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1、- 本文由zhuxiao2604贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第 卷 第 期 增 刊 仪 器 仪 表 学 报 年 月 分布式风光互补发电系统及其多 目标优化控制策略 研究 冬 雷 廖晓钟 刘广忱 北京 陈建勇 ） （ 北京理大学 摘要 新能源领域中的风力发电技术和太 阳能 发电技术发展非常迅速 ， 风光互补发电方案是独立供电系统的最佳选择 。 出 提 了一种分布式风光互补发电系统方案 ， 并对其 系统的多目标优化控制策略进行了研究 （ ， ） ， 引 言 发 电最 大单机容量 已经超过 了 ， 而太 阳能发 电容量也超过了 。国外在
2、风光互补方面的研 究却很少。风力发电和太阳能发 电的独立控制技术 已经成熟， 在最大功率点追踪控制 （ 、 ）预测控制 以及 系统 结 构 等方 面 的研 究是 当前 研究 热点 。国 内在 随着 经 济 的快 速发 展 ， 源 的消 耗逐 年 增 加 ， 能 常规 能 源 面 临 日益 枯 竭 的窘 境 ， 切 需 要 可 再 生 的新 型 清 迫 洁 能 源 。 目前众 多 可再 生 能 源与 新 能 源技 术 开发 中 ， 在 潜 力最 大 、 具开 发 价值 的是风 能 和 太 阳能 。 们是 一 最 它 种取 之 不 尽 、 之 不 竭 的可 再生 能 源 。近 年来 ， 用 风能
3、和 太 阳 能 的 利 用技 术 发 展 迅 速 ，年 前 ， 界 风 光 电 总 世 功 率 不 到 万 ， 今 已 超 过 如 万 。据 估 计 ，年 内风 光 电将 可满 足世 界 电力 需 求 的 纬 ， 成 新能源领域的研究困于资金的限制， 加上实际需求 ， 主 要 集 中 于风 力 发 电及太 阳能 发 电的控 制 算法 研 究 和小 型新能源系统的研究 ， 对小型风光互补发电系统的研 究也受到了人们的重视目 卜 。从资料来看国内对小型 风光互补发 电系统的研究也仅限于系统的组成与控 制 、 备 的选 用 以及 系 统仿 真 等 。 设 太 阳能 与风 能 在时 间 上和 地域 上
4、 天 然具 有很 强 的 为 世纪主要的电源之一 。 我国对风力发 电和太阳能 发 电技 术 也 给予 高 度 重视 ，年来 风 力 发 电 和太 阳能 发电在我国的沿海 、 新疆和内蒙等地得到了一定的推 广 应用 。 由于对环境和能源的重视， 世界各国都对新型能 源 进行 了 深人 的 研究 和开 发 。 目前 欧 洲在 这 方 面处 于 互补性 。太阳能和风能在时间上的互补性使风光互补 发电系统在资源上具有最佳的匹配性 ， 风光互补发电 系统是资源条件较好的独立供电系统。提出一种分布 式风光互补发电系统方案 ， 并对其多 目标优化控制策 略进 行 研究 。 领先水平 ， 特别是 在风力发电
5、和太阳能发电技术方面 取得 了大 量成 果 。欧 洲在 新 能 源领 域 的研 究 主要 集 中 于大 型 并 网 电 场 以及 相关 技 术 的 研 究 目前 风力 。 第 期 增 刊 分布 式风光互补发电系统及其多 目标优化控制策略研究 开关磁阻电机飞轮储能系统 。开关磁阻电机具有结构 分布式风光互补发 电系统 分 布式 风 光互 补 发 电 系统 方案 ， 由风 力发 电 系统 、 太 阳能 电 池发 电系 统 、 能系 统 、 源 变 换 系统 、 流 储 能 直 简单、 成本低、 适合高速运行等特点。由于开关磁阻电 机采用直流供电， 从电动状态转换到发 电状态仅需要 将 导 通 角后
6、 移 ， 因此 非 常适 合 作 为 飞轮 储 能 的 核 心 设 备。 利用飞轮储能可以有效地补偿由于风速、 光照变 化 以 及 负荷 变 化 所 引起 的母 线 电压 波动 ， 高 系 统 的 提 母线及能量管理系统等若干子系统组成， 如图 所示。 这种 方 案的 主 要 优点 是 ： 一 ， 第 只需 对母 线 电压 进行 控 制 ， 易 满 足 系统 性能 要 求 ， 容 控制 算 法 相对 容 易 。 二 ， 第 由于 省 去 了 子 系统 中的 整 流 部 分 ， 此 ， 统 成本 低 ， 因 系 稳定性， 降低 由此而引起 的蓄 电池的充放电次数 对 于 系统 中的 交 流 用
