風光儲協調運行發電系統設計與實現

摘 要：隨著以太陽能光伏發電和風力發電為代表的間歇性能源系統在電網的滲透率不斷提高，間歇性能源出力的波動性使得電網對能源調度和控制能力降低，采用儲能系統進行協調運行模式被認為是解決這一問題的有效方法。文章分析了光伏、風力和儲能系統模型，提出了風光儲協調運行模式，搭建了微型風光協調運行發電系統，系統運行效果良好，驗證了本系統協調運行模式的有效性。

關鍵詞：光伏發電；風力發電；風光儲；協調運行

中圖分類號：TM732 文獻標志碼：A 文章編號：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

隨著國家對節能環保的重視，部分傳統能源發電系統因環保已陸續停業整頓或關停，而大量節能、環保的分布式能源受到越來越多關注。在分布式能源系統中，尤其以太陽能光伏發電和風力發電成為清潔、環保能源的代名詞，國家以及地方政府對這兩種類型電站的投資力度比較大，這使得我國也已在光伏發電和風力發電裝機規模方面躍居全球首位，各地均出現了多個光伏發電或是風力發電等方面的示范工程。分布式發電系統的大量普及，使得在居民地區，甚至一些農村地區，均安裝了小規模的光伏發電系統或風力發電系統，這些系統作為分布式能源接入配電網進行就地消納。

以太陽能光伏發電和風力發電為代表的分布式能源的典型特征是出力的間歇性和波動性，這也使得調度這兩種能源變得十分困難，因此，為平衡光伏發電系統和風力發電系統隨機性出力情況，可采用儲能系統進行協調運行控制，就光伏發電系統和風力發電系統得波動出力進行輸出補償，達到可控的目的，故風光儲聯合協調運行模式成為解決間歇性能源可控性問題的一個方法。

本文從風光儲系統三種能源的模型出發，分析了光伏發電系統、風力發電系統和儲能系統的輸出情況，并以這三種系統作為基本組成構建微型風光儲聯合發電系統，提出了微型風光儲協調運行模式，完成了微型風光儲協調運行發電系統的硬件和軟件系統搭建及實現，驗證了本微型風光儲協調運行發電系統的有效性。

1 系統組成

1.1 光伏發電系統

太陽能光伏電池的工程應用輸出特性模型為：

（1）

上式中，I為太陽能光伏電池的輸出電流；U為太陽能光伏電池的輸出電壓；Isc、Im為太陽能光伏電池的短路電流和最大工作電流；Uoc、Um為太陽能光伏電池的開路電壓和最大工作電壓。

根據得到的太陽能光伏電池的輸出電流和電壓之后，則太陽能光伏電池的功率為：

P=UI （2）

1.2 風力發電系統

雙饋風力發電機的輸出特性數學模型為：

（3）

上式中，■1、■1、■'1分別為定子側電壓、感應電勢和電流；Xm為勵磁電抗；R1、X1、R'2、X'2分別為定子側的電阻、漏抗、轉子折算到定子側的電阻和漏抗；■'2轉子勵磁電壓經過繞組折算后的值，■'2/s為■'2再經過頻率折算后的值；■2、■'2分別為轉子側感應電勢，轉子電流經過頻率和繞組折算后折算到定子側的值。

1.3 儲能系統

本方案擬采用蓄電池作為儲能系統，其模型為：

（4）

上式中，Ct為極化效應系數；K為極化電壓常數；Qn為蓄電池額定容量；SOC為蓄電池剩余電量百分比（荷電狀態）；A與B分別為電壓變化系數和容量變化系數；E0為初始內電動勢；N■■與N■■分別為蓄電池組中電池串聯和并聯個數；Tb為電池溫度；E為蓄電池組內電動勢。

2 風光儲協調運行模式

本微型風光儲協調運行發電系統采用實時調度運行模式，系統中央控制器根據采集實時系統參數和系統能量管理主站的計劃執行系統的太陽能光伏發電、風力發電和儲能之間的實時協調運行。光伏發電系統、風力發電系統與儲能系統的實時協調運行模式如圖1所示：

風光儲協調運行發電系統運行模式的控制目標是保證系統內實時功率平衡和電壓穩定，同時，滿足負荷用電需求。

3 系統實現

本微型風光儲協調運行發電系統構成為：40W太陽能光伏發電系統、300W風力發電系統、48A·h蓄電池儲能系統、300W交流逆變器、風光互補控制器、直流負荷和交流負荷，實物圖如圖2所示：

系統分為電站和控制面板兩部分，控制管理系統位于控制面板上，當光伏和風力出力波動時，由控制管理系統按照協調運行控制模式，控制系統能量流動與補償，并根據功率輸出與負荷情況，對負荷投切隨電站出力的情況進行協調控制，取得了較好的控制效果。

4 結束語

風光儲協調運行系統能夠有效地控制間歇性能源出力波動不穩定的情況，實現對隨機性電能的部分補償，是解決不斷建設投運的太陽能光伏電站和風力發電站等間歇性能源的電能波動性、隨機性問題的有效方法。

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