[硕士论文精品]统不同负载对蓄电池控制电压的影响

中文摘要可再生能源的综合利用对我国社会经济的可持续发展和环境保护起着重要的作用。在当前可利用的几种可再生能源中，太阳能和风能是利用比较广泛的两种。太阳能和风能在资源条件和技术应用上都有很好的互补特性，在电能作为主要能量消耗形式的当今社会，综合考虑太阳能和风能在多方面的互补特性而建立起来的风光互补发电系统是一种经济合理的供电方式。该供电方式在解决边远地区的能源供应问题中发挥着积极的作用。关于风光互补发电的推广应用，系统的优化设计和运行控制是两个研究重点，前者是根据系统应用地点的资源条件和负载特性对系统各个部件进行合理的选型以达到最小投资配置；后者则是通过对系统的动态运行分析，提出切实可行的运行控制策略，而后采取相应的技术手段实现系统可靠、高效地运行。其中蓄电池电压是运行控制的核心，所有的控制策略都是围绕蓄电池控制电压所制定的；而且蓄电池电压的设定也对系统的优化设计起着一定的指导作用，因此，对蓄电池控制电压的研究对这两个重点问题都有着重要的意义。本文使用ELECTRONICSWORKBENCH软件，对风光互补发电系统进行模拟，通过建立与实际项目相同的数学模型，使用不同的控制策略及控制电压，得到相应的各方面数据，来确定蓄电池控制电压及控制方案的最优解。并与实际的工程的数据进行对比，以达到设备的充分利用，节能及节省运营费用的目的。在今后的类似项目中，如果系统中设备有了变化，可以通过相应的改变其数学模型，迅速确定控制电压及控制方案，并对设备的选取有一定的指导作用。关键词风能太阳能风光互补发电运行控制模拟蓄电池电压ABSTRACTTHECOMPOUNDUTILIZATIONOFRENEWABLEENERGYRESOURCESISALLEFFECTIVEWAYTOPRACTICESUSTAINABLEDEVELOPMENTSTRATEGYINOURCOUNTRYSOLARANDWINDARETWOKINDSOFWIDELYUSEDRENEWABLERESOURCESTHEREARECOMPLEMENTARYCHARACTERISTICSBETWEENTHESETWORENEWABLERESOURCESINREGIONSFARAWAYFROMPOWERTRANSMISSIONNETWORK，WINDSOLARGENERATIONMAKESAFFECTIVEEFFECTINORDERTOPROMOTEAPPLICATIONSOFWINDSOLARHYBRIDGENERATION，TWOPROBLEMSMUSTBEWELLRESOLVEDONEISOPTIMALUNITSIZING，ANOTHERISOPERATIONALCONTR01THEDESTINATIONOFTHEFORMERISTOACHIEVETHE1CASTINVESTMENTCOLLOCATION，WHILETHELATERDESTINATIONISTOASSURETHEHYBRIDGENERATIONSYSTEMRUNNINGNORMALLYITSELFTHECONTROLVOLTAGEOFTHEBATTERYISTHECOREOFOPERATIONALCONTR01ALLTHEINVESTMEMCOLLOCATIONSAREBASEDONTHECONTROLVOLTAGEWHICHALSOGUIDESTHEOPTIMALUNITSIZINGSOTHERESEARCHOFCONTROLVOLTAGEHASANIMPORTANTSIGNIFICANCETOTHESEPROBLEMSTHISPAPER,USINGTHEELECTRONICSWORKBENCHSOFTWARE，FOUNDTHESALNEMATHMODELSOFTHEREALEQUIPMENTSANDUSEDIFFERENTINVESTMENTCOLLOCATIONTOGETTHEUSEFULDATAANDCONFIMATHEBESTCONTROLVOLTAGEANDINVESTMENTCOLLOCATION，WECOMPARETHEDATAWHICHISGOTFROMTHESOFTWARETOTHEDATAWHICHISGOT矗OMTHEREALPROJECTANDACHIEVETHEAIMOFTAKINGFULLADVANTAGEOFTHEEQUIPMENT，SAVINGENERGY,SAVINGOPERATINGEXPENSESIFTHEREISASANLEPROJEETUSINGDIFFERENTEQUIPMENTSWECANCHANGETHECORRESPONDINGMATHMODELSANDCONFIRMTHEINVESTMENTCOLLOCATIONANDCONTROLVOLTAGERAPIDLYTHEANALYSISALSOGUIDESTHECHOSENOFEQUIPMENTSKEYWORDSWINDPOWER，SOLARENERGY,WINDSOLARHYBRIDGENERATION，OPERATIONALCONTROL，SIMULATION，BATTERYVOLTAGE独创性声明本人声明所呈交的澎位论文是本人猩导师指导下进行的研究工作和取得的秘究残鬃，除了文中特爨擞竣器注亵致谢之处辩，沧文中不趣含其毽人已经笈凌绒撰写过的研究成果，也不包含为获褥鑫注盘茎或其他教育机构的学位或谖书面使用遥豹稚料。