风光储协调运行发电系统设计与实现

2018-01-19罗宇强

科技创新与应用 2018年1期

摘要：随着以太阳能光伏发电和风力发电为代表的间歇性能源系统在电网的渗透率不断提高，间歇性能源出力的波动性使得电网对能源调度和控制能力降低，采用储能系统进行协调运行模式被认为是解决这一问题的有效方法。文章分析了光伏、风力和储能系统模型，提出了风光储协调运行模式，搭建了微型风光协调运行发电系统，系统运行效果良好，验证了本系统协调运行模式的有效性。

关键词：光伏发电；风力发电；风光储；协调运行

中图分类号：TM732 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）01-0115-02

Abstract： With the increasing permeability of the intermittent energy system， such as solar photovoltaic power generation and wind power generation， the fluctuation of the intermittent energy output makes the energy dispatching and control ability of the power grid reduced. The coordinated operation mode of energy storage system is considered to be an effective method to solve this problem. The model of photovoltaic， wind and energy storage system is analyzed in this paper， and the coordinated operation mode of solar energy storage is put forward， the micro-wind coordinated operation power generation system is built， and the system works well. The effectiveness of the coordinated operation mode of the system is verified.

Keywords： photovoltaic power generation； wind power generation； wind storage； coordinated operation

引言

随着国家对节能环保的重视，部分传统能源发电系统因环保已陆续停业整顿或关停，而大量节能、环保的分布式能源受到越来越多关注。在分布式能源系统中，尤其以太阳能光伏发电和风力发电成为清洁、环保能源的代名词，国家以及地方政府对这两种类型电站的投资力度比较大，这使得我国也已在光伏发电和风力发电装机规模方面跃居全球首位，各地均出现了多个光伏发电或是风力发电等方面的示范工程。分布式发电系统的大量普及，使得在居民地区，甚至一些农村地区，均安装了小规模的光伏发电系统或风力发电系统，这些系统作为分布式能源接入配电网进行就地消纳。

以太阳能光伏发电和风力发电为代表的分布式能源的典型特征是出力的间歇性和波动性，这也使得调度这两种能源变得十分困难，因此，为平衡光伏发电系统和风力发电系统随机性出力情况，可采用储能系统进行协调运行控制，就光伏发电系统和风力发电系统得波动出力进行输出补偿，达到可控的目的，故风光储联合协调运行模式成为解决间歇性能源可控性问题的一个方法。

本文从风光储系统三种能源的模型出发，分析了光伏发电系统、风力发电系统和储能系统的输出情况，并以这三种系统作为基本组成构建微型风光储联合发电系统，提出了微型风光储协调运行模式，完成了微型风光储协调运行发电系统的硬件和软件系统搭建及实现，验证了本微型风光储协调运行发电系统的有效性。

1 系统组成

1.1 光伏发电系统

太阳能光伏电池的工程应用输出特性模型为：

（1）

上式中，I为太阳能光伏电池的输出电流；U为太阳能光伏电池的输出电压；Isc、Im为太阳能光伏电池的短路电流和最大工作电流；Uoc、Um为太阳能光伏电池的开路电压和最大工作电压。

根据得到的太阳能光伏电池的输出电流和电压之后，则太阳能光伏电池的功率为：

P=UI （2）

1.2 风力发电系统

双馈风力发电机的输出特性数学模型为：

（3）

上式中，■1、■1、■'1分别为定子侧电压、感应电势和电流；Xm为励磁电抗；R1、X1、R'2、X'2分别为定子侧的电阻、漏抗、转子折算到定子侧的电阻和漏抗；■'2转子励磁电压经过绕组折算后的值，■'2/s为■'2再经过频率折算后的值；■2、■'2分别为转子侧感应电势，转子电流经过频率和绕组折算后折算到定子侧的值。

1.3 储能系统

本方案拟采用蓄电池作为储能系统，其模型为：

（4）

上式中，Ct为极化效应系数；K为极化电压常数；Qn为蓄电池额定容量；SOC为蓄电池剩余电量百分比（荷电状态）；A与B分别为电压变化系数和容量变化系数；E0为初始内电动势；N■■与N■■分别为蓄电池组中电池串联和并联个数；Tb为电池温度；E为蓄电池组内电动势。

2 风光储协调运行模式

本微型风光储协调运行发电系统采用实时调度运行模式，系统中央控制器根据采集实时系统参数和系统能量管理主站的计划执行系统的太阳能光伏发电、风力发电和储能之间的实时协调运行。光伏发电系统、风力发电系统与储能系统的实时协调运行模式如图1所示：

风光储协调运行发电系统运行模式的控制目标是保证系统内实时功率平衡和电压稳定，同时，满足负荷用电需求。

3 系统实现

本微型风光储协调运行发电系统构成为：40W太阳能光伏发电系统、300W风力发电系统、48A·h蓄电池储能系统、300W交流逆变器、风光互补控制器、直流负荷和交流负荷，实物图如图2所示：

系统分为电站和控制面板两部分，控制管理系统位于控制面板上，当光伏和风力出力波动时，由控制管理系统按照协调运行控制模式，控制系统能量流动与补偿，并根据功率输出与负荷情况，对负荷投切随电站出力的情况进行协调控制，取得了较好的控制效果。

4 结束语

风光储协调运行系统能够有效地控制間歇性能源出力波动不稳定的情况，实现对随机性电能的部分补偿，是解决不断建设投运的太阳能光伏电站和风力发电站等间歇性能源的电能波动性、随机性问题的有效方法。