李华
（吉林省长春市长春理工大学光电信息学院 吉林长春 130000）
摘要：在开发风能与太阳能时，研究人员研制出了风光互补发电控制系统，其可以结合风能与太阳能的优点，可实现发电的合理性及经济性。在应用风光互补发电控制系统时，还要结合计算机技术，在实际运行中，要降低能源的消耗，提高资源的利用率。
关键词：风光互补发电；控制；系统
1风光互补发电系统的资源利用
我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿kW，其中，陆地上风能储量约2.53亿kW（陆地上离地10m高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW，共计10亿kW。而我国的风能主要存贮是在于新疆、西藏等高原地区，在那些缺水、缺燃料及交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带。同时那些区域也是阳光照射最多的区域，那些地方的植物、植被受到阳光照射是全国最大的区域，在这些区域开发风光互补发电控制系统，将大有可为。因此，在风光互补发电场选址过程中应做好风能、太阳能资源的勘测统计工作，掌握当地风能、太阳能资源和其他天气及地理环境数据，选取风能、太阳能资源丰富的地域开发建设，以保证风能、太阳能资源的合理利用。
2风光互补发电系统分析
2.1组成部分
（1）光伏发电部分。当发电区域的阳光照射到太阳能电池板上，电池板内的正负电子被光能充能后，迅速释放能量，并将能量以直流电的方式直接传递到蓄电池中，并通过逆变器将电流转换成为交流电对正负载进行供电。
（2）风力发电部分。当发电区域的风力达到一定风速时，风力机被风速吹动，将风能转化成为机械能，并通过风力发电机将整个机械能转换成为交流电力的电能，经过了复杂的整流、分流后，给蓄电池进行充电，经过逆变器对正负载供电。
（3）蓄电池部分。从光能和风能的转化过程中，蓄电池主要起到的作用是将电能进行存储，并通过传输的方式将电能输送到电网当中。因此它的整体结构式由多块蓄电池组成，对于风能和光能发送过来的电能进行存储和调节。当系统发电量不足或负荷用电量增加时，则由蓄电池向负荷补充电能，并保持供电电压的稳定。
（4）控制系统。由于风力和太阳能是无法预测和估计的，它们每天随着各种因素的不同而产生不同的电力功率，因此控制系统需要灵活的将整个电力系统进行控制，例如需要不断的对蓄电池组的工作状态进行切换和调节，通过自动分析当前风能和光能的发电效率，直接切换和处理发电状态，并将多余的能力直接送往直流或交流负载当中或进行电能存储，以保证整个电力资源的连续性和稳定性。
2.2风光互补发电系统结构
风光互补发电系统总体结构如图１所示，系统主要由电能产生环节、电能变换控制环节和电能存储消耗环节三个部分组成。
图1 风光互补发电系统结构图
（1）电能产生环节。电能产生环节包括风力发电和太阳能发电两部分。风力发电部分可通过直流风机或交流风机获取风能转化为电能；太阳能发电部分通过太阳能电池板获取光能转化为电能。
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（2）电能变换控制环节。电能变换控制环节由DC／DC变换器、主控制电路等部分构成，是发电系统的核心环节。交流风机输出的三相交流电需经整流后进入DC／DC变换器，直流风机输出直流电经过稳压后直接送入DC／DC变换器；太阳能电池板输出得到的直流电通常要通过１个防反二极管后，再送入DC／DC变换器。主控制电路通常采用PLC或单片机、DSP等控制芯片，通过控制DC／DC变换器实现功率变换，同时还可对各种信息、参数进行数据采集、处理，从而实现设备保护、风险预警等功能。
（3）电能存储消耗环节。电能存储消耗环节包括存储和消耗两部分。电能的存储部分由蓄电池承担，用来消除由于天气等原因引起的能量供需的不平衡，在整个系统中起到电能调节和平衡负载的作用。电能的消耗部分主要由直流负载、交流负载组成。直流负载可由蓄电池直接引入，也可通过１个升压或降压直流变换电路提供所需要的直流电压；对于交流负载则需将蓄电池输出的直流电变为交流电。
3风光互补发电控制系统的运行
3.1单片机控制电路
单片机具有较强的抗干扰能力，其可以实现系统运行时对电压、电流数据的采集，可以了解系统运行的状态，单片机在不同存储单元中发挥着重要的监测作用，利用相关计算公式，可实现数据的准确处理，在检测的过程中，可保证信息处理的安全性。单片机控电路的程序包括初始化模块、主程序循环模块及中断处理模块三个部分。初始模块主要是对运行数据进行判断，可了解单片机的运行状态。主程序循环模块是对系统功能状态进行采集，为数据处理做好了前期准备。中断处理模块是在系统运行故障时，对故障信息进行传输，使检修人员了解故障位置。该模块包括定时中断、键盘中断以及外部复位中断。
3.2充电控制电路
充电控制电路是风光互补发电控制系统的重要组成，其是由直流变换模块以及均流控制电路组成的，在系统中风力发电机以及太阳能硅板可以控制电路中的电压大小，还可做好直流电与交流电的转换工作。
3.3软件系统控制
单片机系统中，可靠性是至关重要的，它是系统正常运行的基本保障。结合以上硬件设计方案对控制系统监控层进行了结构化程序设计。整个程序分为：主程序模块、数据采集子程序，按键处理子程序、显示刷新子程序、控制子程序以及通信子程序。监控程序的主题设计为自主循环的串行顺序结构。初始化后，主程序将顺序调整数据采集子程序、显示刷新子程序、按键处理子程序、控制子程序和通信子程序。
3.4硬件系统控制
硬件系统是风光互补发电控制系统的重要组成，其构成比较复杂，在控制的过程中，需要利用多种设备，还要做好监测与管理工作，在对风能与太阳能进行控制时，具有较大的难度，两者都属于自然能源，具有不定性与变化性。在对风光互补发电控制系统进行设计时，还需利用单片机以及微计算机技术，在控制的过程中，要实现系统运行的稳定性，还要保证能源利用的平衡性。在硬件系统中，计算机发挥着重要的作用，希望可以实现对发电系统的控制与监测，在对系统进行优化设计时，一定要结合发电系统的控制特点。在风光互补发电控制系统中，底层是基于单片机的监控层，上层是基于PC微机的管理层，主用用于现场采集数据的处理，同时根据采集数据分析结果，对控制参数进行合理的调整或设定。
4结语
总之，促进和开发风电互补发电控制系统，将能进一步提升我国可再生能源的发展并减轻我国污染能源消耗过大的缺陷，为可再生能源的大规模开发和利用奠定基础。
参考文献：
[1]秦斌.易柏年.风光互补供能系统的优化设计[J].机电信息，2013.
[2]赵春江.太阳能光伏发电系统技术的发展[J].自然杂志，2010.
[3]胡翠华.油田基地风光互补供电系统的最佳匹配研究[D].河北工程大学，2012.
[4]孙楠，邢德山，杜海玲.风光互补发电系统的发展与应用[J].山西电力，2010，（4）.
作者简介：
李华，1985年6月，女，朝鲜族，吉林市，硕士，助教，研究方向：轨道交通信号与控制。
论文作者:李华
论文发表刊物:《河南电力》2018年16期
论文发表时间:2019/1/22
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