7、电负 荷 ， 用 逆 变 控制 单 位 集 中 采 供电。 在 实 际应 用 中 ， 了提 高 系统 的适 用 性 ， 以非 常 为 可 易于推广。第三， 采用分布式直流母线控制， 系统容易 扩展 ， 可以满足用电设备和发电设备增加的要求。 考 虑 到 目前几 乎 所有 分 布式 供 电 系统 主 要 采用 交 方便地利用直流母线进行扩展。例如为了进一步提高 系 统 的可 靠性 ， 证 重要 用 电设 备 的 正 常运行 ， 以在 保 可 直 流 母 线上 加 装 柴 油发 电机 组 ， 通 过 系统 控 制 部 分 并 流母线， 需要对 电压、 、 、 电流 频率 相位等多参数进行控 制团，
8、 网过程复杂， 并 不易扩展， 因此系统采用直流母 线 ， 能 单元 分 为 长期 储 能单 元 和 短期 储 能单 元 。 电 储 蓄 池 是 长 期储 能 单 元 的 最 佳选 择 ， 而短 期 储 能 单 元 采 用 统一进行能量控制。也可以利用 变换器向直 流 用 电设 备 如 无 整 流模 块 的 变频 器 进 行 供 电 ， 以 降 可 低 系统 成 本 、 防止 谐 波污 染 。 现 场 总 线 太阳 能电 他板 验 飞轮 蓄叫 电 电 充 器 变 卜 逆 器 图 分布式风 光互 补供 电系统 框图 互制约。例如 ， 蓄电池和飞轮储能系统作为储能单元 ， 分布式风 光互补发电 系
9、统 的控制 策略 由于分布式风光互补发电系统容量较小、 发电量 变化较大、 容量不确定等特点， 加上分布式供发电设备 分 散 ， 此对 系 统 的优化 控 制 是 系统 高 质 量 、 因 可靠 运 行 既 可 以作 为供 电 设 备 ， 又可 以成 为 负 载 。因此 ， 何 协 如 调 各子 系 统 的关 系 、 平衡 各 指标 之 间 的影 响 ， 到综 合 达 性能最优， 待解决的问题。 是 因此， 对于分布式风光互补发电系统， 不仅仅要对 所有发电单元、 储能单元以及能源变换单元分别进行 优化设计， 还需从 系统的角度进行优化控制。第一， 稳 定直流母线电压， 提高系统供 电质量是系
10、统控制的首 要 任务 ， 此 在 系统 设计 时 ， 用 飞轮 储 能装 置对 母 线 为 利 的关键 。尽管目前对风力发电和太阳能发电控制方面 研究较多， 但是由于这些研究仅考虑对单机设备的优 化 ， 控制技术并不能完全适用分布式风光互 如 补发电系统。 因为在 负荷较低的时候采用 控制 无疑增加了系统的电应力和机械应力。 ， 此外 在分布式 风光互补发 电系统中直流母线 电压波动系数、 各发电 设 备 的 负载 率 、 各发 电 设备 应 力 系数 、 电池 的充 电 状 蓄 电压进行动态补偿， 可以有效稳定风能和太 阳能瞬时 变 化对 母 线 电压 所造 成 的 影响 第 二 ， 根据
11、用 电 负荷 变 化 对供电单元进行按比例均流控制 ， 使供电单元的负 载 均衡 。第 三 ， 既要 在 负荷 较 大 时 ， 风 力发 电机 和 太 对 阳 能 电池 采 用 最 大 功率 点 追 踪 控 制 （ 模 式 ； ） 又 态 ） 等控制指标 相互影响 、 相 仪 器 仪 表 学 报 第 卷 要在用电负荷较小时 ， 对二者采用“ 低应力” 控制模式， 即降低太 阳能变换器输 出电流以及风力发电机的转 速， 而不必进行最大能量捕获 ， 以便延长系统寿命 。第 四， 提高蓄电池的剩余容量 ， 保证系统供电的可信度 。 同时降低蓄电池的充放电次数， 防止过充电和过放电。 从而减少蓄电池配置容量 ， 延长蓄电池寿命 ， 降低系统 建 设 成本 和 运行 成 本 。 由 此可 见 分 ， 布 式 风 光互 补 发 电系 统 中 存 在 着 多 求最优解。 通过对整个系统的能量流进行优化控制， 可 以在储能配置容
