风光互补发电系统的研究.doc

风光互补发电系统的研究 网络高等教育本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：风光互补发电系统的研究学习中心： 层 次： 专科起点本科 专 业： 年 级： 年 春/秋 季 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 年 月 日12页眉为论文题目（小五，黑体，居中）阅后删除此文本框并更改页眉。内容摘要字体要求：宋体，小四号，行距为固定值22磅。阅后删除此文本框及内容，按原格式加入你自己的内容。内容摘要是毕业论文（设计）的内容不加注释和评论的简短陈述，具有独立性和自含性。包括课题来源，主要设计，实验方法，本人的主要成果，约含200个字符的中文摘要。关键词：写作规范；排版格式；毕业论文字体要求：宋体，小四号。关键字之间用分号隔开。阅后删除此文本框及内容，按原格式加入你自己的内容。目 录内容摘要I1 绪论11.1 课题的背景及意义11.2 风光互补发电的提出及发展现状11.2.1 风能、太阳能的特点11.2.2 风光互补发电的应用现状21.3 本文的主要内容22 风光互补发电系统的运行结构42.1 风光互补发电系统42.2 风力发电机组42.3 光伏阵列52.4 蓄电池63 风光互补发电控制系统的研发73.1 风光互补发电系统运行控制分析73.2 控制系统的总体方案73.3 控制系统的开发84 结论与建议9参考文献10附 录111 绪论1.1 课题的背景及意义 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，在电能作为能量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，减少系统的运行维护，也是体现系统设计初衷的有力保障。*本部分同学可以结合风光互补发电系统的应用（最好能联系能源问题、环保问题等），简要介绍论文选题的内容及研究意义，说明该研究论题具有良好的应用价值和现实意义。1.2 风光互补发电的提出及发展现状1.2.1 风能、太阳能的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、用之不竭二、就地可取无需运输三、无环境污染风能、太阳能虽然存在上述优点，但也存在着一些弊端:一、能量密度低二、能量稳定性差*简要介绍风能和太阳能的特点，适当扩充内容。1.2.2 风光互补发电的应用现状风光互补发电系统的研究一方面集中在系统的计算机仿真和优化设计目前，国外进行这方面研究的大学有Colorado State University，University of Massachusetts等。其中Colorado State University和National Renewable Energy Laboratory(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以CAD进行风光互补发电系统优化设计的方法。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。风光互补发电系统另一方面的研究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刷双馈发电机，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。西藏K4w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30WK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。这方面的研究也是本文的重点。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。1.3 本文的主要内容论文本着风能、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，归纳总结出切实可行的控制策略。最后，通过系统地分析和比较研究，结合微计算机控制技术开发研制了为风光互补发电提供可靠运行保障的控制系统，最后对未来风光互补发电系统的发展作了展望。本文研究的是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，是一种经济合理的供电方式。全文共分为_章，各章内容简介如下：第一章绪论，简述课题的背景和意义、论题的国内外发展现状，介绍论文的主要内容；第二章_；第三章_；本文最后对全文进行总结，并指出了研究课题的未来发展方向。2 风光互补发电系统的运行结构2.1 风光互补发电系统风光互补发电系统的典型结构如下图所示。整个系统由能量产生环节、能量 存储环节、能量消费三个环节三部分组成。能量的产生环节又分为风力发电和光伏发电部分了，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。图1 风光互补发电系统结构2.2 风力发电机组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。从能量转换角度来看，风力发电机组由两大部分组成，其一是风力机，它的功能是将风能转换为机械能；其二是发电机，它的功能是将机械能转换成电能。2.2.1 风力机类型作为风能接收装置的风力机，自古以来就有多种形式，特别是在近代得到了很大的发展。其分类方法有两种：（1）以接受风能的形式可以分为升为式和阻力式；（2）以风轮回转轴的方向，可以分为竖直轴式和水平轴式。*简述风力机的类型。2.2.2 风力机工作特性风力机起动时，需要一定的力距来克服其内部的摩擦力，这一力距称作风力机的起动力矩。起动力距与风力机本身传动机构的摩擦阻力有关，因此风力机有一个最低的工作风速，只有风速大于最低的工作风速时风力机才能工作。