风光互补电力系统的优化设计毕业设计(编辑修改稿)

风光互补电力系统的优化设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

类电池来讲都是优于现阶段我们使用众多的单晶硅太阳能电池的。 在多晶体硅中由于材料制造特别简便、节约电、生产成本也比较低污染程度也比较小，所以在现阶段得到大量的推广运用。 在非晶体硅中薄膜涂层电池还化合物半导体电池用一层非常薄的光感材料贴附着在玻璃、不锈钢等材料上就制成了电池可以说是非常的廉价技术要求也不需要多高，而且其光电转换效率与多晶体硅电池相当。 以后这类电池肯定会越来越多。 非晶体和半导体化合物特性如表 442。 第 9 页 西华大学毕业设计说明书 表 442 非晶硅与化合物半导体的特性 经过对比与多种因素选择，采取方 便，环境污染较小，投资成本低等方面因素本设计选择了多晶体硅类太阳能电池。 但是如果单一系统对运行的可靠性要求很高的话，则可以选择单晶体硅太阳能电池。 无论选择单晶体硅或者多晶体硅材料在制成太阳能电池组件的时候都必须通过串并联来组装成电池组来使用。 第 10 页 西华大学毕业设计说明书 将风里和太阳光大自然的资源无限利用，通过设计风力和光伏发电装置来汲取无限的资源能量，可以获得比较稳定的和可靠性高的电源带给人们巨大的收益。 风力发电机主要利用的是高原风和大风带动扇叶转动发电，光伏主要利用太阳光产热和地热吸收的能量转换 成电，对于不同用电所需和供电大小的电力系统可以尽量减少成本选择适当的蓄电池类型规格容量。 对风光互补发电系统进行合理的设计和匹配，尽量减少因为供电不足而动用汽油柴油发电的备用电源，这样就可以获得更好的经济效益和系统稳定性。 由于风光互补电力系统可以使用很久，降低了工程造价与效益的持久丰收；管理和工程技术人员也因为系统大大的缩减，从而提高了劳动效率，降低了运行成本。 以前的风光互补发电系统只是简单地没有考虑其合理搭配设计优化和系统的互补优势将风力发电机组和太阳能发电电池组就组合在一起了。 要设计优化的风光互补电力系统，首先要调查当地太阳能和风能资源状况，计算其用电量和发电量对风光互补发电系统的风力和太阳能建造比例进行优化设计。 风光互补发电系统的结构 发电部分 发电部风由风力发电机组通过设计三叶风机通过当地的风高风速设置杆塔的高度和材料连接到风光互补控制器；太阳能电池组件需要选择多晶体硅电池或者单晶体硅电池按照系统要求或者自身需要组装大小数量不同的太阳能电池组件，然后通过当地的太阳光照射角度设计太阳能电池组件的支架，最后连接到风光互补控制器上。 蓄电部分 由于风力发电机和太阳能电池发电部分不是每时每刻都在发电不是都在储能，并且在储能的过程中有大有小的供电就像冲击波很不稳定，这种电能是不能直接被利用的。 这时必须要在风力发电机和太阳能发电机组后面接上蓄电部分 来平稳发电机所供的电，蓄电池是可逆的因为不仅要接受电还要放出电，这时对蓄电池的要求和控制就很重要了。 为了提高系统的安全可靠性往往会安装 2 块或者多块蓄电池组。 控制及直流中心部分 风光互补电力系统控制部分非常重要，通过根据当地的日照强度、风力大小和电力系统安装的负载，随时对蓄电池组的充放电进行管理和控制，它必须满足能把调整后的电能直接送往直流或交流负载，还要满足把多余的电能送往蓄电池组储存。 系统设备因为缺电不足不能正常工作时，控制单元必须要让蓄电池输送给设备用电，从而提高系统 第 11 页 西华大学毕业设计说明书 工作的连续性和稳定性。 控 制及直流中心的具体构成参数有最大用电负荷与日平均用电量决定，通过计算最大用电负荷来选择系统逆变器容量，通过计算平均日发电量来选风力发电机、太阳能电池和蓄电池组容量。 而且确定安装风光互补电力系统的地区的风光资源能量对容量的计算也特别重要。 供电部分 因为蓄电池储存的电能只能通过直流电的形式发出来，而设备很多是交流电，因此电力系统必须要添加逆变器。 通过直流变交流逆变给设备安全正常的电能，所以逆变器对系统而言就是核心部件，他的控制方式与选型都特别重要与关键，对于系统来说可以决定其使用寿命。 本设计选用智能 型充电控制逆变的正弦波逆变器，对系统的电流控制稳定有很高的可靠性，对系统有很强的过载和限流保护的功能抗干扰能力也很强。 风光互补发电控制与逆变 风光互补电力系统要做到经常无人值守无人看管，对专用的控制器的要求挺高而且是专门定制的。 控制器对于风光互补系统而言是最为重要的元件相当于人的大脑。 它控制着电力系统线路上的负载的电流电压稳定，调节着蓄电池合理的充放电做到保护蓄电池的作用，还能把经过逆变器整流过后的电能输送给负载。 在控制蓄电池充放电时采用PWM 无级卸载方式控制蓄电池的充放开关，其中的脉宽调制方式可以 达到上千级的卸载。 这样可以几乎完美的控制蓄电池充放电保证最佳供用电。 