与我一囿工作的圄恚对本研究骈做的任艇贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名瑾技签字只期；觏各年；月J鄹学位论文版权使焉授权书本学篷论文撵者完全了解叁鲞基堂有关绦罄、菠建学位论文酶蕊宠。特授权鑫凌基鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行檎索，并采用影印、缩印或扫接等复制手段傈存、汇编以供查阅和借阅。同意学梭囱酱家有关部门裁规麴送交论文熬复印停秘磁盘。保密的学锼论文在勰密后逑雳本授权说骧学位论文作蠹然名ZL惑炭，签字疆期强彳年J舆3疆黝繇参前生签字嚣期劾年0舅多疆天津大学硕士学位论文第一章绪论11可再生能源综合利用第一章绪论在1992年“世界环境与发展大会”以后，受社会可持续发展要求的推动，可再生能源的利用问题，进一步被提到了人类发展战略的高度，得到了各个国家的高度重视。我国政府就环境与发展问题提出了一系列对策措施，其中明确要求“因地制宜地开发和推广太阳能、风能、地热能、潮汐能、生物质能等新能源”，并在中国21世纪议程中强调了发展可再生能源对我国经济持续发展和环境保护的重要作用。2003年我国GDP约占世界的4，但重要资源消耗占世界的比重却很高，石油为74、原煤31、钢铁27、氧化铝25、水泥40。因此在十一五规划中我国的目标是，必须加快转变经济增长方式，把节约资源作为基本国策。而发展新能源，实现煤洁净技术、大力发展核能、发展太阳能、风能、生物质能，特别是发展天然气包括LNG、风能和太阳能将成为十一五期间的新能源新方向。作为可再生能源发展战略的一部分，可再生能源的综合利用对促进我国可再生能源的开发利用及广大边远地区经济社会的可持续发展有着积极的作用旧。首先，综合利用可再生资源应以本地的各种可再生资源为基础，这样有利于各地可再生能源因地制宜地开发。一般来说，各地都普遍存在各种可利用的可再生资源有些资源风和日照是高度随机的，并与特定地点有关；有些资源生物质和水力虽较为稳定，但有季节变化；有些资源地热和海洋能则有很大的地区局限性等等。综合的利用可再生能源应根据当地情况，特别是广大边远地区，充分利用各种可利用的可再生能源的优势，建立起独立可靠的能源供应系统。其次，综合利用可再生能源可以通过这些资源的时间差，来对其进行调配，实现多能互补，提高可再生能源的利用率。在可利用的可再生资源中，都或多或少地存在一定的时间变化性，有的可能在一天之内不能连续使用，有的则可能在一个季度或一年中不能均衡地提供所需能源。但是，各种可再生资源在时间变化性包括周期变化、能量值幅度变化等上并不一致。例如，在晴天时，风力较小，但有丰富的日照；阴天时，日照较弱，但风力较强；冬季时水力资源可能不足，但有充足的生物质能可供使用等。因此，综合考虑这些资源可开发利用的时间差，能够达到多种能源的互补利用，满足人民生活和生产中连续能源需求。同时，这天津大学硕士学位论文第一章绪论也有利于尽量减少多余能量的蓄能装置配备容量的需求，以避免能源经多次转换而造成的损耗，提高能源利用效率和降低成本。再者，可再生能源的综合利用可根据不同情况，达到资源利用和需求匹配的最佳效益。在可再生能源综合利用系统中，依据现在的技术条件，任何一种资源如太阳能都是通过使用一连串的转换和界面装置如太阳能中的集热器、太阳灶、光伏组件、太阳能蓄电池等来满足用户对各种能源需求。但是，由于每种可再生能源的来源不同，能源转换技术有难易之别，转换装置的成本也就不同。因此，从成本效益的角度考虑，在满足同样能源需要的情况下，通过综合利用可再生能源可以实现资源供应和需求的最佳匹配，从而达到整个系统的最优性价比。总之，通过综合利用可再生能源可以将各种可利用的再生能源有机地联系起来，建立一个多能互补、经济高效的能源供应系统，再加以科学的管理和运行控制方法，能够获得最大的利用效益脚。而我国对新能源的研究及应用对全世界也都有着积极的意义，现在工业化国家的7亿多人口，消耗了世界80的能源，如果中国和印度，还有东南亚这些国家都进入工业化，世界上的传统能源是远远不够的。结论就是要采用新的工业化技术来完成中国的工业化。必须开发新能源，开发新技术，在自然界寻找取之不尽，用之不竭又不是严重破坏环境的能源。中国走新能源路线将是对人类的巨大贡献。12风光互补发电的提出及研究应用现状121风能、太阳能特点在当前可利用的几种可再生能源中，风能和太阳能是目前利用比较广泛的两种。同其它能源相比，风能和太阳能有着其自身的优点一、取之不尽、用之不竭太阳内部由于氢核的聚变热核反应，从而释放出巨大的光和热，这是太阳能的根本来源。在氢核聚变产能区中，氢核稳定燃烧的时间可在60亿年以上。也就是说，太阳至少还可以像现在这样有60亿年可以无限度被利用，从这个意义上来讲，太阳能对我们是“取之不尽、用之不竭”的。在太阳辐射出的能量中，仅有二十万分之一被地球获得，但即使是这些能量也是十分可观的。