而当风速超过某一值的时候，基于安全上考虑，风力机应当停止运转，所以每台风力机都规定有最高工作风速，该风速值与风力机的设计强度有关，是设计时给定的参数。介于最低风速和最高风速之间的风速叫做风力机的工作风速，相应于工作风速风力机有功率输出，风力机的输出功率达到标称功率时的工作风速称为该风力机的额定风速。为充分利用风力资源进行发电，应按当地的风力资源来确定风力机的起动风速和额定风速，进而选择合适的机型。*简述风力机工作特性。2.2.3 风电机组的工作方式可用于风力发电的变速恒频发电方式有多种。如交流/直流/交流系统、磁场调制发电机系统、交流励磁双馈发电机系统、无刷双馈发电机系统、爪极式发电机系统、开关磁阶发电机系统等，这些变速恒频发电系统有的是发电机与电力电子装置相结合实现变速恒频的，有的是通过改造发电机本身结构而实现变速恒频的。这些方式的实现都有自己的特点，可以适用于各种不同场合。在风光互补发电系统中，风电机组采用交流/直流/交流的运行方式同光伏方阵联合运行。风电机组发出的电能经整流器将交流变换为直流，而后再通过逆变器变换为频率恒定的交流电供负载使用。在直流环节，风电机组发出的电可直接供给直流负载，而且多余的电能可以对蓄电池进行充电。*简述风电机组的工作方式。2.3 光伏阵列2.3.1 光伏阵列结构 *简述光伏阵列的结构。2.3.2 光伏阵列工作特性*简述光伏阵列的工作特性2.4 蓄电池在风光互补发电系统中，蓄电池作为储能环节，在风力、日照充足的条件下，可以存储供给负载后多余的电能；在风力、日照不佳的情况下输出电能给负载。2.4.1 铅蓄电池充放电原理*简述铅蓄电池充放电原理2.4.2 铅蓄电池工作状态*简述铅蓄电池工作状态2.4.3 铅蓄电池的运行方式*简述铅蓄电池的运行方式注：论文中的公式要居中，公式的编号加圆括号，居行尾。例： (1.1)其中，R，S分别为抗力和载荷效应的均值，。其中公式的编号规则：第1章的公式依次为(1.1)、(1.2)、(1.3)；第2章的公式依次为(2.1)、(2.2)、(2.3)，依次类推。看后请删除。3 风光互补发电控制系统的研发3.1 风光互补发电系统运行控制分析风/光互补发电系统中，为了保证发电系统供电的连续性和稳定性，配置了蓄电池作为储能装置。而目前使用的铅蓄电池均不是为新能源发电系统专门设计的，因此系统中所选用铅蓄电池自身的一些缺点在发电系统的运行过程中表现得尤为突出。铅蓄电池的主要缺点是耐过充电和过放电能力较差。太阳能和风能发电随机性强，稳定性差，在发电系统中很难保证对蓄电池有规律地充放电。因此，在风光互补发电系统中，如果对运行中的蓄电池充放电的控制和保护方法不得当，极易造成蓄电他的损坏。另外，在光伏发电系统中，蓄电池的投资占总系统投资的15-20%，在小型风力发电系统中占30-40%。从如此高的投资比例也可以看出蓄电池使用寿命的长短直接影响发电系统供电的稳定性、系统维护经费的再投入和整个系统的发电成本。因此，蓄电池充放电控制与过充电和过放电保护是风光互补发电系统运行控制的主要部分，换言之，整个风光互补发电系统的运行控制围绕蓄电池的有效充放电控制与保护进行。*分析风光互补发电系统运行控制。注：论文中图的编号、图名（小四，宋体）及图的说明置于图的下方并居中。其中图的编号规则：第1章的图依次为图1.1、图1.2、图1.3；第2章的图依次为图2.1、图2.2、图2.3，依次类推。 看后请删除。3.2 控制系统的总体方案风光互补发电系统的运行控制是一个较复杂的过程控制，我们可以采用工业上较为成熟的过程控制技术对该系统的运行状况进行监测控制和优化管理。这一方面保证了系统的可靠运行，另一方面也免去了系统在偏远地区进行人工维护的不便。*介绍控制系统的总体方案。3.2.1 控制系统结构由于被控对象不同，且过程控制中的被检测参数也很有很大差别是，所以单片机组成的控制系统也不尽相同，根据单片机系统的工作特点进行如下分类：（1）操作指导控制系统，在这种控制系统中，单片机的输出不直接用来控制生产对象，而只是对系统的过程参数进行收集、加工处理，然后输出数据。（2）直接数字控制系统，利用单片机对多个被控参数进行巡回检测，将检测结果与设定值进行比较，然后按照一定的方法进行运算，输出信号到执行机构对生产过程进行控制，使被控参数稳定在给定值。（3）计算机监督系统。在SCC系统中，由监督计算机收集由DCC单片机采集到的系统控制参数，按照描述生产过程的数学模型计算机出最佳的控制参数给定值传磅给DCC系统单片机，对系统过程进行最优控制。（4）分布式控制系统，用于生产过程复杂，设备分布广，其中各个工序、各设备间并行工作，彼此孤立的系统控制。这种系统中，将单片机的控制技术同计算机通讯技术、网络技术结合起来，成为单片机技术的一个重要的发展方向，该种控制方法适合于结构复杂的系统的运行控制。3.2.2 控制系统的具体功能（1）系统状态监测（2）能量管理（3）充放电控制（4）参数设定（5）通讯功能3.3 控制系统的开发确定总体方案之后，接着手控制系统的开发。控制系统的开发可分为硬件和软件两部分，但开发时常会遇到这样的问题，就是同样一个功能，既可以通过硬件实现，也可以利用软件来完成。这就要求我们将硬件、软件两方面的设计结合起来，根据系统的具体情况进行折衷处理。由于控制系统的管理层由PC机来承担一定的管理和协调控制任务，所以控制系统管理层的开发主要在软件方面。控制系统监控层由单片机承担，对风光互补发电系统进行有效的实时控制，由于其针对性强，市场上现有的一些单片机系统不能很好地满足应用要求，我们决定选用合适的单片机自行设计，这是控制系统开发的重点。*介绍控制系统的开发过程（包括硬件与软件两部分）。4 结论与建议本文从风光互补发电系统运行结构出发，深入分析了系统的运行特点，归纳出了系统的运行控制策略，而后结合微计算机控制技术开发出了控制系统，并成功应用到工程实践中，得到了预期的效果。但控制系统要得到更广泛应用，还要考虑更多的相关因素，进行不断的完善。*总结本次论文所做工作，取得的成果，指出还有哪些不足和需要改进的地方、课题的未来发展方向等等。结论是