风光互补发电系统概述

郭少真 陈永艳 田瑞

摘 要：在当今世界，人类面临着诸多严峻的挑战，生活环境日益恶化，不可再生能源日益枯竭，人们需要想办法解决这些摆在眼下的问题。为了实现可持续发展，只有科技的不断进步，大力开发可再生能源。太阳能和风能是新能源中的代表能源，因此发展太阳能发电和风力发电成为主要趋势。但仅仅依靠独立的风力发电和太阳能发电又有很多弊端，所以人们开发出了风光互补发电系统。风光互补发电结合了两种能源的优点，大大减少了独立发电的弊端，是一种经济实用的发电方式。为了使风光互补发电系统可以更为广泛的应用，则需要有完善的控制技术来优化风光互补发电系统。因此，人们不断努力改进技术，大力研究风光互补控制系统。

关键词：风光互补;发电系统;控制系统

中图分类号：TK83 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）09-0166-02

0 引言

风光互补发电系统是一种将太阳能和风能转化为电能的装置。目前，风力发电和太阳能发电是人们大力发展的发电方式。为了解决环境污染问题，风能和太阳能无疑是人类首选的发电方式。无论遇到什么样的难题，人们都可以将其化解。风光互补发电系统可以更好的解决资源配置的问题，同时它的成本相对其它新能源发电系统来说也较低[1]。因此，风光互补发电系统可以正常供电。太阳能电池、风力发电机组、微机控制系统、蓄电池组和多功能逆变器是发电系统的重要组成部分，发电系统各部分合理配置可以保证风光互补发电系统更加稳定的发电[2]。

1 风光互补发电系统分析

整个系统由发电，储电和用电三部分组成（如图1所示）。系统的主要发电模块分为风力发电和太阳能发电两个部分，发电装置将太阳能和风能转变成电能。系统再将产生的能量通过AC/DC转变器将交流电转变为直流电储存于蓄电池中。当用户需要用电时，再通过DC/AC转换器将直流电转换为交流电供给用户用于实际生活和工作中。

2 太阳能发电模块

太阳能发电（如图2所示）是将太阳能转变为电能，主要是利用太阳能电池板接受光照后，将太阳能转变为电能。太阳能电池的原理（如图3所示）是太阳能电池板吸收光照后，激发光生载流子，在P-N结上产生电动势。当太阳光照射到太阳能电池板上时，电池两端一侧带正电，一侧带负电，然后会产生电压。在其中接入电气设备就会有电流流出来，从而可以使用电能[3]。

3 风力发电模块

风力发电机按风轮转轴与地面的拓扑关系可以分为垂直轴风力机和水平轴风力机两种[4]。两种风力机各有优缺点。

水平轴风力发电机（如图4所示）：优点：（1）启动风速较低。（2）风能利用率较高。（3）研究比较成熟。缺点：（1）噪声污染与垂直轴相比较大。（2）叶片疲劳寿命与垂直轴相比较低。

垂直轴风力发电机（如图5所示）：优点：（1）受风多向性，结构简单。（2）噪声污染小。（3）受力较为恒定，寿命长。（4）地面安装，便于维修，检修和控制。缺点：（1）气动风速较大。（2）流场结构比水平轴更加复杂。（3）研究相对滞后。

所以风光互补发电系统多采用水平轴风力发电机[4]。

风力发电机系统结构如图6所示，来流风经过风轮叶片后，带动风轮转动，传动系统再带动发电机转动，随后发电机将机械能转变为电能。因为风轮是有风的时候转动，风小的时候，风轮的转动速度的也会降低，发出的电量也不稳。因此，风力发电容易受到环境的影响[5-6]。

4 风光互补系统分类

风光互补发电系统按照发电类型来讲的话，分为并网型发电系统和离网型发电系统[7]。并网型发电系统即和公共电网相连接，此时的风光互补发电系统相当于一个小型发电站，将所发的电经过高频直流转换为高压直流电，经过逆变器逆变后向電网输出，变为与电网电压同频、同相的正弦交流电流。而离网型发电系统，即为在发电系统的内部回路中形成电流，系统常采用区域独立发电、分户独立发电等离网型供电模式，将风光互补系统接收到的能量直接转换为电能供给负载，并将多余的能量以化学能的形式储存于蓄电池内。

5 研究现状与展望

在最初的的风光互补发电系统的研究中，只是将风力发电机和光伏发电系统简单的进行组合，从而使得系统只在保证率低的用户中使用，从而使得发电系统使用寿命不长。而伴随着近几年微计算机系统及电子发电技术的高速发展，风光互补系统也有了快速的技术提高。为了提高整个发电系统的供电高效性，如今的风光互补发电系统多采用软件与硬件相结合的方法来保证光伏发电和风力发电系统输出功率尽可能最大化。在世界各国学者对风光互补发电系统进行不断研究的同时，工程师们也同样需要对电力的并网及应用进行分析。

相对于火力发电系统来说，现如今不管是风力发电系统还是光能发电系统，单独的系统都无法提供连续稳定的电力输出[8]，而风光互补发电系统通过储能的环节可以将独立的风力发电和光能发电进行结合，从而使电网的负荷情况和资源条件进行系统容量的合理配置。既可以保证发电系统的供电可靠性又可以降低发电系统的制造成本。

在常规能源逐渐衰减的今天，发展风光互补发电系统的优势逐渐体现了出来。风光互补发电系统不仅可以充分利用我国偏远地区的风能太阳能的资源储能，并且改善我国偏远地区人口用电困难的状况，还可以减轻常规能源带来的环境问题。

6 结语

本文简单介绍了风光互补发电系统的系统组成，给出了风光互补发电系统的结构流程图，对太阳能发电和风能发电的原理进行了简单的阐述，让大家对风光互补发电系统有一个大致的认识。并对风光互补发电系统的类型及展望进行了简单的介绍，使大家可以对风力发电机有一个简单的了解。

参考文献

[1] 王涛.小型风光互补发电系统控制器的研究[D].合肥工业大学，2009.

[2] 王侃宏，李昔真，杨震.可再生新能源风光互补发电系统的研究应用[J].节能，2017，36（2）：4-8.

[3] 王宗瑞，李昔真，苏则立.中国风光互补联合发电技术的现状与展望[J].节能，2017，36（8）：4-7.

[4] M.R Islam，S.Mekhilef，R.Saidur.Progress and recent trends of wind energy technology[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2013（5）.

[5] 蔚蕾，陈永艳.垂直轴风力机概述[J].绿色科技，2014，（08）：289-292.

[6] 赵丹平，徐宝清.风力机设计理论及方法[M].北京大学出版社，2012.

[7] 刘庆新.离网型风光互补发电系统[D].福州大学，2011.

[8] 王凯.新疆风光储互补发电前景展望[J].上海电气技术，2016，（09）：26-28.