承受的組件短路電流的1.5倍。⑤有保護(hù)功能,防止電池通過太陽能電池模塊反向放電。充分分析和結(jié)合工程實(shí)踐后對(duì)控制器模型選為風(fēng)能和太陽能互補(bǔ)CD-B1220EM充電控制器，取1000Wp功率。

3.5 逆變器

逆變器的作用轉(zhuǎn)直為交,為了家庭電器的負(fù)載用電,逆變器有限的容量計(jì)算十分重要:

CN是逆變器容量； PG是電感負(fù)載功率(Wp)的安全系數(shù)；n是電感負(fù)載的額定電流的沖擊電流，Pr是純電阻功率(Wp)。通過計(jì)算并查閱相關(guān)資料可知，選取正弦波型2000Wp容量。

4 系統(tǒng)仿真

計(jì)算并仿真得出模型可以獲得的比較系統(tǒng)的發(fā)電和負(fù)荷能力（圖3）。結(jié)果完全滿足用戶的需求，但也證實(shí)了該系統(tǒng)的優(yōu)越性。

圖3 系統(tǒng)發(fā)電量一最大負(fù)荷功率圖

5 結(jié)語

通過閱讀相關(guān)文獻(xiàn)資料，在風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)微電網(wǎng)容量、控制系統(tǒng)及其軟硬件的設(shè)計(jì)，提出一種離網(wǎng)型微電網(wǎng)容量?jī)?yōu)化配置方法，其從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性都值得推廣，存在一定的可行性。

[1]皇甫宜耿，安曉彤，馬瑞卿，等.離網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)多模態(tài)能量控制與管理[[J].西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013, 31(3) : 470-475.

[2]付燕杰.獨(dú)立型風(fēng)/光/儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)容量配置的優(yōu)化研究[D].內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)，2015.

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