据有关人员统计估算，地球一年当中从太阳所获得的能量相当于燃烧200万亿吨煤所发出的巨大热量；地球表面每秒钟获得的能量为350WM2，换算成电力相当于1581018天律大学硕士学位论文第一章绪论度。风能是太阳能在地球表面的另外一种表现形式。由于地球表面的不同形态如沙土地面、植被地面和水面对太阳光照的吸热系数不同，在地球表面形成温差，地表空气的温度不同形成空气对流而产生风能。根据相关估计，在全球边界层风的总能量为1310”W，一年中相当于L141016度电力。这相当于目前全世界每年所燃烧的能量的3000倍。二、就地可取、无需运输煤炭和石油这类矿物能源地理分布不均，加之工业布局的不平衡，从而造成了煤炭和石油运输的不均衡。这些都给交通运输带来了压力。即使通过电力调度，对高山、古道、草原和高原这类电网不易到达的地区也有很大的局限性。风能和太阳能的分布虽然也有一定的局限性，但相对于矿物能、水能和地热能等能源而言可视为分布较广的一种能源。各个地区都可根据当地的风力、日照状况采取合理的利用方式。三、无环境污染人们在利用矿物能源过程中，释放出大量的有害物质，这是造成大气污染的主要原因。此外，其它新能源中，水电、核能、地热能等在开发利用过程中也都存在着一些不容忽视的环境问题。而风能和太阳能在利用中不会给环境带来污染，也不会破坏生态。风能、太阳能虽然存在上述优点，但也存在着一些弊端一、能量密度低空气在标准状况下的密度为水密度的L773，所以在3MS的风速时，其能量密度为O02K、VLN2，水流速度为3MS时，能量密度为20KWM2。在相同的流速下，要获得与水能同样大的功率，风轮直径为水轮的278倍。太阳能在晴天平均密度为1KWM2，昼夜平均为O16KWM2。其能量密度也很低，故必须配备足够大的受光面积，才能得到足够的功率。由此可见，不论是风能还是太阳能都是一种能量密度很低的能源，给推广利用带来了困难。二、能量稳定性差不论风能还是太阳能，都随天气和气候的变化而变化。虽然各地区的太阳辐射和风力特性在一较长的时间内有一定的统计规律可循，但是风力和日照强度无时无刻都在不断地变化。不但各年间有变化，甚至在很短的时间内还有无规律的脉动变化。这种能量的不稳定性也给这两中能源的使用带来了困难。由于这些不利因素的存在，在单独利用其中一种能源转变成为经济可靠的电能过程中存在着很多技术问题。这也是几个世纪以来，两种能源利用发展缓慢的原因。但是，随着现代科学技术的发展，风能和太阳能的利用在技术上都有突破天津大学硕士学位论文第一章绪论和进展，特别是将风能、太阳能综合利用，充分利用它们在多方面的互补性，可以建立起更加稳定可靠、经济合理的能源系统。122风光互补发电的提出上述分析了风能、太阳能的特点，作为可利用的自然可再生能源，二者在转换过程中都是受季节、地理和天气气候等多种因素制约。但是，两者的变化趋势基本相反，扬其两能各自之长，补其两能各自之短，相互配合利用，因地制宜，能发挥出最大的作用。有鉴于此，很多人都着手风能、太阳能的综合利用研究。丹麦的NEBUSCH和K由LLENBACH1981提出太阳能和风能混合利用技术问题；美国的CIASPLIDEN1981研究太阳能一风能混合转换系统的气象问题；前苏联的NAKSADN等根据概率原理，统计出近似的太阳能一风能潜力的估计值；余华扬等1982也提出了太阳能一风能发电机的能量转换装置脚。在以电能为主要的能源消耗方式的当今社会，人们对电的依赖越来越强。特别是在远离电网的地区，独立供电系统成为人们最需要的动力源。结合风能、太阳能的特点，综合利用风力发电和太阳能光伏发电技术而建立的风光互补发电系统无疑是解决这一重要问题的最佳方案。对偏远地区生活和工作的人们而言，一般情况下用电负荷都不大，所以采用电网输送电力就不合理，应当选择在当地直接发电，现在常用的供电方案就是采用柴油发电机。但是柴油的储运相对于偏远地区来讲成本太高，而且难以保障持续地供电。所以柴油发电机只能作为一种短时的应急电源。要解决长期稳定可靠的供电问题，只能依赖当地的自然能源。太阳能和风能是最普遍的自然资源，也是取之不尽的可再生能源，而且两者在时间变化分布上有很强的互补性。白天太阳光最强时，风很小，到了晚上，光照很弱，但由于地表温差变化大而风能有所加强；在夏季，太阳光强度大而风小，冬季，太阳光强度弱而风大。太阳能和风能在时间上的互补性使得风光互补发电系统在资源分布上具有很好的匹配性，因此而建立起来的风光互补发电系统就资源条件而言是很好的独立供电系统。在风能、太阳能单独用于发电的系统中，由于风能、太阳能的稳定性较差，为了能够提供连续稳定的能量转换输出，无论是光伏供电系统还是风力发电系统，都要引入能量存储环节用以调节系统运行过程中的能量供需平衡。能量存储方式有很多种，如机械储能、化学储能、热储能等，其中最适合的，也是应用最为广泛的则是利用蓄电池的化学储能方式。光电系统是利用光伏组件将太阳能转换成电能，然后通过控制器对蓄电池充电，最后通过逆变器对用电负荷交流负载供电的一套系统。该系统的优点是系统供电可靠性高，运行维护成本低，缺点是系统造价高。风电系统则是利用小型风力发电机，将风能转换成电能，然后天津大学硕士学位论文第一章绪论通过控制器对蓄电池充电，最后通过逆变器对用电负荷供电的一套系统。该系统的优点是系统发电量较高，系统造价较低，运行维护成本低，缺点就是小型风力发电机可靠性低。