謝 嘉,桑成松,馬 勇,王世明,李永國(guó),張?jiān)雒?謝輝林,李 斌

(上海海洋大學(xué) 工程學(xué)院,上海 201306)

目前能源結(jié)構(gòu)以非再生石油、煤炭能源為主,能源的需求在不斷增長(zhǎng),國(guó)家的能源供應(yīng)及環(huán)境保護(hù)壓力巨大,迫切需要調(diào)節(jié)能源內(nèi)部結(jié)構(gòu)。綠色新能源具有清潔、分布廣泛等特性[1],其中風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能(波浪能)儲(chǔ)量豐富,來(lái)源廣,成為研究重點(diǎn)?？茖W(xué)技術(shù)的不斷提高,綠色新能源利用取得了顯著的發(fā)展,但是這些能源發(fā)電都具有隨機(jī)性,易受地理位置、氣候等條件影響的缺點(diǎn)。比如太陽(yáng)能發(fā)電不能保證全天24 h最大利用率,在沒(méi)有太陽(yáng)的情況下,發(fā)電效率低下。風(fēng)能發(fā)電受地理位置和季節(jié)的影響,在不同的地理分布和不同時(shí)段,風(fēng)力大小不同,風(fēng)力發(fā)電不能穩(wěn)定輸出,存在間歇性。海洋蘊(yùn)藏巨大的能量,但海洋能發(fā)電也受區(qū)域性和季節(jié)性影響,不同區(qū)域和季節(jié)氣候,海洋能發(fā)電不同,發(fā)電不穩(wěn)定。文獻(xiàn)[2]單一性的新能源發(fā)電系統(tǒng)存在無(wú)規(guī)律和間接性,具有很大的波動(dòng)性,不能滿足對(duì)負(fù)載連續(xù)供電的需求。文獻(xiàn)[3]針對(duì)單一能源發(fā)電不穩(wěn)定性和不連續(xù)性,我國(guó)就開(kāi)始研究風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng),主要研究系統(tǒng)的模型、優(yōu)化設(shè)計(jì)給負(fù)載可靠供電,但都處于初級(jí)階段。文獻(xiàn)[4]設(shè)計(jì)的多能互補(bǔ)綜合發(fā)電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)發(fā)電,但是地區(qū)差異的影響,能源產(chǎn)量不穩(wěn)定。另外,新能源發(fā)電領(lǐng)域還有一個(gè)客觀存在的問(wèn)題是各個(gè)新能源在源頭不穩(wěn)定,它們不像傳統(tǒng)化石能源那樣通過(guò)調(diào)節(jié)燃料的供給量來(lái)穩(wěn)定能量輸出的大小,從而可以有效地控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,以便發(fā)電機(jī)高效直接的轉(zhuǎn)化出穩(wěn)定的電能?，F(xiàn)有的新能源發(fā)電基本采用升速和穩(wěn)速的機(jī)械裝置來(lái)克服新能源源頭不穩(wěn)定的問(wèn)題,效率比較低,投資成本比較大,系統(tǒng)維護(hù)量比較大。

基于以上因素,設(shè)計(jì)一個(gè)相對(duì)完整的新能源多能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng),用太陽(yáng)能板、海洋能發(fā)電機(jī)、風(fēng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)將獲取的電能通過(guò)轉(zhuǎn)換電路獲得統(tǒng)一的直流電能,再利用充電電路進(jìn)入蓄電池中或者直接逆變成穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的交流電能。儲(chǔ)存在蓄電池中的電能在用戶需要電力時(shí)通過(guò)逆變將電池組件中存儲(chǔ)的直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能,將電能發(fā)送給交流負(fù)載,或者也可以需要時(shí)直接對(duì)直流負(fù)載供電。同時(shí)系統(tǒng)的電能互換環(huán)節(jié)通過(guò)電能的能量互換來(lái)代替升速和穩(wěn)速的機(jī)械裝置的能量互換,即電變換代替了機(jī)械變換,將機(jī)械的動(dòng)態(tài)能量變換變成了電的靜態(tài)能量變換,克服了效率比較低、投資成本比較大和系統(tǒng)維護(hù)量比較大的問(wèn)題。風(fēng)能、太陽(yáng)能和海洋能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是利用多能源的互補(bǔ)性,比單種能源輸出穩(wěn)定,能量的相互補(bǔ)充不僅提高了新能源的轉(zhuǎn)化效率和利用率,同時(shí)也保證了供電的可靠性,多能互補(bǔ)發(fā)電是一個(gè)全新、成本效益高的發(fā)電系統(tǒng),具有良好的使用前景。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)基于太陽(yáng)能、風(fēng)能和海洋能(波浪能)為一體[5],主要包括獲取新能源后的電能轉(zhuǎn)換和電能存儲(chǔ)。如圖1所示。

