节能与新能源汽车风光互补供电系统研究

叶瑞林

摘要：指出了我国汽车工业快速发展，为国民经济的发展带来了巨大的推动作用，汽车工业作为能源消耗行业，产生了严重的环境污染和能源浪费问题，各大汽车公司正积极进行新能源汽车的研究，推出了以可再生能源作为动力系统的新型汽车。风和光是两种新型的可再生资源，能解决汽车发展面临着资源短缺和环境污染的问题，从而提高能源利用效率。针对风光互补供电系统技术进行了阐述，并分析了系统优化设计的必要性，最后对供电系统设计进行了详细地论述。

关键词：节能环保；新能源汽车；风光互补供电系统

中图分类号：TM61

文献标识码：A 文章编号：16749944（2017）22010502

1 风光互补供电系统概述

新能源影响着未来社会的发展，新能源技术将是未来影响人们工作和生活的关键因素，随着化石能源的逐渐枯竭和污染加剧，人们开始重视对风能和光能等可再生资源的利用研究，并研发出风光互补发电系统。风能的利用时间较早，20世纪的70年代开始，人类就实现了风能的采集应用，风力发电在世界能源结构中的比重逐年增大，是可再生能源中增加比重最快的能源方式，创造了极大的经济价值和环保价值。光伏发电是指将光能转变为电能，光伏发电最初应用于航天航空中，随着科学技术的发展，光伏发电逐渐成为一项重要的节能环保能源。风光互补发电系统是指将风能和光能结合在一起，实现双重发电模式优化，提高发电系统的稳定性，当前风光互补供电系统研究工作主要集中在技术层面的稳定性和高效性提升，同时研究工作侧重于系统仿真方案优化设计，开发高效可靠的操作系统。

2 风光互补供电系统优化设计必要性

2.1 电动汽车电能需求

在美国能源信息署发布的能源需求数据中显示，未来世界能源消耗量会持续增加，二氧化碳的排放量也逐渐增大，我国已经成为二氧化碳排放量第二大国，因此强化能源结构的调整具有重要的战略意义。近些年来，新能源汽车快速发展，充电站数据在全世界的范围内增幅明显，国内外的电力供电系统逐步完善，同时我国也开展了电力系统应用策略，大力发展电动汽车配套设备，投入巨资开展充电和换点服务，为交通系统实现新能源改革提供了助力，因此在电动汽车电能需求快速发展的背景下，发展风光互补供电系统优化设计具有重要的现实意义。

2.2 动力电池充电对电网影响

充电系统的发展为电力供电系统提出了新的要求，对于充电站快速充电而言，要求充电功率达到180 kW，同时要保障多辆电动汽车同时充电，按照我国电动汽车的发展趋势，在未来的几年内，电动汽车充电会成为重要的耗电负荷，当前的供电系统无法满足正常的充电需求。目前我国国家电网的供电系统处于饱和状态，甚至会出现供电电能不足的问题，如果电动汽车规模化发展，会对正常的城市生活用电产生影响，因此寻找新型的能源结构对于完善我国电力系统至关重要，这就要求推动风光互补供电系统的升级优化，探索新型的能源结构。

2.3 可再生能源优势

可再生能源是未来能源体系的重要组成部分，当前我国可再生能源开发技术发展迅速，取得了一系列突出的成绩，基于风能和光能的发电技术逐步在能源供应体系中占有重要的比重。我国水利资源和光照资源丰富，从而为可再生能源的开发提供了保障，因此国家要强化风光互补互供电系统的技术开发，实现两种能源的互补性供应，结合自身的技术特点，积极应用可再生资源发电技术法案，实现可再生能源的转变，提高系统运行的稳定性和可靠性，创造良好的经济价值和社会价值。

3 风光互补供电系统设计

风光互补供电系统设计优化要从技术升级入手，优化供电系统选型，强化对影响公路输出参数的分析，实现供电系统的电路优化设计，应用先进的系统控制策略，增强风光互补供电系统的供电效率和供电稳定性。

3.1 系统选型

风光互补供电系统的选型包括太阳能电池组件、风力机和蓄电池的选型，太阳能电池组件的功能是实现太阳能到电能的转变，首先要确定系统的电压，根据电路系统的负载所需的负荷选择合适的供电电压，在条件允许的情况下，提升系统的电压，减少供电系统的电能损失。风力机的工作原理是借助空气的流动带动叶片转动，从而实现风能、机械能、电能的转变，风力是产生能量的动力系统，空气动力对叶片产生扭矩转动，从而输出电能能源。蓄电池是电能的存储载体，蓄电池的选型通常采用动力性阀控式密封铅酸电池，蓄电池的容量设计要根据日负载耗电量和存储天数计算，根据供电系统的发电性能来选择合适的蓄电池。

3.2 影响功率输出参数分析

影响功率输出参数的分析包括风力机参数、光伏组件参数、蓄电池放电参数、快速充电方法等，风力机参数控制主要是控制其转速，风力机组转速设计要能够获取最大的风能，保证在低风速下实现最大功率输出，风力机转速调节可以控制风能的利用参数，保证风力机的高效安全运行。光伏组件参数设定要基于P-V特定曲线，当输出电压逐渐增大时，电路电流逐渐降低，电压达到功率最大值时，增强电压会导致输出功率降低，因此光伏组件参数设定要实现最大功率的输出。

3.3 电路设计

风光互补供电系统电路设计包含拓扑结构设计、电池板设计、蒸馏滤波器设计、变换器设计、逆变器设计及总电路设计等，供电系统电路通过风力机将机械能传输给发电机，发电机将机械能转变为电能输出，由于电流频率是变化的，因此系统可以采用不可控整流器发电输出装置。光伏系统通过太阳能电池阵列将太阳能直接的转化为电能，发出的电流是直流电，不需要整流器，拓扑结构直接与电源的正负极相接。在风电互补供电系统设计中，电能的流出包含了储能和消耗两个部分，其中两者的载体都是蓄电池，这是储能系统的核心元素，电能的存储和输出要考虑天气因素的影响，以保证整个系统的电能输出稳定性。

3.4 控制策略分析

对风光互补发电系统而言，其控制策略的核心就是保证最大功率输出，因此系统中要装备较大的功率跟踪控制系统，实现最大功率输出，通过智能化的系统参数调节来应对天气条件和环境因素的变化，保證电路系统始终维持在最大功率输出，同时也保证蓄电池的安全工作。系统控制策略分析包括系统运行工况能量分析、风力系统和光伏系统的MPPT控制以及蓄电池充放控制保护，通过参数控制来实现系统最大功率输出，保证供电系统的稳定性和安全性。

4 结语

能源是工业发展的动力，当前能源问题已经引起了广泛的社会关注，优化能源结构、通过技术升级带动能源产业优化是未来社会发展的主旋律，同时要探索新型的能源模式，将可再生资源作为常规的能源储备。当前风光互补供电系统已在新能源汽车中开始应用，利用风和光可再生资源作为动力系统，解决了能源消耗过大的问题，能减少交通能源的环境污染，推动实现汽车行业的可持续发展。

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