（山东核电有限公司 山东烟台 265116）
摘要：电力在当今社会中具有不可替代的作用，不仅和人们的生活有着紧密的联系，还为社会发展做出了很大的贡献。但是从现实情况来来很大影响。而核电站就是解决电力问题的一种措施，随着科技的不断进步，风光互补发电系统也有了很大的进步。本文主要对这一系统的发展现状进行分析，并研究其作为核电站补充应急电源的作用，进而为核电站建设与发展提供借鉴。
关键词：风光互补发电系统；核电站；应急电源
一．引言
随着人们环保意识的不断增加，核能——一种清洁、高效的新型能源，在全世界范围都有了很大发展，核电站的事故率比较低，但是在出现了核电站泄漏事故之后，人们对这一能源的使用还是有很多疑问，无法真正的信任其安全。一般来说，核电站如果在遇到地震或者其他灾害而无法从外部得到电源时，反应堆堆芯冷却需要的电力要依靠应急电源提供。但是如果应急柴油发电机受到破坏，就只能借助备用的蓄电池组进行供电，因为容量受到很大限制，不能使堆芯在相应时间内受到冷却，所以引起一系列的事故。所以，需要为核电站重新配置其它独立的应急电源。太阳能与风能发电不必经常进行维护，也不必补给能量，但是两者也都存在缺陷，气候的不确定性造成用电负荷和发电之间的失衡。幸好，太阳能和风能之间的互补性很强，可以使其作为核电站的补充应急电源。
二．风光互补发电系统研究的现状
之前，西方国家相对重视独立光伏发电，或使用风能进行发电，对风光互补发电的研究并没有太大成果。但是，在1981年，丹麦就有人提出混合使用风能和太阳能的技术问题，但最初只是把光伏组件和风力机简单的进行组合。目前已经有了很多新成果。西班牙的 LOPEZ 等人，开发出一套在“光-柴油机”、“风-光”等互补发电系统，并以传算法为基础的优化系统，然后对萨拉戈萨地区的“光-柴油机”互补发电系统进行了设计和优化，还与和另外一个互补系统 HOMER 进行了比较。结果表示，这一系统可以按照光照与负载条件对所需柴油机、蓄电池与光伏阵列的类型与数量进行确定，可以使用最小的成本得到最大电能的输出，表明这一系统比其他任何单独的发电系统更加具有优势。美国一些单位也对风光互补系统进行了精确模拟和运行，按照所输的系统结构与负载的特性，加上太阳的辐射与安装的地点风速等得出8760小时的模拟结果。加拿大 的KARKI 等人则研究了小型独立风光发电系统可靠性和成本的计算，指出按照风光条件与负载对发电系统进行合理的配置，就能够降低其发电的成本，推升整个系统的可靠性。
国内对风光发电系统的研究主要是对其结构进行优化和设计，计算匹配，控制底层的设备和仿真系统等方面，也取得很多成果。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆华东电力提出了凤岗互补旋风发电，从逻辑与理论角度解决了能源不可控和离散的问题，弥补了资源的限制与束缚，使容量比较大的设备得到节省。合肥工业大学也提出了变结构仿真模型，用户能够对各种结构的系统进行重构，并借助计算机进行仿真与计算，进而对系统控制策略与性能的合理性以及运行效率进行预测。中科院也提出一种解决这一系统非线性的优化方案，使用遗传算法对系统最佳配置和控制策略进行确定。西安交大则对这一系统内的设备随意配置导致投资成本比较大的问题，提出了局部-整体方法，对这一系统进行优化，并对两个可比性比较强的地区进行实验，验证这一方法。国内对风光发电系统的应用不是很多，主要在青藏或内蒙古等偏远区域。综上所述，在全世界范围内，风光发电系统越来越受到重视，研究内容也不断加深，应用的领域也在不断扩展，规模逐渐增大。
三．风光互补发电系统在核电站中使用需要解决以下问题
