風光互補發電系統在高速公路中的應用研究

王昱婷 楊熹

摘 要：現階段，隨著我國科學技術的不斷發展，在離網型中小功率中風電互補技術的推廣程度也在不斷地增大，風光互補發電系統在高速公路領域的應用范圍也越來越廣。近些年，隨著我國高速公路的建設，我國高速公路的道路服務水平及公路里程也在不斷地提升，同時也對高速公路沿線設備及供電系統等提出了更高的要求，所以高速公路沿線的供電系統朝向新型供電方式方向邁進。風電互補發電系統結合了太陽能與風能的優勢，對這二者進行綜合的利用，從而進一步促進了高速公路供電系統走向新型能源系統。本文則主要探討了風電互補發電系統在高速公路中的具體應用。

關鍵詞：風電互補發電系統；高速公路；應用

引言

目前，由于風電互補技術的應用成本較之前有所減少以及風電互補技術的不斷成熟，致使風電互補技術在離網型中小功率的供電系統的應用范圍在不斷地增加。風電互補發電系統的應用主要是因為太陽能及風能之間的天然互補優勢，使得該系統成為有著資源條件較好及能源匹配度較高的獨立電源系統。風電互補發電系統具備可再生能源、綠色能源、設備安裝簡單、性價比高以及維護方面等優點，使得其在電纜價格上升的今天具備了更大的競爭優勢，在高速公路中的推廣程度也在大范圍的增加。

1風光互補發電系統的要點分析

1.1風光互補發電系統

小型風力發電機組、太陽能跟蹤控制器、系統控制器、光伏電池陣列及蓄電池組等構成了風力互補發電系統。風力互補發電系統的工作原理是在風速達到一定時，風力發電機組開始發電，風能轉化為電能，為了解決由于風速不穩定而產生的交流電壓不穩定，在風電互補發電系統中設置整流器，將轉化的電能通過整流之后對蓄電池組進行充電。若干塊太陽能電池板通過串聯或并聯構成了風電互補發電系統的光伏電池陣列，光伏電池陣列將太陽能轉化為電能，并可以直接向蓄電池組進行充電。風力互補發電系統中的蓄電池組對電能進行存儲及調節，保持該系統的供電電壓穩定。

1.2系統構成部分的主要介紹

1.2.1太陽能光伏電池板

太陽能光伏電池板是通過利用光電轉化的原理將太陽光通過某種物質轉換為電能的器件，這種太陽能轉換為電能的過程被稱為“光伏效應”，在此過程中，衡量太陽能電池的好壞主要是依據轉換率這一指標。在太陽能電池材料中晶體硅的地位十分的重要，以它為原料制成了單晶硅、多晶硅及非晶硅等多種太陽能電池，單晶硅太陽能電池的優點是穩定性強、轉換效率高，多晶硅太陽能電池的優點是相對于單晶硅太陽能電池性價比相對較高，非晶硅太陽能電池的優點主要是生產效率較高且成本較低，但缺點是轉化效率衰減快且轉化效率較低等。

1.2.2風力發電機

風力發電機是一種將風能轉化為機械能再轉化為電能的機電裝置。依照風力發電機的形狀和旋轉軸的方向將其分為水平及垂直兩種軸式轉子。水平軸式轉子按照頁數可分為單頁、雙葉或多葉型水平軸式轉子，其轉動軸與風向平行，按照風向可以將其分為順風型及逆風型，且其風力輪頁的位置會依據風向的變化而調整。垂直軸式轉子依照形狀可以將其分為打蛋型轉子及桶形轉子，其轉軸與風向垂直。現階段，我國的風力發電機主要是采用水平軸的三葉片式上風向的水平軸式轉子，主要是因為這種類型的發電機能高效率的利用風能。H性垂直風力發電機則采用用量新型的材料及結構具備抗風能力較強等優點，處于推廣應用階段。

1.2.3蓄電池組

蓄電池組在風光互補發電系統中的主要作用是進行能量調節及平衡負載，在風能、太陽能充足的前提下對負載后多余的電能進行存儲，在風能、太陽能較少的情況下輸出自身儲存的電能進行負載。鎘鎳電池、鉛蓄電池及鋰離子電池等都是常用的蓄電池。因為鉛酸蓄電池具有化學能及電能的轉化效率較高且容量較大、可充放電的循環此處較多、防酸、耐腐蝕等特點，所以膠體密封的鉛酸蓄電池在該系統十分受歡迎。

