风光互补发电系统研究综述

风光互补发电系统研究综述

李志鸿

国家电投东北新能源发展有限公司 辽宁省沈阳市110000

摘要：风能和太阳能是地球上取之不尽,用之不竭的绿色、清洁可再生能源.综合利用风能和太阳能资源,发展风光互补发电技术已成为新能源领域研究和发展的趋势.风光互补发电系统就是将风力发电和太阳能光伏发电组合起来所构成的发电系统,主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载等部分组成.阐述了风光互补发电系统的构成及其各部分特点,提出了系统设计中应注意的几点问题.

关键词：风光互补发电；控制；系统

1风光互补发电系统概述

风光互补发电系统通过应用风能和太阳能，并与多种能源发电技术相结合，在智能控制技术的基础上实现发电，为可再生能源发电系统。该系统主要由风力和太阳能发电组件构成，其中蓄电池能存储电能，通过逆变器将直流电转化为交流电，为用户提供电力[1]。该系统能够使风电和光电之间形成互补，可以根据用户用电和资源实际情况分配系统容量，保证持续供电，减少能源浪费。该系统分为两个发电单元，其费用与区域风能和太阳能实际资源有关，同时这两种资源的互补情况也会影响其利用情况，该系统会根据季节、昼夜变化等太阳能和风能的实际变化情况来分配能源，并利用自动控制系统实现充放电和发电。

2风光互补发电系统的资源利用

我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW（陆地上离地10m高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计10亿kW。而我国的风能主要存贮是在于新疆、西藏等高原地区，在那些缺水、缺燃料及交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带。同时那些区域也是阳光照射最多的区域，那些地方的植物、植被受到阳光照射是全国最大的区域，在这些区域开发风光互补发电控制系统，将大有可为。因此，在风光互补发电场选址过程中应做好风能、太阳能资源的勘测统计工作，掌握当地风能、太阳能资源和其他天气及地理环境数据，选取风能、太阳能资源丰富的地域开发建设，以保证风能、太阳能资源的合理利用。

3风光互补发电控制系统的运行

3.1软件系统控制

单片机系统中，可靠性是至关重要的，它是系统正常运行的基本保障。结合以上硬件设计方案对控制系统监控层进行了结构化程序设计。整个程序分为：主程序模块、数据采集子程序，按键处理子程序、显示刷新子程序、控制子程序以及通信子程序。监控程序的主题设计为自主循环的串行顺序结构。初始化后，主程序将顺序调整数据采集子程序、显示刷新子程序、按键处理子程序、控制子程序和通信子程序。

3.2单片机控制电路

单片机具有较强的抗干扰能力，其可以实现系统运行时对电压、电流数据的采集，可以了解系统运行的状态，单片机在不同存储单元中发挥着重要的监测作用，利用相关计算公式，可实现数据的准确处理，在检测的过程中，可保证信息处理的安全性。单片机控电路的程序包括初始化模块、主程序循环模块及中断处理模块三个部分。初始模块主要是对运行数据进行判断，可了解单片机的运行状态。主程序循环模块是对系统功能状态进行采集，为数据处理做好了前期准备。中断处理模块是在系统运行故障时，对故障信息进行传输，使检修人员了解故障位置。该模块包括定时中断、键盘中断以及外部复位中断。

3.3硬件系统控制

硬件系统是风光互补发电控制系统的重要组成，其构成比较复杂，在控制的过程中，需要利用多种设备，还要做好监测与管理工作，在对风能与太阳能进行控制时，具有较大的难度，两者都属于自然能源，具有不定性与变化性。在对风光互补发电控制系统进行设计时，还需利用单片机以及微计算机技术，在控制的过程中，要实现系统运行的稳定性，还要保证能源利用的平衡性。在硬件系统中，计算机发挥着重要的作用，希望可以实现对发电系统的控制与监测，在对系统进行优化设计时，一定要结合发电系统的控制特点。在风光互补发电控制系统中，底层是基于单片机的监控层，上层是基于PC微机的管理层，主用用于现场采集数据的处理，同时根据采集数据分析结果，对控制参数进行合理的调整或设定。

