基于5kw风光互补发电系统配置方案设计案例5700字

基于5kw风光互补发电系统配置方案设计案例基于5kw风光互补发电系统配置方案设计案例 1 1 1 2 21.3.2光伏电池仿真模型的建立 3 5 6 61.4.2风力发电输出特性 7 1.1风光互补发电系统设计的基本条件首先风光互补发电系统的设计必须具备3个基本条件：(1)当地的风能资源状况和太阳能资源状况，如光伏强度、气温、风速等基础资源数据。(2)用电器的配置、功率、供电电压范围、负载特征、是否连续供电等。(3)了解风力发电机和光伏组件的功率特性，储能系统的类型。系统设计内容包括如下：(1)选取适合建设风光互补发电系统的地址，并调研选址地区的风光资源；(2)分析负载的电压、功率和用电量的统计及相关计算；(3)光伏组件的选取及光伏阵列的日均发电量分析；(4)风力发电机的选型及风力发电日平发电量的计算；(5)蓄电池的选取及容量的计算；(6)风力发电机、太阳能电池组件、蓄电池之间相互匹配的优化设计。风光互补系统不仅在能源上补充了风电系统和光伏系统独立系统供电的不确定性和波动性，而且还可以提高发电量，稳定输出电能，满足负载的要求。在风光互补系统中加入互补控制策略显得尤为重要。由于风电系统和光伏系统的能源特性不同，注定了两者不可能完全结合在一起，而是需要在各自获得的能量基础上经过一定的控制，将两者的功率组合在一起，从总体上保证负载稳定的能量供应，这在一定条件下可以达到互补的原则。本文依据的互补调度原则如下：(1)首先尽可能的利用风能与太阳能，就是负载的能量先由风能与太阳能提供，若能量冗余则给蓄电池充电。(2)若遇到阴雨天气及无风的情况时，风能与太阳能供电不足时，由蓄电池向负载供电。(3)尽量延长系统与蓄电池的使用寿命，减少蓄电池的充放电次数。风光互补式风力发电配套系统的主要总体功能结构图设计如下图本表1.1所示。其中主要的发电组件产品包括大型太阳能光伏发电阵列，风力发电成套机组，交流负载直流负载图1.1风光互补发电系统结构图1.3.1光伏组件太阳能光伏电池用于把光能直接转化为电能，按照应用的需求，太阳能电池经过一定的组合，达到一定的额定输出功率和电压的一组光伏电池，称为光伏组件，其中光伏电池等效电路及数学模型图如下：图1.2太阳能电池等效电路模型图1.2给出了典型的太阳能动力电池实际相同等效的集成电路。光伏电池的主要输出电压、电流相对较小，电压约为0.5V左右，功率约为1-2W。为了使其光伏系统的阵列，通过光伏阵列传输功率。通过以上等效电路，我们可以得到温度，A为PN结的理想因子，Rs为光伏电池的串联电阻。另外，漏电流电阻将2-3和2-2代入2-1中，可以得到如下表达式：而此时输出电压U=0,Ia也视为0,因此I=Isc=Iph,而输出功率表示为：然后根据上述数学模型在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型，取图1.3光伏电池simulink仿真模型图1.4光伏电池仿真模型封装图设置温度为25℃保持不变，取光照强度分别为600w/m²,800w/m²,1000w/m²,1200w/m²。通过拟合，得到了在相同温度不同光照强度下的光伏电池U-I分析图1.5得出，在温度不变的情况下电流随着光照强度的增大有着明显的设置光照强度为1000w/m²保持不变，取温度为15℃,20℃,25℃,30℃,通过拟合，得到了在系统光照强度不同温度下分析图1.6可知，在相同光照强度下下电压随着温度的增大有着明显的减少，而电流随着温度的增大几乎不变。同时，U-I特性曲线也在最大功率点处满足这种变化。错误!未找到引用源。1.4风力发电系统模块1.4.1风力发电机组成与数学模型风力涡轮机主要有两大部件构成。一种就是风力涡轮机，它将风能直接转化成机械动力；另一种就是发电机，它把所有的机械能都转换为电能。风力机的两个重要的组成部分有详细介绍：风力机一种能够把风的动能通过转化成其他电能的一种机械设备。按风机容和大型(100kw以上)三种类型风力涡轮发电机。水平方向轴承式风力发电机机在技术最成熟、也是最广泛应用的，分为升力和阻力驱动驱动，大多数的水平轴风力发电机风装置，它的主要优点是，风力涡轮机可以设置捕捉风离地面高，这样可以有效降低因为障碍物附近区域地面产生的扰动而导致转子的动态学特性受到较之一就是垂直轴风力机运行的效率相对较低，且该设备需启动。