1.2.4充放電控制器

充放電控制器在整個的風電互補發電系統中占據著始終重要的地位，它是系統管理和組織的核心所在。充放電控制器主要是通過對風力發電機及太陽能電池陣列的控制使的蓄電池組的充電電流和充電電壓最優化，并且在實現蓄電池的負載供電功能時避免蓄電池出現過放電或過充電現象，進而保護蓄電池延長其使用壽命。

1.2.5逆變器

逆變器主要指針對風力發電機及太陽能電池直接輸出直流電壓這一問題而形成的，由于高速公路沿線使用的設備大都是利用交流電，所以由風力發電機及太陽能電池產生的直流電需要經過逆變器將其自身轉換為交流電，以供用電設備的使用。

風光互補供電系統結構圖如圖1-1所示。

風光互補供電系統基本構成圖如圖2所示。

2風光互補發電系統在高速公路中的應用

監控、收費、通訊、供配電以及道路照明等系統共同構成了高速公路機電系統。為進一步的保障高速公路的正常運行及減少公路上的交通事故，就需要保證高速公路機電系統的正常運轉，也就是必須要保證機電系統的電力供應。

2.1高速公路用電設備的供電現狀

現階段，傳統的供電方式仍舊是高速公路用電設備的主要電力供應方式，這種供電方式主要是將系統中的用電負荷中心設置變配電設施，利用電纜來傳輸電能，之后再利用變壓器將電能轉化為供設備使用的低壓電。這種傳統的供電方式的使用前提是要盡可能的集中用電設備，但對于高速公路沿線的道路照明等設施來說，很難進行設備集中，設備之間間距較遠就容易導致供電系統的負荷中心不突出，從而導致電能損耗較為嚴重。

2.2風光互補發電系統的應用前景

隨著我國國民經濟的不斷發展，我國道路的交通量也在不斷地增加，這就對道路沿線的機電設備的建設以及對機電設備的供電系統等都提出了更高的要求。風光互補發電系統具有可移動性強、結構簡單等特點，且風光互補發電系統受地形、距離的影響較小，對傳統供電方式的不足能進行有效地彌補。此外，風光互補發電系統能提供穩定連續的電流輸出，保證用電設備的連續用電。隨著風光互補發電技術的完善，風光互補發電系統的應用前景將會更好。

3結語

風光互補發電系統有效合理的使用了新型清潔能源——風能、太陽能，不僅節約了大量的常規能源，使得運營成本大大減少，同時也帶來了較好的經濟效益及社會效益。實踐表明，風光互補發電系統可以利用風能及太陽能的天然互補特性對高速公路沿線的用電設備提供較為穩定的電力供應，并且該系統也可以依據設備的實際用電符合情況和資源條件來合理有效地配置系統的容量，這就在保證系統供電可靠性的同時降低了發電系統的造價。隨著風光互補發電技術的不斷成熟，風光互補發電系統在高速公路領域的應用前景也將更為廣闊。

參考文獻：

[1]張明銳，林承鑫，王少波，歐陽麗. 一種并網型風光互補發電系統的建模與仿真[J]. 電網與清潔能源，2014（01）：68-74+80.

[2]冬雷，廖曉鐘，劉廣忱，陳建勇. 分布式風光互補發電系統及其多目標優化控制策略研究[J]. 儀器儀表學報，2005，S2：750-753.

[3]艾斌，李健，劉玉琴，季秉厚. 小型戶用風光互補發電系統匹配的計算機輔助設計[J]. 內蒙古大學學報（自然科學版），2000（03）：261-271.

[4]李沖，鄭源，王宗榮，張艷麗，任巖，黃金偉. 獨立風光互補發電系統的經濟性分析[J]. 生態經濟，2012（07）：105-107+124.

[5]高輝，梁勃，王偉，李軍. 風光互補發電系統運行特性、輸出功率曲線與負荷曲線的關系的研究[J]. 太陽能，2012（13）：42-46.

[6]皇甫宜耿，安曉彤，馬瑞卿，駱光照. 離網型風光互補發電系統多模態能量控制與管理[J]. 西北工業大學學報，2013（03）：470-475.