虽然风电和光电系统通过引入蓄电池储能设备后能够稳定供电，但系统每天的发电量受天气的影响很大，会引起系统的供电与用电负荷的不平衡，从而导致蓄电池组处于亏电状态或过充电状态，长期运行会降低蓄电池组的使用寿命，增加系统的维护投资。考虑到风电和光电系统在蓄电池组和逆变环节可以通用，所以建立风光互补发电系统在技术应用上成为可能，同时可以减少储能设备一蓄电池的设计容量，一定程度上消除了系统电量的供需不平衡，从而即降低了系统初投资也减轻了系统维护工作量。因此从技术评价来看，风光互补发电系统是一种合理的独立供电系统。综上所述，风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的各自缺陷，在技术应用中可以通过储能环节使独立的风电、光电系统得到合理化整合。风光互补发电系统可以根据用户的用电负荷情况和资源条件进行系统容量的合理配置，既可保证发电系统的供电可靠性，又可降低发电系统的造价【51。无论是怎样的环境和怎样的用电要求，风光互补发电系统都可作出最优化的系统设计方案来满足用户的要求。123研究应用现状风光互补发电系统的应用，就目前来看，如前所述，多作为独立的供电系统，用于远离电网的地区。如部队的边防哨所、邮电通讯的中继站、公路和铁路的信号站、地质勘探和野外考察的工作站、偏远山区及海岛。风光互补并网发电还不多见，但目前我国在广东省南澳县投资兴建大型的风光互补并网发电项目，同时承担一定的技术课题研发工作。风光互补发电系统的研究一方面主要是利用飞速发展的电力电子技术和微计算机控制技术提高系统的供电高效性和运行稳定性。通过电力电子技术来实现风力发电和光伏发电的最大输出功率追踪捕捉以及负载端的交流直流逆变输出。在这方面的技术创新层出不穷。华南理工大学研究设计了新型无JI4双馈发电机，并通过权值调节方式实现太阳能逆变器最优功率传输61；通过微计算机控制技术来实现对系统的控制与保护，保证系统在无人职守的情况下能稳定可靠地运行。这方面的研究多见于西北部偏远山区农牧民供电系统以及海岛居民生活用电系统【“SL。西藏4KW风光互补电站示范工程的完成、内蒙古户用风光互补系统的推广以及山东省某海岛30KW风光互补发电系统的成功运行都能体现出微计算机控制技术对风光互补发电系统控制带来的优越性。风光互补发电系统另一方面的研究集中在系统的计算机仿真和优化设计，目天津大学硕士学位论文第一章绪论前，国外进行这方面研究的大学有COLORADOSTATEUNIVERSITY，UNIVERSITYOFMASSAEHUSETTS等|91。其中COLORADOSTATEUNIVERSITY和NATIONALRENEWABLEENERGYLABORATORY美国可再生能源研究室合作开发了HYBRID2应用软件。该软件功能强大，能对一个风光互补发电系统进行精确的模拟运行，根据输入的发电系统的结构、负载特性以及安装地点风力、日照强度数据获得8760小时的运行结果。但它只是一个功能强大的仿真程序，并不具备优化设计功能。而在国内，香港理工大学同中科院广州能源所及中科院半导体研究所合作提出了了一整套利用CAD进行风光互补发电系统优化设计的方法【LO，LL】。该方法采用了更精确地表征组件特性及评估实际获得的风光资源的数学模型，精确确定系统每小时的运行状态。采用比较寻优的方法找出以最小设备投资成本满足用户用电要求的系统配置。中科院电工所、西安交通大学在风光互补发电系统的设计上也有各自的优化方法【吼12】。其目的都是寻求满足用户要求的最小投资配置。另外，合肥工业大学能源研究所提出了风光发电系统的变结构仿真模型，用户可以重构多种结构的风光复合发电系统并进行计算机仿真计算，从而能够预测系统的性能、控制策略的合理性以及系统运行的效率等等LL”。以上的各种系统模拟多是对系统初投资及控制策略的模拟，而很少有对一个以确定的控制策略下不同的蓄电池控制电压的研究，实际上即使在同一个控制策略下，蓄电池控制电压的不同对系统的运行效率的影响非常大，甚至会影响到系统的稳定性，而国内外的对其研究还多停留在定性分析上，很少有通过模拟得到定量的结果。13本论文选题的意义和研究方法131本论文选题及研究意义论文是结合天津市，广东省已建成和在建的多个风光互补发电项目进行选题的，同时，课题进行的研究将为今后的相关项目提供技术依据。课题的研究无论是取得阶段性的成果还是最终成果都具有很好的社会经济效益。目前国内电力紧张和石油消耗量的持续增长，国际市场上原油价格据高不下，火力发电污染严重。各种情况综合起来使得可再生能源的利用大有可为，风能和太阳能利用则最有前途，课题的研究从实际工程出发，利用模拟软件一方面确定蓄电池的控制电压，以得到控制策略的最优解，可以通过更改软件来提高已有工程的利用效率，另一方面，在新工程的建设上，不仅可以实现设定优化的控制策略，而且对于项目的选型有着指导意义，可以最大效率的利用资源，节省花天津大学硕士学位论文第一章绪论费。132本论文的研究思路和技术方法论文本着风能、太阳能综合利用的思想，从风光互补发电的目标入手，以典型的风光互补发电系统的结构为对象认真分析系统在整个运行过程中的能量生产、转换、储备和消费环节的工作状态，对系统的运行控制方式及方法进行剖析，利用模拟软件及已有的运行数据，建立各个部分的数学模型，再根据气象资料等数据，模拟实际的运行情况，来得到各项反馈数据，对不同控制电压下的数据进行对比分析，以期得到最适合此系统的控制电压，并总结出优化的控制策略。