1.系统的容量和结构的控制。对风光发电系统的容量进行确定有两种方法：第一，功率匹配法，也就是在不同风速和太阳的辐射下，对应的光伏阵列功率和风机功率和超过负载的功率，主要在对系统进行优化和控制时使用。第二，能量匹配法，是在不同风速和太阳的辐射下，对应的光伏阵列发电量和风机发电量和超狗负载耗电量，主要在对系统的功率进行设计时使用。
风光互补发电系统主要由能量的管理、能源的变换、风力发电、太阳能发电和储能等系统组成，整体上使用直流母线结构和交流母线结构组合控制。直流母线结构具有以下优点：第一，只需控制相应母线的电压，控制的算法也比较简单。第二，省去了子系统整流的环节，系统的成本比较低。第三，系统的扩容性很强，可以使发电和用电设备之间数量变更得到有效满足。这一结构控制具有明显的优势，以扩容为例，最关键的就是扩容具有经济性与便捷性，特别是对一些距离公共电网比较远的供电系统。
交流母线结构能够把各种不同类型负载与发电的设备全都连接在相同母线系统内，这样不管是增加发电的设备还是负载，系统都可以随意进行扩容。因此，对核电站应急电源要求和其自身的特殊性进行考虑，就是用两种结构相结合的控制方式。
2.风光互补发电系统最大功率点跟踪。当前，比较常见的跟踪方法主要有叶尖速比控制，最大负载功率曲线控制与最大功率点搜索控制。其中，叶尖速比控制计算的系数会受到外界的影响，所以很难对风速进行准确的计算，算法的移植性也比较差，因此逐渐被淘汰。最大功率负载功率曲线控制需要提前得出最大负载功率与风机的转速关系曲线，算法的移植性也比较差，但是算法相对简单，不需要设备对风速进行测量，系统内有自适应能力，尽管功率的输入有一些小幅的波动，但是还在可以接受的范围。最大功率点跟踪控制有很多不同的方法，基本是自寻优与非自寻优两类。自寻优就是按照直接测量的电压和电流的信号，开展最大功率点的跟踪，非自寻优就是按照光照的强度和环境中的温度等外界的变化，借助查表或者数学模型开展跟踪。从理论出发，系统如果想得到最佳跟踪的效果，就需要对风力和光伏实施分别跟踪的手段，但是可以设计出一种集光伏与风力跟踪为一体的控制算法。
3.能量可靠转换。风电的能量在转换时需要使用 DC-DC 转换器，为了使大功率的需求得到满足，提升可靠性， DC-DC 转换器需要在并联冗余模式下进行工作，也就是使用数量较多的小功率 DC-DC 转换模块进行工作，进而实现冗余，以便提升可靠性。这种工作的结构动态性比较好，效率也比较高，对负载进行调整时相对便捷，比较容易维护，功率具有较强的扩展性。但是为了使其能够稳定的并联工作，首先需要确保负载电流在不同模块中是均匀分配的状态，要使用均流技术，确保热应力和电流平均分配。
4.混合储能。由于风光互补发电系统受到气候等因素的影响，发电功率不是很稳定，电流会存在波动，这就对系统储能产生很大影响，还会使蓄电池老化速度增加，使用年限降低，因此需要配置超级电容器，借助其储能的能力，降低蓄电池充电和放电的次数。这就要求设计出超级电容器和蓄电池并联控制器，主要对循环工作的次数、放电的深度等进行控制。设计时需要对各种因素进行综合考虑，重点对光照的强度与风力的大小等因素进行考虑。
结语
综上所述，风光互补发电系统在核电站补充应急电源中发挥了重要的作用，需要引起研究人员的重视，不断对这一系统进行改进与完善，切实发挥出系统的作用，促进核电站功能的发挥。
参考文献：
[1]林期远, 周鑫发, 江海燕. 风光互补发电系统作为核电站补充应急电源的研究[J]. 能源与环境, 2014(2):7-9.
论文作者:陈全杰
论文发表刊物:《电力设备》2016年第19期
论文发表时间:2016/12/12
标签：系统论文; 核电站论文; 这一论文; 风光论文; 负载论文; 功率论文; 结构论文; 《电力设备》2016年第19期论文;