摘要：随着经济的不断进步，传统化石能源储备日渐减少，可再生能源受到了广泛的关注。根据目前的清洁能源分布来看，风能和太阳能占据了很大的发展优势，但是有一个问题就是风能和太阳能受环境和天气的影响较大，其能量大小不定，随机性较强，所以仅仅用单纯的光伏电站或风电场发电难以得到稳定的电能输出。近年来，我国风光互补发电技术在路灯、抽水、以及偏远地区等得到了越来越多的应用。
本文主要对风光互补发电系统的控制技术进行研究，对风力、光伏的功率输出分别运用定桨距失速和最大功率跟踪进行控制，以及对风光互补中交直流变换技术进行分析。风光互补发电系统的建立不仅推动了全球发电事业的进程，还促进了资源节约型社会的发展。
关键词：风光互补发电系统；交直流变换技术
1风光发电系统与功率控制
1.1 风光互补发电系统
风光互补发电系统是由风机、光伏阵列和控制器、蓄电池和交直流负载构成，其中还有控制电路：整流电路、Buck-Boost电路以及逆变电路来参与电流电压的控制。如图1.1所示。
图1.1 风光互补发电系统主电路
1.2 风力发电功率的控制
风机的功率调节根据功率控制方式的不同，可以将功率调节方式分为三种：定桨距失速调节、变桨距调节、主动失速调节。本文采用变桨距调节，变桨距指安装在轮毂上的桨叶可以控制调节改变桨距角的大小，适应风速的变化，使风力增加时仍能保持输出功率的平稳。
由于光伏阵列是非线性电源。输出特性中电流和电压两块区域中的恒定区域的交点为最大功率点。不同的光照强度对应一个最大功率输出点（也就是功率最优点）。温度和光照强度的不同都会使最大功率点有所不同。本文采用最大功率点跟踪控制策略，主要是要对系统进行输出功率的实时控制，根据系统运行当时的天气情况和环境来对光伏阵列的最大输出功率点进行预测，预测之后拟定出不同的阻抗，并通过减少或增加系统的阻抗来满足光伏阵列最大功率的输出要求。
2控制系统的设计
2.1风机整流电路控制
在风机发电系统中，整流器起着非常重要的作用。风力发电机发出的电为交流电，只有通过整流电路才能转变为直流电，在整流的同时把不稳定的交流电通过电感、电容滤波后得到比较平稳的电。该文采用不可控整流控制，电路是由一般的大功率二极管组成，其功耗低，电路结构较为简单，如图2.1所示。
图2.1 不可控桥式整流电路
2.2卸载电路控制
风光互补系统中，太阳能发电系统较为稳定，然而对于风力发电而言，风能变化范围较大，不确定性较强，输出功率也不稳定，当风速过大，超过风速限定值的时候，会产生很大的输出电压，这个时候为了避免高电压损坏主系统器件，就增设了卸载电路如图2.2所示，其功能是当风力超过限定值时通过改变VT的占空比，使一部分功率在卸载电路中消耗掉，将输出电压U稳定在风机的设定值，提高系统的稳定性，减小大风对控制器的冲击。其智能控制框图如图2.2所示。
图2.2 卸载智能控制框图
当U大于系统给定值的时候，卸载环节开始进入工作状态，实际值与给定值进行比较后，改变VT占空比，就可以使U稳定在限定电压值以下，当U值低于某一值时，表明该状态下不会影响风机或者其他开关器件的损坏，卸载电路就停止工作。
2.3 Buck-Boost电路控制
Buck变换器主要把直流电压转换为较低的直流电压，Boost变换器主要把直流电压转换为较高的直流电压工作，其变换器就是Buck变换器的对偶拓扑结构。Buck-Boost变换器则是由Buck变换器串联一个Boost变换器组合而成，经过整合简化电路后，可以得出如图2.3所示的实际电路图，由于输入与输出电压极性相反，故该电路又称为“反相输出型变换器”。
2.4 逆变电路控制
逆变器的工作原理与整流器的工作原理相反，主要作用是将直流电转变为交流电。风光互补系统中蓄电池输出的电为直流电，而我们大部分用电设备都属于交流电，所以用逆变电路进行控制，希望能够得到适合用电设备的交流电。除此之外，逆变器还具有自动稳压的功能，能为风光互补发电提供一个更稳定的供电质量。
本文采用电压型逆变器。如下图2.4所示，为电压型逆变器主电路。一般需要在直流侧并接一个较大的平波电容C，用于减小直流侧的直流电压波形，此种方式构成了电压源，所以逆变器是电压源。其中Db为阻断二极管，可以阻止能量的回流，Va、Vb和Vc是逆变后的三相电压，T1到T6为三相IGBT逆变桥。
图2.4电压型逆变器主电路
3 蓄电池装置
蓄电池一般用于当系统电能过多时用于存储电能，当外负荷电能不足时释放电能。当风能充足光照强度也好的时候，系统产生的电能不能被负载完全消耗，这时就可以把多余的电能用蓄电池存储起来；当风力和光照强度不足时，系统产生的电能较少，甚至在最糟糕的无风无光照的条件下，系统不产生电能，此时蓄电池就把之前存储的电能释放出来提供给负载。除此之外，蓄电池还承担着一个稳压的功能，从蓄电池输出的电压都稳定在一定范围内，使负载得到稳定电能。
4 本文总结
文章通过对风光互补系统中各系统的功率进行控制，利用文章中所提到的控制电路以及智能控制系统，对系统各组成部分进行最佳控制方式的说明。浅要分析了风光互补发电系统中所用到的关键技术，加强广大学者对风光互补发电相关技术的认识。
在论文中，还存在不足的地方，由于自我能力和知识水平有限，文中欠缺数学模型的搭建部分，所以仿真模型无法建立，如果可以，希望在以后的学习中，能够就这方面进行知识扩展，进行论文内容的补充，进而来证明风光互补发电系统的优化可行性。相信在不久的将来，风光互补发电系统还会发展的更加迅速，风光发电也会成为未来不可缺少的主要发电形式。
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论文作者:郝婷,官鹏
论文发表刊物:《河南电力》2018年23期
论文发表时间:2019/7/1
标签：系统论文; 风光论文; 变换器论文; 电压论文; 电路论文; 电能论文; 逆变器论文; 《河南电力》2018年23期论文;