并为今后项FI的实施及选型提供一定的指导。天津大学硕士学位论文第二章风光互补发电系统介绍第二章风光互补发电系统介绍21风光互补发电系统的结构风光互补发电系统的典型结构如图21所示。整个系统由能量产生环节、能量存储环节、能量消耗环节三部分组成。能量的产生环节又分为风力发电和光伏发电部分，分别将风力、日照资源转化为高品位的电力能源；能量的存储环节由蓄电池来承担，如前文所述，引入蓄电池的主要作用就是为了尽量消除由于天气等原因引起能量供应和需求的不平衡，在整个系统中起到能量调节和平衡负载的作用；能量消耗环节就是各种用电负载，可分为直流负载和交流负载两类，交流负载连入电路时需要逆变器。另外，为了增强系统供电的不间断性，可以考虑引入后备柴油机，后备柴油机的选配很大程度上还是根据当地的风力、日照资源条件确定的。一般情况下，适当地增大风力机、光伏阵列或蓄电池的容量完全可以免去柴油机，这些都是系统优化设计时考虑的问题，在此不作过多的讨论。本文论述的风光互补发电系统不包含柴油机。22风力发电机组图21风光互补发电系统结构风力发电机组是风光互补发电系统中风能的吸收和转化设备。从能量转换角天津大学硕士学位论文第章风光互补发电系统介缁发来看，风力发电机组由两火部分组成。其一是风力机，它的功能是将风能转换梵凝攘能；其二楚发电规，窀豹功毙是将瓿城毙转换戒为电戆。221风力机工作特性风力规起动孵，需要一定豹力矩来克缀其内部的摩擦黻力，这一力矩称作风力橇的起动力慧。起动力矩与鼹|力视本身传动税构静摩擦隧力有关，鞭茈风力橇有一个最低的工作风速V加蛔，只有风速太于V向妯时风力机才能工作。而当风速超过某一值的时候，基于安众上的考虑象要是塔架和桨叶强度，风力机应当终止运转，象爨每台风力瓿鄂麓定骞最态麓露箴速。，该燕速魏毒藏力謇毛静设计强度有关，怒设计时给宠的参数。介予最低风速和鬣高风速之间的风速叫做风力机的工作风速，相应于Z作风速风力机有功率输出，风力机的输出功率达到撂称功率时的工搀风速称为该风力规粒额定风速。为充分裂用风力瓷源进彳亍发魄，应按当遣麴淑力资源来确定风力视的怒动风速帮额定风速，避雨选择合适静机楚。相关文献“”中有详细论述，本文不再赘述。各种类型的风力机都只熊从风能中获取一部分能爨。风力机从自然风能中吸狡豹笺量大夸纛发透避风麓铡羯系数C。避行鸳量。通过横截丽积为SM2的气流动能为E05PSQ21式孛P空气密度，KGM3；V厂一风速，RRGS。如果风力枫实际获得的轴功率为P，则芦L陀锦PS汐22筑力辊的工俸风速、辘滋凌率与菇戆静关系哥餮确戆表示在嚣22中“4。天津大学硕士学位论文第二章风光互补发电系统介绍1200W脚800输出功皇4000A，疡锄么、U胜哇812。1620M，图22风速与功率的关系图中A一一风能理论曲线；B一一扣除空气动力损失后风机吸收的功率；C一一机械传动后的功率曲线；D一一风力机的实际输出功率。图24中D曲线可用一分段函数的形式来表达，在起动风速和额定风速之间的功率输出往往可以用一高次多项式来近似表述，实际应用中一般取四次式就足够了。多项式的系数可以从风力机生产厂家的产品检测报告中直接或间接得到。风力机的输出功率PW为易O，血口形6哆C哆AV,岛_M采潮瑟蓠电状态。霾蘸大多数竞茯系统和风力发电系统均采用这种方法。实际的运行电路如圈29所示。R弱2岣使用时瓣嚣电池筠化甑路裰据欧姆定律，蓄电池静电动势开路电压可表示为EUIR028式中E为蘩电池电动势，U为蓄电池的端电压，I电流，琢为蓄电池内阻。获式28审霹戮看窭，薰邀洼牙路迄糕莠不绝对等于豢毫港静臻泡篷，毽实天津大学硕士学位论文第二章风光互补发电系统介绍际上，铅蓄电池的内阻很小，特别在较小的充放电率下，蓄电池的端电压和开路电压值相近。这时可以利用检测到的蓄电池端电压，和蓄电池的内阻R。推算出蓄电池的电动势，再通过厂商所给的蓄电池电动势与蓄电池荷电状态的对应表来得到此时的蓄电池内的电量的多少。在风光互补发电系统中，蓄电池的容量选配时考虑到最不利的状况，所以运行时蓄电池的充放电率相对很小，故此选用蓄电池的端电压来作为系统的运行控制参数。262系统运行控制调节方法为使系统稳定可靠地运行，必须依据控制参数进行相应的控制。具体来讲，就是要通过对控制参数进行监测来判断系统所处的工作状态，而后确定对系统的哪些环节进行控制调节来保证系统稳定、可靠地运行。整个系统由能量产生环节包括风电机组、光伏阵列、能量存储转换环节蓄电池和能量消耗环节负载组成。其中蓄电池是系统能量转换的枢纽，也是系统正常运行的保障。因此控制调节的对象就转移到能量产生环节和能量消耗环节上。即在系统运行中，需要根据蓄电池状态判断来决定对风电机组光伏阵列或是负载进行有效的控制调节来确保系统长期稳定工作。对能量产生环节的控制，也就是调节系统的输入功率。使蓄电池保持在浮充状态。主要有两个基本的电气控制方法，即串联或并联控制，见图210。串联的电气控制方法是将一个控制单元继电器、电子开关或是线性控制设备，串联引入到电路中。