离网型风光储系统稳定性测试分析

厉 伟，李 响，邢作霞

（沈阳工业大学，辽宁 沈阳 110870）

离网型风光储系统稳定性测试分析

厉 伟，李 响，邢作霞

（沈阳工业大学，辽宁 沈阳 110870）

离网型风光储系统运行过程中的电压和频率是否稳定是整个系统稳定运行的必要条件。以离网型风光储为载体对各分布式电源输出能力以及整体稳定性进行试验分析，验证在离网模式下系统是否能够保证用户供电的稳定性和可靠性。通过由3 kW的风力发电机、3 kW的光伏电池以及1 000 Ah的蓄电池组成的系统进行试验，测量系统在运行过程中不同负荷下的输出特性来检测系统是否稳定。试验结果表明在不同类型负荷情况下系统的输出特性维持稳定，可以满足用户在不同类型负荷下正常使用。

风光储；离网运行；稳定性分析

近年来，分布式发电越来越受到人们的重视，尤其是以风力发电、光伏发电和蓄电池组成的基本模型得到了广泛的推广。文献［1-2］中，作者主要阐述了太阳能发电的应用前景并对一体化发电站的设计进行了构思。文献［3］中，作者结合实际案例描述了风光互补的发展前景以及实际应用。文献［4］中，作者针对离网型风光储系统进行了测试平台建立和研究。文献［5］中，作者对离网型风光储发电系统的容量配置和优化设计进行了分析研究，均未涉及离网型风光储系统的运行状态研究。因此，本文在风光储发电站的基础之上，对风光储在离网运行时的输出特性进行了试验分析。试验过程中通过对系统施加不同类型的负荷并通过示波器来验证系统输出特性，结果表明系统带任何类型的负载，输出电压的波形始终保持稳定，并且不随外部负载的突变而产生巨大变化，可以满足用户的需求。

1 风光储系统

分布式电源（Distributed Generating Source，DGS）包括功率较小内燃机（Internal Combustion Engines）、微型燃气轮机（Micro-turbines）、燃料电池（Fuel Cell）、可再生能源如太阳能发电的光伏电池（Photovoltaic Cell）和风力发电等［6-13］。离网型风光储系统则是由风力发电、太阳能发电以及蓄电池组成的独立系统，该系统承担对负荷的所有供电要求。文中所提的离网型风光储系统的整体结构如图1所示。

该系统中，风力发电机和太阳能所发出的电能由能量转换系统（PCS）进行控制为蓄电池储能，通过电池管理系统（BMS）监测蓄电池的储能情况。通过BMS能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命。通过蓄电池向系统中的负荷供电［14］，满足用户的不间断供电。

图1 离网型风光储整体机构图

2 逆变器

在该系统中，风力机和光伏电池所发的电能通过PCS控制输入到蓄电池中储存，最后蓄电池通过逆变器转换为用户所需的220 V交流电。逆变器的仿真模型［15］如图2所示。

图2 逆变器仿真模型

图2中逆变器模型由主电路和控制电路两部分组成，通过控制电路生成的PWM驱动信号控制主电路中逆变桥开关管的通断，来输出所需的交流电。通过逆变桥之后的LC滤波器来进行滤波，输出理想的正弦电压波形。利用上述逆变电路进行仿真，通过在不同时段负载的增减测试逆变器输出电压的稳定性。仿真所得电压和电流波形如图3所示。

图3 逆变器稳定性分析

从仿真波形可以看出，系统在4.5 s时负载增加，系统的输出电流降低，输出电压波形则保持稳定；在8.5 s时再切除所加负载，系统输出电流恢复到原始值，而输出的电压波形始终保持稳定。因此可以得出，所设计逆变器的各项参数可以保证在系统所加负载变化的情况下保证系统输出电压的稳定性，可以在实际中得到应用。

3 试验分析

为了验证该系统在不同类型负荷下的输出特性，本文依托真实的离网型风光储系统进行了试验，通过对系统运行过程中负荷端空载、加入纯感性负载、加入纯阻性负载以及加入阻感性负载并通过示波器来对系统的输出特性进行观察分析。

3.1 系统空载运行

系统在运行过程中始终处于空载状态，运行10 min。得出空载运行电压输出曲线如图4所示。

图4 系统空载运行曲线

图5 系统带阻感负载的输出电压波形

由图4可以看出，系统的输出电压呈标准正弦波形，且无任何波动。

3.2 系统带阻感性负载运行

系统在运行过程中在系统输出端加入阻感性负载，运行10 min。得出带阻感性负载运行电压、电流输出曲线如图5、图6所示。

由图5和图6可以看出，在系统输出端施加阻感性负载之后，系统的电压输出曲线出现谐波，但是波形稳定无振荡，不影响系统的整体稳定性。而系统的电流输出波形有了各次谐波的叠加。

3.3 系统带纯感性负载运行

系统在运行过程中在系统输出端加入纯感性负载，运行10 min。得出带纯感性负载运行电压、电流输出曲线如图7、图8所示。

图6 系统带阻感负载的输出电流波形

图7 系统带纯感性负载的输出电压波形

图8 系统带纯感性负载的输出电流波形

由图7和图8可以看出，在系统输出端施加纯感性负载之后，系统的电压输出曲线无任何波动，系统稳定运行。而系统的电流输出波形有了各次谐波的叠加。

综合以上系统带各种类型负载所得出的输出电压波形可以看出，系统在任何时候的电压波形均保持稳定无振荡。电流波形会随着负载的变化呈现一定范围的波动，并不影响系统的整体运行。

4 结束语

本文在离网型风光储系统的基础上，对系统逆变器输出电压稳定性进行了试验验证，通过对系统增加不同类型的负载，来测试系统在运行过程中的输出电压波形。试验结果验证所设计的逆变器，不论带任何类型的负载，系统均保持稳定可靠，不会受外界条件干扰，可以满足供电的稳定性和可靠性。

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Stability Analysis of Off⁃grid Wind／PV／Battery Hybrid Power System

LI Wei，LI Xiang，XING Zuo⁃xia
（Shenyang University of Technology，Shenyang，Liaoning 110870，China）

Voltage and frequency stability is a necessary condition for stable operation of the whole system during Off⁃grid wind／PV／battery hybrid power system.This paper analyses each distributed power output capability and overall stability based on Off⁃grid wind／PV／battery hybrid power system，verifies that the network model in vitro system is able to ensure the stability and reliability of electric⁃ity supply to customer.The system composed by 3 kW wind turbine system，3 kW photovoltaic cells and 1 000 Ah battery.This method can detect whether the system stable by measuring system output characteristics under different loads.Experimental results show that the output characteristics of the system under different types of load remained stable，consumers can normally be used in different types of loads.

Wind／PV／battery hybrid power system；Off⁃grid operation；Stability analysis

TM614

A

1004-7913（2015）06-0041-03

厉 伟（1962—），男，教授，研究领域为现代高电压试验技术、高电压绝缘、绝缘在线检测、智能电器及测试技术。

2015-03-27）