系統(tǒng)總體方案要求能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能,海洋能(波浪能)、風(fēng)能的電能轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ),結(jié)合能源分布特征,采取合適的控制策略,提高新能源各部分發(fā)電的利用率和能量轉(zhuǎn)換效率,并切實(shí)保證能源輸出的穩(wěn)定性以保證用戶應(yīng)用。

系統(tǒng)工作性能要求為:

(1)根據(jù)供電電壓標(biāo)準(zhǔn),主電路輸出電壓偏差允許波動(dòng)范圍在-5%～+5%之間[6];

(2)為防止多能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量局部時(shí)間過(guò)飽和,導(dǎo)致蓄電池過(guò)度充電放電,增加充放電的次數(shù),設(shè)定電壓保護(hù)閾值[7];

(3)為系統(tǒng)未來(lái)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng),配置電網(wǎng)能量調(diào)度平臺(tái),協(xié)調(diào)系統(tǒng)各電源,提高能源利用率;

(4)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案要考慮風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能(波浪能)易受環(huán)境因素影響,具有間歇性及能量源頭不穩(wěn)定的缺點(diǎn),從而要充分利用多能互補(bǔ)的特性,提高發(fā)電效率,使得效益最大化;

(5)系統(tǒng)各電源的裝機(jī)容量受限于現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件和負(fù)荷確定,要充分考慮最大負(fù)荷,制定電源實(shí)際裝機(jī)容量,協(xié)調(diào)控制電源投切,提高系統(tǒng)穩(wěn)定性;

(6)由于蓄電池存在使用壽命,環(huán)境不同,導(dǎo)致使用壽命不同,安裝要求也不同,要避免電池過(guò)度充放電,長(zhǎng)期處于低荷電狀態(tài),系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中要考慮分散電池充放電次數(shù)。

圖1是本系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖。系統(tǒng)電能包括風(fēng)能、海洋能(波浪能)以及太陽(yáng)能,為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,在系統(tǒng)中添加了市電,市電的添加可根據(jù)具體情況而定,其中風(fēng)能和海洋能(波浪能)使用的能源轉(zhuǎn)換裝置是專用交流發(fā)電機(jī),所以是交流輸出,而太陽(yáng)能使用光伏發(fā)電,為直流輸出。

多能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)有3個(gè)部分:新能源的電能轉(zhuǎn)換、電能存儲(chǔ)以及負(fù)載供電。

(1)新能源的電能轉(zhuǎn)換首先采用多能互補(bǔ)方式發(fā)電[8];然后將風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能(波浪能)發(fā)電獲得的粗電能(不可用)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的直流電能(可用的精電能);再進(jìn)行存儲(chǔ)或者逆變成穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)的交流電能。

(2)電能存儲(chǔ)主要采用蓄電池存放電能,包括充電電路和鉛蓄電池分組管理[9]和逆變電路,其中蓄電池分組管理以減少因發(fā)電過(guò)量不斷充放電的問(wèn)題和充電次數(shù)增加的影響為設(shè)計(jì)目的。

(3)負(fù)載供電可通過(guò)鉛蓄電池直接供電,也可使用逆變電路供電,在將來(lái)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)功能[10]。