为了延长使用寿命，最好选用固化设备集成电路。当蓄电池电压上升到浮充电压时，控制部件断开蓄电池与充电设备的连接，若是使用线性控制部件，则控制充电电流按照一定规律减少，直到输入电流满足蓄电池保持在浮充状态的要求为止，从而达到稳定状态。天津大学硕士学位论文第二章风光互补发电系统介绍串联控制负载负载并联控制图210串联和并联电气控制方法为满足蓄电池浮充电要求，还可通过快速接通和断开一个串联开关来实现。通过调节串联开关的接通及断开时间可以保证蓄电池在浮充期间的平均输入电流满足浮充电的需要。很显然，这种情况下要求采用的串联开关有足够快的切换速度，这对机械开关而言是难以实现的。但下列二种方案则是可取的1当蓄电池端电压达到或略微超过浮充电压时，断开串联开关；在蓄电池电压显著下降以前不接通开关。这样就避免了开关的频繁切换，但会导致大功率输入时充电不足。因为这种充电方式会形成大的脉动电流，在蓄电池已部分充电的情况下会产生剧烈电池反应析出气体正极为氧气，负极为氢气并使蓄电池端电压迅速上升；2将电源分成若干部分仅仅对带有太阳能电池的系统才是切实可行的如图34B所示，每一部分都有自己的控制继电器。当蓄电池端电压因浮充不断上升时，使充电设备各部分逐渐断开，系统在理想均衡电流的上下两个电平之间循环。典型的串联控制电路如图211所示。串联型电气控制在使用过程中存在几个问题当串联控制器件“断路”时，充电设备输入电压将上升到开路电压值。对于太阳能电池组成的光伏系统，这个电压值只是系统标称电压的152倍，还不会出现危险。但是对于风力机发电系统，供电设备的开路电压是比较高的。例如，某种12V风力发电机，在大风时电压可以上升到200V，应予以重视。此外，必须考虑在风力发电机中贮藏的感应能量，因为此能量会释放出来，特别是在串联的控制部件突然断路时，有可能会引起较高的峰值电压。还有，串联控制器件断开后，风力发电机就没有了负载，在遇到大风的情况下，会导致叶轮高速旋转飞车，这对风力机来说，是绝对不能允许的。因此，串联型的电气控制方法常用于用于光伏发电设备，根据蓄电天渗大学硬学键论文第二章风光互脊发电系统介缓池的充电要求作出相应的调节；对于风力发电支路的充电控制，则常采取下文所述熬劳联电气按铡方法。A控制器件为线性控撇晓FF关控制的场效应管或风有开关控制的可控硅图211典型的串联控制电路并联电气控制见图2LZ也有一个控制单元由电予歼关或继电器来担任，透露是将被控辩象霰受载鼯缝耗受载势联在毫源嚣壤。当蓄电浚耄压枣子浮充电压上升时，控制开关接邋逐级接通或转换假负载，使原来流入蓄电池的电流转向流入假负载。与串联嗽气控制相比，采用并联的电气控制方法同样可以满足豢电邀浮充状态下豹均黉究逛要求。势联控剩中，选矮豹缓受载必须戆承受较大的输入功率，并且能够可靠、方便、经济地解决供电设备产生的多余电能，通常采用加热器作为假负载。游假负载并入系统后还有大艇多余电能产生，就需要切灏供电电源。在某些情况下，切断电源W以通过控制部件将电源巍接短路来实瑗。瓣予小鏊豹羝力发毫系统允诲采震逡秘方法，筵法纛霹使矮予繁蠢太粥藐毫池的光伏发电系统。如果控制部件或其电路谯接通状态下发生故障时，火多数并联控制系统用二投管来茨盘蓄露涟鼹供电设磊进行藏电，遮一方嚣避免了藿电浊嚣深发羧电瑟造成永久性破坏，另一方面也会避免对供电设备造成损害。在光伏及风力发电系统中，无论如何需贾用二极管来防止反向输入流。并联型电气控制酶主要优点是1采焉隈纛二较管，镶泡输入端飘鬻窀涟端静邀聪降秀0或0。震L，事联型电气控制相比大大减少了系统在正常的能量供需条件下因引入控制单元后造成的能量损失。2只有鹭豢缓产生戆惫缝供太于求，磐篮蓄龟涎惑经充满薅控裁单元才接通被控对象假负载，因此，撩制单元的驱动功率也是融多余的电蠢掇供的。天津大学硕士学霞谂文第二章风光互发电系统奔绍由于串联、并联电气控制备有优劣，程实际的工程威用中可根据凝体情况进行选择。茏其是魄力电子技零豹衰速发震，滋瑗出更多鬟好豹控制嚣传，绘使用者掇供了更宽的选择尺度，使串联、并联暇气控制在不阐程度上得到了完善。例如，可以选择高效的开关型串联控制器件，省去假负载，既可用于风力机向蓄电池充电的输入端，也可用于太阳能电池光伏阵列向蓄电池充电的输入端。在能量产擞嚣节有大爨多余毫戆产黧豹情嚣，霹采敬并联控醚来短接输入漩靛方法来防庶高压损坏。当然，在选用器件时要予以经济上的考虑。A晶体瓣或可控硅接剿缓负载的遐骣B继电器以二进制形式分级控制假负载图212典型的并联控制电路能量溃耗环繁戆控裁圭鼗是考虑虱发邀系统在憝蘩产生繇节窭力芩佳豹壤况下对蓄电池储能的合理分配以及过放电保护。使用过程巾，需要根据负载的功能作用划分其优先级别，这里将负载划分为三今等级重要受蓑、次重袋受鼗、一般受载。弱确了这一点，裁盛巍善先傈证系统在由蓄电溅负责向负载供电的时候，优先级剐高的负载能够可纛运行。具体的实施方法是，根据蓄电池的端电压判断电池的荷电状态，当蓄电池的端电压下降铡一定值，先切断一般负载，使优先级别商的负载在发电不足的情况下有更长豹运行对闻；翔莱蓄电港宅舔继续降低，帮发电装置仍然工作在不稠豹获嚣，在蓄电池电压降副定程度后，切断次重要负载，保证重鞭负载更长时问的正常运行；如若发电情况仍然不利，系统仍由蓄电池提供电能，就要考虑对鬻电池的过蔽壤绦护，帮纛蘩毫澹毫嚣辫戮终止毫垂爨，将重要受羧也甥錾。