4 小容量风光互补系统的优化设计思路

在对这一系统进行研究的时候，应该深入分析并且研究多种不同类型的储能电池的性能，并且要做好各项试验。在研究常见的铅碳电池以及铅酸电池的时候，需要掌握不同类型电池的优势，从而选择具有较高性价比的蓄电池。蓄电池随着其使用时间的不断延长，容量将会越来越小，在蓄电池的容量很难满足用户的使用需要的时候，用户就需要重新更换电池。然而，个别情况下面对这一问题并不需要将所有的蓄电池都进行更换，只是其中某一块蓄电池影响到了整个蓄电池组的性能，如果建立多个蓄电池组，就能够通过检测及时找出存在于蓄电池中的问题，将严重衰减的电池剔除，通过内阻检测和分容的方法对其他电池进行检测，这样一来就能够完全实现对其他蓄电池的梯次利用。由此可见，在设计的过程中，应该建立一个智能控制系统来对蓄电池中的有效容量进行检测。风光互补发电系统具有良好的经济性以及可靠性，可以将这些优势作为评价风光互补发电系统优劣的重要标准，因此，必须对其加大分析以及研究力度，并且要对容量进行准确调整以及优化配置，进一步提升系统的经济性。在设计固定光伏方阵的时候，应该全面分析当地的太阳能资源以及风力资源的实际分布情况，以便能够为确定太阳电池方针的最佳倾角而提供准确的数据支撑。基于各项参数和不同的倾角，进行科学编制，能够使系统处于最佳的配置状态，控制初期总投资额在合理的范围内，并且基于相关公式实施针对性计算

[3]。在国外方面，主要研究了系统的合理配置与优化设计等，加拿大科学家通过研究，建立了独立的小型风光发电系统，此系统具有良好的可靠性与较低的成本，它以负载为依据，对风光资源进行了合理的配置，使得该系统发电成本得到了控制，同时也提高了系统的安全性、可靠性与可行性。在国内方面，主要研究了系统的性能、效率与控制策略等，有研究构建了风光发电系统的变结构仿真模型，在此模型的作用下，用户可以对不同结构的风光发电系统进行重构，并且利用计算机进行仿真计算，进而全面了解了系统的性能、运行效率与控制策略;部分石油公司也对风光互补发电系统进行了研究，主要是为了保证边际油田的高效开发，在研究过程中，对油田的特殊性、工程的实效性等因素均给予了考虑;在移动通信方面，也研究了风光互补系统，将其应用到了移动通讯配置中，有效解决了设备供电难的问题。

4结论与建议

本文从风光互补发电系统运行结构出发，深入分析了系统的运行特点，归纳出了系统的运行控制策略，而后结合微计算机控制技术开发出了控制系统，并成功应用到工程实践中，得到了预期的效果。但控制系统要得到更广泛应用，还要考虑更多的相关因素，进行不断的完善。在社会经济快速发展发展的前提下，对能源的需求量逐渐提升，现有的能源储存量已经很难满足实际需要，因此，必须要深入分析能源的使用，进一步提升能源的利用效率。经过长期的研究和探索可以得知，风能和太阳能在我国的储存非常丰富，并且风光互补发电技术的使用具有良好的可靠性以及安全性，不仅不会对环境带来任何影响，而且在后期使用过程中也无需专人进行维护，还能够针对性地调整设计规模。该系统不仅能够应用于学校，同时还能够将其用在建筑物中，全面落实建筑节能理念，实践证明，该系统的使用具有良好的环境效益以及经济效益。

参考文献：

[1]赵春江.太阳能光伏发电系统技术的发展[J].自然杂志，2010.

[2]胡翠华.油田基地风光互补供电系统的最佳匹配研究[D].河北工程大学，2012.

[3]黄慧,肖金凤,李嘉婉. 智能化风光互补系统在小型渔船上的应用[J]. 轻工科技,2020,36(07):66-67.

[4]赵艳梅. 风光互补发电的技术难点及发展趋势[J]. 中国高新科技,2020,(13):77-78.