风光互补电力系统也可以仅仅依靠微处理器运行控制，再加上 RS485 监控系统采集数据给逆变器就能够组成简易的风光互补发电控制系统框图，如图 52： 第 12 页 西华大学毕业设计说明书 图 52 风光互补发电控制系统框图 光伏阵列对充放电控制单元 如图 521 所示，通过改变脉冲宽度从而控制变换器所提供的电流，使得蓄电池能可靠稳定的充电。 同时，为适应温度变化对太阳能电池镇流的影响，应根据不同的温度或季节调节相应的电流电压做到，可利用微处理器采集太阳能电池板的数据，并根据温度传感器传回的数据计算在当前温度下太阳能电池阵列最大功率点的输出电压并反馈给控制蓄电池组的控制器。 风力发电机 风力发电部分充电器 光伏部分充电器 光伏电池组件 逆变器 蓄电池 监控系统 接口 交流母线 直流母线 RS485 第 13 页 西华大学毕业设计说明书 图 521 光伏阵列充放电控制单元结构框图 风力发电充放电控制单元 想到蓄电池对充电电流的要求苛刻，和充电控制经过很流状态 到恒压状态应采取对风力发电机恒压限流的方式对蓄电池进行充电管理。 在电流控制环节有个端口作用就是限幅（限制充电电流的大小）由于采用的是电流闭环控制，这个限定值就是恒流充电的电流给定值。 在初始充电时，蓄电池电压较低，小于蓄电池的给定电压，因此有，由于PI 调节的作用，使输出达到最大值，然后电流就会输入被限制的值给蓄电池从而实现充电电流不稳定限制的作用。 如图 522 所示： 温度传感器 阵列设定电压 阵列电压采样 PI调节 PWN 控制器 变换器 光伏阵列 充电电流采样 过充电电压设定 PI调节 负载 充电电压采样 第 14 页 西华大学毕业设计说明书 图 522 风力发电机充电控制电路方框图 功率控制单元 控制系统通过开关断开运行负载上的负荷来改变功率的突变，有效提高系统稳定性。 当监控单元检测到功率过高或者过低的时候，功率控制单元会即时开启或关闭负荷，从而改变电流来跟踪功率点防止很大功率波动造成的系统的电压、频率的变化。 如图八所示： 图 523 功率控制系统框图 门限开关 风速 功率测量 功率给定 蓄电池回路功率 PI 触发装置 卸荷器 K2 CELLS PHASE K1 P2 P1 第 15 页 西华大学毕业设计说明书 监控单元 风光互补电力系统的监控单元可以对安装的全系统详细操作与系统运行细节中所有元器件的过程进行全程监控，需要远程遥控的可以串接远程通信功能。 该监控单元可以控制太阳能控制器直接调节太阳能电池方阵输出的电压、电流；控制观察蓄电池的充放电 以及对蓄电池在充满电时做出保护动作输出精度高的浮充电压；按照设备电流、电压调节逆变器进行电流逆变等对于这些操作都能进行实时的监控处理。 监控流程图如图524： 第 16 页 西华大学毕业设计说明书 图 524 监控系统流程图 第 17 页 西华大学毕业设计说明书 6 优化蓄电池充电过程 对蓄电池充电的方法有许多，然而用不同的方式充电对蓄电充放电的效果和其使用寿命都有多多少少的影响。 以下就说明三种典型的充电方式： 恒流充电法 通过来改变或者恒定风光互补电力系统所发出的电压再或者添加减少串联蓄电池电阻，保持恒定的电流大小给蓄电池充电。 但是这种恒流充电方式在充到蓄 电池快饱和时会让蓄电池产生很多气体，加快蓄电池老损的速度减少其寿命。 虽然是快速充电的方法，但是不适合作为风光互补电力系统蓄电池充电过程。 如图 61： 图 61： 恒流充电曲线 这种充电方式是摆脱了以往连续曲线充电方式的一种间断式充电，充电开始就是让脉冲电流发出一次脉冲波，停顿一次，让蓄电池更好的吸收充电电流并且缓解蓄电池充电过程中内部的化学反应与电压。 然后重复几次脉冲电流，每进行一次脉冲就停顿一下，直到充满为止。 这样可以让蓄电池有充分的时间接受风光电力系统的输出电压，从另一方面说可以节约电力系统能源，但是这种充电方式需要消耗比较长的时间，而且电流脉冲波会控制不好会互相抵消。 曲线如图 62 所示： 第 18 页 西华大学毕业设计说明书 图 62 脉冲式充电曲线 这里双标表示 风光互补电力系统的输出电压和电流。 经过一阶段：就是风光互补系统采集即时电能的最大电流输送给蓄电池组，将蓄电池电量充到 80%左右；经过二阶段：用稳定的标准电压给蓄电池充电，实际是为了缓解第一阶段的充电电流过高，这是蓄电池充电容量基本饱和；再经过第三阶段：以稳定且高精度的浮充电压对其进行稳压作用，这时的输出电压对蓄电池的寿命至关重要，其精度有一点点误差就会造成蓄电池寿命大大缩短。 充电过程如图 63： 图 63 双标三阶段充电过程 I V 充电输出电流 充电输出电压 O 大电流的范围 第 19 页 西华大学毕业设计说明书 现阶段风光互补电力系统通过发电机组产生的电能传送给蓄电池组，然后蓄电池输送给负载或者通过逆变器再传送给负载。 然而蓄电池也必须要逆变器的恒压作用充放电，逆变器变成了风光互补电力系统的领导者地位。 设计制造中都应严格要求和对应系统合理的选型。 风光互补发电系统对逆变器的要求如下。 （ 1） 风光互补电力系统通过计算电流量合理搭配逆变器的结构电路，逆变器还必须具有保护负载和线路防止过电压和 过电流。 （ 2） 具有较宽的直流输入电压适应范。