對(duì)于多能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng),系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能(波浪能)多能互補(bǔ)供電,各個(gè)能源經(jīng)過(guò)各自的能源轉(zhuǎn)換裝置和AC-DC,DC-DC變換電路對(duì)新能源得到的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)[11]。相對(duì)于傳統(tǒng)的單一能源發(fā)電方式,多能互補(bǔ)發(fā)電比單一的依靠風(fēng)力發(fā)電和波浪能發(fā)電更加穩(wěn)定,同時(shí)也提高了新能源發(fā)電的利用率,保證系統(tǒng)輸出穩(wěn)定。多能互補(bǔ)發(fā)電方式也可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)峰,增強(qiáng)系統(tǒng)的負(fù)荷能力,同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況的需求,系統(tǒng)可添加市電,進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)負(fù)荷能力。在多能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中,為了能夠輸出穩(wěn)定的電能,提高電的質(zhì)量,本系統(tǒng)配置蓄電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。蓄電池通過(guò)直流母線獲取電能,并通過(guò)逆變電路為負(fù)載供電,蓄電池采取分組管理方式,減少因多能互補(bǔ)發(fā)電過(guò)量造成過(guò)量充放電的問(wèn)題,降低維護(hù)成本和電池?fù)p耗,延長(zhǎng)電池的使用壽命。

2 能源轉(zhuǎn)換和電能變換電路設(shè)計(jì)

2.1 能源轉(zhuǎn)換和電能變換總體設(shè)計(jì)

對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能(波浪能)獲取的電能進(jìn)行相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換,如圖2能源轉(zhuǎn)換和電能變換框圖所示。太陽(yáng)能直接經(jīng)過(guò)DC-DC斬波器轉(zhuǎn)換,風(fēng)能和海洋能獲取的電能需要經(jīng)過(guò)AC-DC整流器整流,然后再經(jīng)過(guò)DC-DC斬波器,經(jīng)過(guò)整流和斬波器得到穩(wěn)定的直流電能最終匯入直流母線,用于后續(xù)電能的存儲(chǔ)和負(fù)載供電。

系統(tǒng)采用單輸入AC-DC,DC-DC變換電路,每種新能源電能變換單獨(dú)控制。對(duì)太陽(yáng)能和海洋能采BOOST變換電路,對(duì)風(fēng)力發(fā)電采用BOOST/BUCK變換電路[11],不同能源采取不同的電能轉(zhuǎn)換得到穩(wěn)定的直流電壓,減小對(duì)各自電能變換器的沖擊,提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和靈活性。這樣的設(shè)計(jì)某一路出現(xiàn)故障不影響其它路的電能轉(zhuǎn)換,系統(tǒng)穩(wěn)定性比較高。

2.2 非隔離型DC-DC變換電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的AC-DC整流變換電路需要將風(fēng)力發(fā)電機(jī)和波浪發(fā)電機(jī)獲取的交流電轉(zhuǎn)換為直流電[12],本文采用不可控整流方式,無(wú)需整流控制,不做過(guò)多介紹。

DC-DC變流變換電路主要功能就是將直流電直接或間接轉(zhuǎn)化為另一幅值的直流電。直接型(非隔離型)直流變流變換電路也簡(jiǎn)稱為斬波電路。如圖3所示為BUCK降壓斬波變換電路的原理圖。

降壓(Buck)斬波變換電路工作原理首先假設(shè)所有的元器件都是理想狀態(tài),電感L和電容C都是最大值,在Ts控制周期內(nèi),可控開(kāi)關(guān)V導(dǎo)通一段時(shí)間ton,電源Us向電感L充電、電容C和負(fù)載R供電;把開(kāi)關(guān)V關(guān)閉一段時(shí)間toff,電感L通過(guò)二極管VD及負(fù)載回路R和電容C續(xù)流,整個(gè)過(guò)程中電容C起到穩(wěn)壓的作用[13]。一個(gè)周期Ts內(nèi)平均的電壓等式[14,15]為

Uston=UoTs

(1)

式中:Us為電源,ton為導(dǎo)通時(shí)間,Uo為輸出直流電壓,Ts為周期。

從而得出直流電壓Uo輸出為

(2)

其中

Ts=ton+toff

(3)

在圖3中,想輸出特定的電壓Uo,只需調(diào)節(jié)開(kāi)通時(shí)間ton,調(diào)節(jié)PWM波形觸發(fā)脈沖的占空比即可。圖中改變電感L的大小可改變降壓斬波電路工作的時(shí)間快慢。

升壓(BOOST)斬波變換電路是指輸出的電壓高于電源電壓。其工作原理是在一個(gè)控制周期Ts內(nèi),設(shè)V開(kāi)通的時(shí)間為ton,在自開(kāi)始設(shè)定電感L和電容C的值都很大,電源向電感L充電,電容C向負(fù)載供電,此時(shí)定值電流i1和電感L上存儲(chǔ)的能量為Usi1ton,V斷開(kāi)時(shí),設(shè)定V斷開(kāi)時(shí)間是toff電源Us和電感L同向電容C和負(fù)載R提供能量,這個(gè)階段中電感L放出電能(Uo-Us)i1toff。在控制周期Ts,電感存儲(chǔ)的能量和釋放的能量相等[16-20]。由于電路工作在穩(wěn)定狀態(tài),可整理得輸出電壓Uo為