当系统发电条件好转，负载接通。发嘏设备风电机组或光伏阵列向负载供电，同时将多余的电量给鬻电池进行充电，蓄电池电压回升。整个能量消耗环节躬控制调节采瘸串联的通羧控制方法。天津天学硬士学位论文第二荤风萋互麓毫系统套绥263系统运行控制策略壤摆上述逡符控裁调节方法，结舍蘩义键论嚣蓄毫涎在菇竞互辜发邀系统孛的置作方式，W以归纳总结出切实可行的运行控制策略。在蓄电池充电过程中，随着蓄电池所吸收的直流电能的增多，鬻电池的端电瑶上秀，将蓄鼹滤鳎电基与竣嚣约电压值遂行毙鞍，按照上述提及豹控制调节方式送行运行控制。对于光茯发电支路，可班逐一切断充电方阵，例如毙伏支路分为四个方阵对鬻电池进行充电，当电压高于设定值，就每隔一定时间切断一路方阵，最后只剩一路方阵给蓄敷池进行充电，此时若电压仍然高于设怒馑，刚以涓瀛形式对蓄毫涎避行充毫，鲡栗毫压仍藩麓不下，掰蘩嚣所有方阵。惫筮下降弱一定程度后，会打开全部的方阵对蓄电池充电，之后根据蓄电池电厩按照前述的方法对充电光伏方阵进行控制；对于风力发电支路，控制方式相同，不同点在于逶避足爨霞负载豹接逶窝錾嚣张送行控毒L镤苓充电电滚。系统在该羧铡蓑珞下运行的情况与242分析的情况对比如图2一13所示。胬213蓄电泡在控制策略下与理论分析的运行对眈蓄电池处予放电状态时，随着对外放电的增多，嚣电池端电压会逐渐降低，在此过程中，辫样将蓄电池端电压与设定德避行比较，设定值根据负载的优先级麓魏蘩文赝运转为重要受羧、次重要受载耱一般毪受载分兔三令零鞫赘僮，蘩VL，V2，V3，熊中VIV2V3。当蓄电池端融压低于VL时先断开一般性负载，低予V2时再断开次重要负载，低于V3时断开所有负载。鬻电池转入充电状态时再羧邋受载。天津大学硕士学霞论文第二章最先互发电系统奔绍264系统控制程序结构程彦控鹬怒被控量按照定戆、预宠瓣定豹对羯聪数交纯，鞠拔控量是懿问的函数。顺序控制可以看作是程序的扩膨，在各个时期所给出的设定值可以是不间的物理量，每次设定值的给出，不仅取决于时问，述取决于前段控制的逻辑裁凝。臻会聚必麓发毫系统熬运行控制分辑，控铡予援序算法为激誊电逮电聪为控制参数，设定凡个特定的状态值如表21所承，根据被控参数在被控系统运行期间的变化划分为几个典型的状况如表22所示，分别作出相应酌动作进行控制调节。袋21蓄魄缝电篷设定蘧名称备注说明VMAX蓄电池电臌上限报警值VUPMAX蓄毫港充奄滚莲上疆VDEC提升充电开始减小充电电流时的电压傻VUP由浮充转为提升充电的鬻电池电压值V30N一般负载窆调的接邋电莲蓬V30FF一般负载窆调的断开电压僮V20FF次重要负载的断开电压假VLOFF重要负载的断开电压值表22系统豹各令状态及控涮输出系统状态控制输出VBATVMAX断汗充电各支路，置上限报警VBATVDEC依次延时断开充电支路VBATV30N按邋掰有受载VBATA臻弧H0AII000024674183311892782195450100217442882422723155538020023502924。52722954了503002116L。92862482712755118天津大学硕士学霰论文第四章援羧运行与分析0410021161928，7246271255516405002L6228。725127245521206002116182924926914125026L07002116192992452691286L34608002016L。929。924，5271312055346090021532LO530723，5272322355350100032810311831921，5271401555350NOO404424631622527438175735012004372931663419927144755352130047116193122212729455356140030616193042362692165637815OO140LF6L。929625926。S16456静16001851619302244271395544318008322119231921826942856_47619002211，2853巍L241267240575002000231653022552672215551521002216262992622733425654722002。L241273219。6272555655823002112712430424126923855557图45即描述了风力及阳光都不是很强时，负载所用电流主鼹由蓄电池提供时导情况。图45风力与阳光都弱时的实际数据匿天津大学硕士学位论文第四章模拟运行与分析将各发电机发出电流输入模拟系统后得到各项数值见表46。