探究風光互補供電系統的組成與結構

郭曉達 段維鵬 周瑞章

摘要：本文通過對小型風光互補發電系統的運行原理進行詳細介紹，明確風光互補發電系統的并網型和離網型雙模式可能出現的極端情況，提出相應的優化策略，確保風光互補發電系統實現智能離并網運行，保證風光互補發電系統穩定，為我國新能源電力市場發展提供重要參考。

關鍵詞：風光互補供電系統;組成;結構

隨著我國社會經濟的發展水平不斷提高，對能源資源的消耗也在不斷增加，國家大力提倡新型能源，風能與光能發電是新能源領域的主力軍。風光互補發電系統主要是由風電機組和光V電池組共同組成的混合發電體系，通過將光能與風能直接轉化為電能，利用風能和太陽能在不同時節不同時間上的互補性，從而解決風電和光電資源不夠穩定的問題。風光互補發電系統還能夠按照用戶的實際用電負荷和資源條件進行合理配置，提高用電的整體可靠性。

一、風光互補并網發電系統

近年來，世界各國逐漸認識到能源對人類的重要性，更認識到常規能源利用過程中對環境和生態系統的破壞。各國紛紛開始根據國情，治理和緩解已經惡化的環境，并把可再生、無污染的新能源的開發利用作為可持續發展的重要內容。風光互補發電系統是利用風能和太陽能資源的互補性，具有較高性價比的一種新型能源發電系統，具有很好的應用前景。

（一）并網系統的概況

風光互補并網發電系統根據不同的功能可以分為不含蓄電池的不可調度是光V并網發電系統以及包含蓄電池組的可調度式光V并網發電系統。由于可調度是光V并網發電系統的儲能效率更高可靠性，具有良好的擴展性，但是蓄電池受到使用壽命的限制，遠低于其他部件的壽命，不可調度室系統具有更好的推廣效果。

（二）并網系統結構

不可調度電網系統主要是電網側并聯系統改進而成該系統，共包含光V系統和風電系統兩套獨立的電網結構。光V系統主要利用兩極式逆變結構實現并網，要想實現光V電池的最大功率，最主要的就是保障電池輸出電壓提升至直流母線電壓水平，后級全橋逆變單元，對直流母線電壓的參考值進行穩定控制，還要保障并網電流與電網電壓同頻同相。風電系統則以三極式結構并網運行為主，第一級實現風電的不控整流，第二級與第三級逆變電路功能相同。

二、風光互補離網發電系統

（一）離網系統概況

所謂風光互補離網發電系統主要包括風力發電機組、太陽能發電機組以及控制器蓄電池組、交流負載、逆變器等不同構成，主要以風電發電為主。在開始時，系統啟用風電向負載供電。如果風電無法滿足用電需求，再次接入光V發電機組，如果兩者都不能夠同時滿足用電需求則啟用蓄電池進行負載供電。從目前情況來看，如果有多余的電能，則會給蓄電池快速充電，在電能不穩時則蓄電池放電，可以顯著提高風光互補離網發電系統的整體穩定性。

（二）離網系統結構

根據前面的分析來看，直流母線電壓并聯型離網系統的整體結構穩定性非常高，但在極端條件下還是有不同的問題。例如，當風電系統光V、電系統以及蓄電池三者同時供電時，依然無法滿足負載要求，或者風光輸入功率之和超過負載功率，蓄電池已經充滿之后還有多余的電能該如何處理？從目前來看，對于不能滿足負載要求的，在風電側接入卸載電路或者停掉光V發電，但是這樣就會導致整體的資源浪費，需要采取一種在離并網模式下實現智能切換的系統結構，這也是雙模式風光互補發電系統的重要作用。另一種則是停止供電，但必然會影響負載工作。

三、雙模式風光互補發電系統

（一）雙模式系統的主要結構

雙模式系統主要采用離網和并網兩種模式，按照不同的用電負荷實行自由切換，確保系統始終處在最佳狀態運行，雙模式風光互補發電系統能夠在非極端工作狀態下完成正常的供電，優先處于離網狀態。當該系統在極端模式下，如果風光蓄三者無法滿足負載需求，則控制器會控制并網開關連入系統電網，由電網補充所需的負載，當風光輸出功率超過負載功率，并且蓄電池已經滿電狀態下，可以將系統接入電網，并且將富余的能量輸入到電網系統之中，這樣就能夠有效保證風光發電系統在這種極端環境下依然能夠穩定運行。

（二）離并網模式切換的主要原理

直流母線電壓作為風光蓄電供電，最重要的指標如果都不能夠滿足供給負載時，則直流母線電壓會不斷下降，當風光輸電功率超過負載時，則直流母線電壓會持續上升，可以根據直流母線電壓的反應來控制并網開關。在正常運行狀態下，雙模式風光互補發電系統優先運行狀態，單相全橋逆變電路可以將直流母線電壓穩定值設定為400V以上，當母線電壓小于360V時，系統和自動切入到并網狀態，由電網提供缺額功率，如果母線電壓不斷回升到400V以上，則自動斷開電網回到離網狀態下。如果母線電壓超過400V之后，則系統會自動切換到離網狀態獨立運行。如果直流母線電壓不斷上升，超過440V以后，系統會切換到并網狀態，并且向電網輸送富余電能。這樣的運行原理能夠保證雙模式風光互補發電系統在任何極端條件下都可以實現穩定可靠的運行。

（三）雙模式系統發電的市場流通

從目前來看，大多數的小型風光互補發電系統主要以家庭用戶為主，要采取雙向電流表對電能量的流動進行分析。如果電網系統供電時，則電表采用正電能加法器記錄，如果系統向電網供電時，則電表采取負電能加法器記錄，對正負輸出量進行分別顯示在定時讀取電能表的讀數，按照電價的規定分別計算電費。在利用正電能加法器計算所得的電費減去負電能加法器所得的電費，如果為正則用戶需要繳納電網，如果為負則電網向用戶付費。通過這樣的市場登記能夠全面推廣家用新型風光互補發電系統，為我國新能源事業提供重要的推廣依據。

四、結語

本文通過對風光互補發電系統的離并網雙模式的原理進行詳細介紹，并且針對各種可能存在的極端情況進行分析，既可以有效保障系統安全穩定運行，也能夠為我國新能源事業發展提供重要的參考依據，大多數的風光互補發電系統主要以家庭用戶為主，應該根據不同的用電量進行市場流通收費，這樣才能夠全面推廣新能源發電，保證用戶的利益不受損害。

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