(4)

式中:toff為關(guān)閉時(shí)間。

如圖4所示為BOOST升壓斬波變換電路的原理圖。想要得到特定的輸出電壓Uo,只需要調(diào)節(jié)為開(kāi)關(guān)管提供的PWM波形觸發(fā)脈沖的占空比,主要是Ts/toff的值。與降壓斬波變換電路類似,改變電感L的大小可改變電路工作的時(shí)間快慢。

3 電能儲(chǔ)能電路設(shè)計(jì)

3.1 蓄電池原理及參數(shù)

蓄電池是存儲(chǔ)化學(xué)能量,并為負(fù)載供電的一種儲(chǔ)電設(shè)備,蓄電池的工作原理以鉛酸蓄電池為例,將陽(yáng)極(PbO2)和陰極(Pb)浸入到電解液中,兩級(jí)之間發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生電能,根據(jù)蓄電池的充放電原理,可用方程式表示

PbO2+Pb+2H2SO42PbSO4+2HO2

式中:正方反應(yīng)是為蓄電池充電,逆向反應(yīng)是蓄電池放電[21,22]

圖5為蓄電池的簡(jiǎn)化等效電路[24-26],其中蓄電池表示為電壓為Em、內(nèi)阻為R組成的電路,可表示流經(jīng)蓄電池的電流I為

(5)

在生產(chǎn)生活中,蓄電池的電壓一般為6 V和12 V,在本文多能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中,額定電壓24 V,需串聯(lián)兩個(gè)12 V蓄電池使用。

3.2 蓄電池充電電路原理及充電方式

在多能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的電能存儲(chǔ)及充電電路設(shè)計(jì)過(guò)程中采用兩種充電電路。分別對(duì)應(yīng)了蓄電池組與直流母線不同的連接傳輸方式。

方式1是運(yùn)用半橋式蓄電池組充電電路,可將電路直接接在直流母線上,直接獲取直流母線上的電能。然后單方向?yàn)樾铍姵亟M充電,在后面添加逆變電路即可為交流負(fù)載供電[26,27]。

圖6為半橋式蓄電池組充電電路圖,運(yùn)用了半橋式二極管結(jié)構(gòu),前一部分,在直流電壓足夠使二極管導(dǎo)通的情況下,此半橋式充電電路為設(shè)計(jì)的兩組蓄電池充電。因?yàn)槎O管的正向?qū)ǖ奶匦?在后面與逆變電路相連的部分,其輸出的電壓只能是蓄電池組中所存電壓容量高的一組,當(dāng)充電電路運(yùn)作使蓄電池充滿后,逆變部分的輸出電壓將會(huì)保持在最高電壓。

方式2是運(yùn)用電流可逆斬波充電電路,使蓄電池與直流母線隔離,由直流母線通過(guò)逆變電路為負(fù)載供電。

如圖7為電流可逆斬波(雙向DC-DC變換器)蓄電池充電電路,電流可逆斬波充電電路又可稱為雙向DC-DC變換電路[28],因?yàn)樗哂须p向?qū)娔艿脑?可以雙向供電。當(dāng)直流母線處電壓足夠,一方面可以直接通過(guò)逆變電路為交流負(fù)載供電;另一方面電能通過(guò)開(kāi)關(guān)管V1,二極管VD1,電感L構(gòu)成的降壓BUCK斬波變換電路為蓄電池充電。當(dāng)直流母線處的電壓不足時(shí),蓄電池可通過(guò)開(kāi)關(guān)管V2,二極管VD2,電感L構(gòu)成的升壓BOOST斬波變換電路為直流母線供電,然后通過(guò)逆變電路為交流負(fù)載供電。