表46风力与阳光都弱时的模拟结果风机1风机2负载I负载2蓄电池光伏发风机发负载耗蓄电池光伏电电流电流电流电流电压电量电量电量得电量时间流AAAAAVFAIDAHAIDAID000021467418331189272218855343720L0021174428824227202161543890200213532924527192183548533030021161928624827182135547102404002116192872462717213554615140500211622872512715213655120080600211618292492712213455225050700211619299245270921355573006080020116192992452706201355573327090021532105307235270221513755535310003281031】S3】92152699328221547352811004044246316225269540488554359120043729316634199269243745955232461300471I619312221268947135546328614003061619304236268530635553349815001421619296259268L142355683889160018516193022442677185355594228180083221192319218267383413554282190022112853012412668221975554618200023165302255266323665750992L00221626299262265822425745609220021241273241962652215115335612300211271243042412646212515585896绘制成柱型图后可得图46。天津大学硕士学位论文第四章模拟运行与分析图46风力与阳光都弱时的模拟结果图由上图与实际数据所绘图形对比可以看出在风力及太阳能发电量都比较小时，模拟的结果更加符合实际，因为系统的负载耗电量是比较稳定的，所以每小时抽样取出的数值和平均值相差不大当风机和光伏板所发电量在整个系统的比重中较小时，它们所带来的不稳定度也就较小，模拟结果也就更接近实际情况，最终蓄电池得电量与实际得电量偏差约为5。由以上三次模拟可以看出，如果随机性比较大数据如风力发电量，太阳能发电量在系统中所占比例越大，模拟结果与实际结果相差越大，而当比较稳定的数据如蓄电池得电量，负载耗电领所占的比例较大时，模拟结果与实际数据就比较接近。究其原因，我们进行模拟时所用的电流数据，只是采集数据时的瞬时值，这是由实际工程时的硬件和软件结构所决定的。而数据的采集间隔为1小时，我们只能用这一小时中采集时刻的瞬时值来代替这一小时内该参数的平均值进行模拟。因此在以小时为单位的时间度量中，波动性越大的参数带来的偏差就越大，相对稳定的参数则会更接近实际。对于蓄电池电压来说，由于测量系统本身的误差，以及蓄电池本身物理特性并非理想元件，因此实际中的蓄电池电压和蓄电池得失电量之间的对应关系在以天为单位的时间度量上是基本上线性的，而在以小时为单位的时间度量上有着一定的不稳定性。而对于模拟过程中，由于所使用的均为理想元件，并忽略了一些影响很小的，无法用数学语言表达的变量，所以得到的蓄电池得失电量与蓄电池电压的关系是严格线性的。因此与实际的测量值有着一定的偏差，但总体来说偏差并不大。而且，由于实际情况下的测量值基本上是围绕理想值所作的上下波动，因此时间越长，这种波动所带来的不稳定性也就越小，模拟的结果也就越接近实际值。天津丈学蘸圭学靛谗文第霹章楱缀遥褥与分辑42控制电压的确定如前所述，在实际工程中誊电洼的控制电压的最大傻和最小傻怒确定的，其体的各个电压如表47所泳名称设定值V备注说明VMAX30蓄电洼毫聪上限报警藏VUPMAX蓄电池充电电压上限295VDEC28提升充电开始减小充电电流时的电压傻VUP26由浮充转凳提秀充电豹器毫渣电歪毽V30N245一般负载空调的接通电压值V30FF24一般负载空调的断歼电压值20FF23次重要受鼗静瑟舞电蓬壤VLOFF22重要负载的断开电压值表47实际工程中的蓄电池控制电压其中，蓄电浊电压上限缀警和蓄电池充电电匿上限是由蓄电池本身所决定瓣，出生产蓄电漶耱厂家舔掇供。浮充奄聪龟是由蓄毫泡物理往质决定，鲡采超出此电压继续升雁充电，不仅会浪费大量电能，而且会损害电池，影响电池寿命。谢最终的切断电压则是电池衡效能量释放的终结点，如果低于此电愿继续放电，苓仪奄嚣会急溺下降，藏爨瓣能量援乡，聪显氇援痿奄涎，缀霉栽罨数蓄宅漶失效。因此，一般将最重要负载的切断电压设定为最终的切断电压。我们接下来讨论的是次要负债和一般负载的切断电压的设景4。2。1次要受载翔一般负载相对较枣时的电压设置在一般情况下，由于我们选用的设备发电量都很大，所以通常情况下蓄电池彀压都会很高，也就是三级负载都开启也W以正常使用，为了讨论切断电压的对系绫的影响，我髓模菝辩筏溺翁数据失较憨劣静天气条佟，帮风力及太阳缒帮较小。而在短时间内，负载切断电压的变化对系统的影响并不容易看出，而且模拟的数据与实际情况偏差也较大，因此我们对一个较长时间内系统的逡行情况作了攒羧。当一般负载次要负载重要负载一1；L；4时，箐先设定系统一般负载切断电压为25V，次要负载切断电压为235V，初始电膳设置为28V，模拟数据见袭48。天津大学硕士学像论文第四章模缀运行与分析表48一般负载次要负载重要负载一LL4，切断电压分别为25V、235V、22V豹模拟结豢时阕系统发受载耗蓄电漶蓍电洼天电量电擞得电量电压L432