同时，还有一些关键技术方面的问题亟待解决。水平轴风力涡轮机的风轮沿水平轴旋转。在工作中，风轮的旋转方向为平面，并且与风向保持垂直。风力机上的叶片进行径向放置，竖立于旋转轴，与风力机的旋转平面相连，形成了小角度(即安装的角度)。风力涡轮机的叶片数量通常为3。成的永磁磁极，如BaFeO、SmCo等，不需要通常永磁同步电机的La和Lq相等，因此制Te,就必须通过控制定子侧的电流而实现。若使Te与风轮机械转矩Tw达到平在讨论风力机的能量输出和转换时，有几个特征系数特别重要，需要进行了(1)风能利用系数Cp风能利用系数Cp表示风力机从风能中吸收机械能P的程度：是m/s。风速，单位m/s,Cp为风能利用系数。风能利用系数是叶尖速率比和桨距角的函数，即Cp=f(λ,β)。可以得到定桨矩风力机的Cp-图1.7典型风力机的Cp特性曲线则风能利用系数开始下降；不同桨距角的风力机拥有根据贝兹理论，在任意的λ与β下，CP都小于0.953,0.953这个数值在理论上来说是风力机的最大功率系数，而实际上目前最大的风力机功率系数应该在公式(5.1)至(5.6)完整地描述了风力机的特性，我们可以根据此特性来搭建风力机的数学模型，其中输入量为风速v、风力机转速wm还有桨距角β,输出量为风力机功率Pm和转矩Tm,以此作为和它同轴相连的永磁同步发电机的结合本文5kw风光互补发电系统的需求，该系统采用水平轴、三叶片、定桨给定，如图1.6所示。XxxAvoiddivisonKKKf图1.5风力机模块仿真模型0图1.6风力机模块封装图1.5储能系统分析1.5.1储能系统的分类及特点由于储能系统具有动态吸收、适时释放能量的特点，因此有效补救了风电、光伏发电间歇性、波动性的缺点，改善了间歇式电源输出功率的可控性及电能质量，提高了电能稳定性水平及优化发电系统的经济性。储能技术分为储电与储热，根据不同的能量转换形式，电储能技术大致分为机械储能、电磁储能和化学储能三大类，具体分类见表1.2。从表1.2可以看出，铅酸蓄电池的能量密度是最低的，其技术上较为成熟且性价比高，因此本课题选用铅酸蓄电池作为蓄能单元。持续响应时间抽水蓄能抽水蓄能电池容量巨大、技术最成熟、能量回收转换处理效率一般低于压缩空气储能7要的特殊地形和需要水资源、施工运行周期长换效率小于65%、响应速度慢，且依赖地形与燃气资源、建设周期长能能容易测量放电深度，对温度不敏感，对环境友好，开发昂贵，由于飞轮高速旋转，设计及制造要求高超级电容储能铅酸电池液流储能响应速度快、功率密度较高、储能容量过低(秒级)、维护成本过高、技术不成熟功率密度大、循环寿命长、储能容量过低(秒及)、自放电率高价格便宜、构成成本低、技术成熟、可靠性高、充电速度慢、质量较重、污染环境、寿命短NaS:容量大、体积小、效率高、寿命长、工作温度高高，使用寿命长，大规模集成困难但储能密度稍低放电率；Cs(t)是t时刻蓄电池容量；□则是逆变器的效率，而□则是池极板电极活性物质损失，同时水分在电池中消耗；过放电会导致电极上形成结晶，降低电极导电性，增加电池内阻。以保护电池，延长其使用寿命，一般要满1.5.3蓄电池的充放电特性(1)蓄电池用来描述一种蓄电池中储存电能的功率和能力，即蓄电池的容量，即铅酸蓄电池在充满电后，根据具体放电条件要求，当铅酸蓄电池被放电至固定端电压时，其可能直接释放出来的电能量就被称为蓄电池容量，通常采用符号c来表示。使用单位为安培每个小时(A.h)。所以在铅酸电池进行恒流恒压放电使用过程中，其电池容量大小可直接用恒流放电过程电流与电池放电过程持续时间的容量乘积公式来精确表示。(2)放电深度(DOD)是一种用来计算和描述蓄电池从给定期限内释放出来的电量占蓄电池总额定容量的百分比。其对于电池的使用寿命非常重要，通常放电的深度和电池寿命有正正相关比，当电池的放电深度减少到30%以下时，许用的充放电循环次数高达1200次左右，一般不应该采取深度放电或者浅化式放电。在风-风互补独立供电系统中，常采用深循环电池，一般推荐30-50%放电深度[32]。(3)电池的荷电状态(SOC)是电池最重要的特性参数。电池的充放电方式对于电池的维护和延长电池的使用寿命是非常重要的。在独立式风-风互补发电系统中，当其风速相对持续高且日照充分时，电池的电压很有可能会大大超过其额定电压的1.25倍，如果天气状况不理想，电池的额定电压可能会小于其额定电压的0.8