4 系統(tǒng)仿真分析

以下仿真實(shí)驗(yàn)中,控制開(kāi)關(guān)管開(kāi)通與關(guān)斷的觸發(fā)脈沖所需的PWM波均由脈沖發(fā)生器提供。

4.1 BUCK降壓斬波變換電路仿真

仿真電路分別如圖8～圖10所示,部分參數(shù)如下:脈沖發(fā)生器的開(kāi)關(guān)頻率為20 kHz,開(kāi)關(guān)管采用電力MOSFET器件,占空比按輸出電壓要求設(shè)定。直流電壓設(shè)置為100 V,負(fù)載電阻R為20 Ω,電感L值為37.5 mH,電容C值為26 mF。

本降壓斬波仿真實(shí)驗(yàn)假設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)經(jīng)整流后獲得100 V直流電壓,通過(guò)控制調(diào)節(jié)PWM波的占空比,此斬波電路可獲得30 V左右的直流電壓為蓄電池充電。其中圖8為BUCK變換器仿真電路。圖9輸出電壓波形,將100 V直流電壓通過(guò)此電路轉(zhuǎn)變?yōu)?0 V。圖10為BUCK變換器各器件電流電壓波形,分別為控制電力MOSFET的電壓UG、電路中電感L電壓UL、MOSFET的電流、輸出電壓UO微觀瞬時(shí)波形、電感L電流IL和二極管電流?？梢钥闯龈鞑糠值牟ㄐ问呛涂刂齐妷篣G對(duì)應(yīng)的,輸出電壓UO波動(dòng)范圍僅有0.23 V,滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2 BOOST升壓斬波變換電路仿真結(jié)果

如圖11～13所示,部分參數(shù)如下:

脈沖發(fā)生器的開(kāi)關(guān)頻率為40 kHz,占空比按輸出電壓要求設(shè)定。直流電壓DC設(shè)置為10 V,負(fù)載電阻R=200 Ω,電感L=12 μH,電容C=1 mF。

本升壓斬波仿真實(shí)驗(yàn)假設(shè)太陽(yáng)能板獲得10 V直流電壓,通過(guò)控制調(diào)節(jié)PWM波的占空比,此斬波電路可獲得30 V左右的直流電壓為蓄電池充電。其中,圖11為BOOST變換器仿真電路。圖12為輸出電壓波形,將10 V直流電壓通過(guò)此電路升壓為30 V。圖13為BOOST變換器各器件電流電壓波形,分別為提供電力MOSFET的電壓UG、電路中電感L電壓UL、MOSFET的電流、輸出電壓UO微觀瞬時(shí)波形、電感L電流IL和二極管電流。同樣,各部分的波形是和控制電壓UG對(duì)應(yīng)的,輸出電壓UO脈動(dòng)很小,符合設(shè)計(jì)要求。

4.3 半橋式充電電路仿真設(shè)計(jì)

本仿真實(shí)驗(yàn)使用兩組蓄電池,其部分參數(shù)如下:兩個(gè)蓄電池組額定電壓24 V,額定容量100 AH,內(nèi)阻為0.000 2 Ω,容量百分比分別為100%和50%(放電量由額定量決定)。直流電壓受控源DC使用階躍函數(shù)控制,設(shè)置初值為0 V,5 s后階躍為30 V。卸荷電阻R1與負(fù)載電阻R2阻值均為10 Ω。實(shí)驗(yàn)總時(shí)長(zhǎng)設(shè)定為10 s。

如圖14為半橋式充電仿真電路。其中二極管導(dǎo)通壓降為0.8 V。在0～5 s內(nèi),二極管不導(dǎo)通,無(wú)電流,5～10 s內(nèi),二極管導(dǎo)通,有電流流過(guò)且電壓變?yōu)檎等鐖D17所示。

圖15與圖16分別是蓄電池組1和蓄電池組2充放電波形圖。從圖中可以看出蓄電池組1容量為100%,蓄電池組2容量為50%,蓄電池組1的容量及電壓大于蓄電池組2,蓄電池組2不會(huì)給負(fù)載供電。

前0～5 s內(nèi),二極管D3導(dǎo)通,蓄電池組1對(duì)R2放電且容量略有下降,電壓也略有下降。5～10 s內(nèi),二極管D1和D2導(dǎo)通,電源DC對(duì)蓄電池組充電。其中,蓄電池組2并聯(lián)了卸荷電阻,目的是防止蓄電池充電電流過(guò)大。從圖17可以看出,卸荷電阻可以對(duì)降低蓄電池充電時(shí)的充電電流有一定的作用。可以根據(jù)所需要求的限制電流值,來(lái)修改卸荷電阻值的大小。實(shí)際的電路中每個(gè)蓄電池組均可以按需求加入卸荷電阻。這樣的分組管理模式使電池的充放電的效率顯著提高。所以通過(guò)本次仿真實(shí)驗(yàn)可以驗(yàn)證,使用半橋式的充電電路可以實(shí)現(xiàn)若干蓄電池組(本仿真實(shí)驗(yàn)為兩組)的有效分組式管理。

4.4 電流可逆斬波充電電路仿真設(shè)計(jì)

本仿真實(shí)驗(yàn)使用一組蓄電池,其部分參數(shù)如下:蓄電池額定電壓為24 V,額定容量為100 AH,內(nèi)阻為0.000 2 Ω(仿真時(shí)需固定參數(shù))。直流電壓受控源DC使用階躍函數(shù)控制,設(shè)置初值為0 V,0.01 s后階躍為30 V。脈沖發(fā)生器1/2的開(kāi)關(guān)頻率為50 kHz,占空比按輸出電壓要求設(shè)定(應(yīng)調(diào)整兩發(fā)生器的起振時(shí)間,并使之不同時(shí)導(dǎo)通)。實(shí)驗(yàn)總時(shí)長(zhǎng)設(shè)定為0.02 s。

圖18為電流可逆斬波充電電路仿真圖。通過(guò)觀察圖19的蓄電池充放電曲線可以直觀發(fā)現(xiàn),0～0.01 s內(nèi),由于設(shè)定初試直流電壓為0 V,直流電壓不夠,蓄電池就為直流母線供電,使蓄電池電量下降;在0.01～0.02 s內(nèi),通過(guò)階躍控制,直流電壓足夠,直流母線為蓄電池充電。上述仿真結(jié)果證明了這個(gè)方案的可行性,電路可以實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行。

5 結(jié)論

本文針對(duì)單一新能源發(fā)電系統(tǒng)無(wú)規(guī)律性,不穩(wěn)定的問(wèn)題,提出了多能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng),通過(guò)詳細(xì)的研究,設(shè)計(jì)了多能互補(bǔ)轉(zhuǎn)換電路及電能存儲(chǔ)電路,通過(guò)理論設(shè)計(jì)與仿真得出具體結(jié)論:

(1)設(shè)計(jì)的多能互補(bǔ)發(fā)電電路具有良好的性能,系統(tǒng)中各個(gè)新能源在源頭不穩(wěn)定,其發(fā)電單元相互獨(dú)立,但是多能源獲取的直流電壓經(jīng)過(guò)降壓斬波電路和升壓斬波電路最終獲得穩(wěn)定輸出直流電壓。這樣從系統(tǒng)的整體架構(gòu)上就保證了能量的有效轉(zhuǎn)換,各種能量之間此缺它補(bǔ),很好地轉(zhuǎn)化利用了各個(gè)新能源攜帶的能量。

(2)多能源經(jīng)過(guò)互補(bǔ)變換電路獲取的穩(wěn)定直流電壓是精電,通過(guò)直流母線為充電電路供電,或者直接逆變成交流電,輸出適合相應(yīng)負(fù)載的穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)電能,這樣總體上從不穩(wěn)定的各種新能源轉(zhuǎn)換的粗電能最終獲得了穩(wěn)定的交直流精電能。

(3)多能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)比單種能源發(fā)電系統(tǒng)更容易獲得穩(wěn)定輸出,提高長(zhǎng)期平穩(wěn)供電的可能性,通過(guò)本文設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng),各個(gè)新能源的利用率得到了提高,較好地實(shí)現(xiàn)各個(gè)新能源的相互補(bǔ)充,達(dá)到了新能源較好的有效運(yùn)用。

由于天然因素,發(fā)電量不能保持絕對(duì)合理,發(fā)電過(guò)量導(dǎo)致多余電能通過(guò)卸載電路消耗,浪費(fèi)資源。在未來(lái)可以通過(guò)減少發(fā)電系統(tǒng)與用電負(fù)荷之間產(chǎn)生較大的電量差值的可能性,來(lái)減少系統(tǒng)能量波動(dòng),以提高系統(tǒng)的發(fā)電、供電質(zhì)量,這是另一個(gè)研究方向。