风光互补发电的控制策略分析
摘 要随着全球经济的快速发展，传统能源的不断紧缺，可再生能源在电力行业所占的比重正在不断增加。其中，风光能互补发电系统便充分利用风能和太阳能在时间上的互补性，是可再生能源发电系统的重要形式之一，在此背景下，风光能互补发电系统的控制分析便显得十分重要[21]。本论文简单介绍风光能互补发电系统的结构，根据有风有光、有风无光、无风有光和无风无光四种天气条件，提出了四种工作模式和七种工作状态，同时分析风力发电系统的控制方法和光伏阵列系统的原理以及控制，以及两者互补发电的控制原理。本文同时提出了风光能互补发电的控制分析，并且对其功率不平衡的问题做出相对的策略分析。
目 录
第一章 绪论 1
1.1风光互补发电的发展形势 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3风光互补发电的意义 2
1.4本章小结 3
第二章 系统原理分析 4
2.1主要结构 4
2.2工作模式及工作状态 5
2.3风力发电子系统工作原理 6
2.4光伏发电子系统工作原理 8
2.5本章小结 9
第三章 风光互补发电系统的控制分析 10
3.1风力发电系统的控制 10
3.2光伏发电系统的控制 11
3.3风光互补发电的控制分析 12
3.4本章小结 14
第四章 风光互补发电系统的控制策略分析 15
4.1风光互补发电的功率问题 15
4.2风光互补发电的协调控制策略分析 15
4.3光伏发电的最大功率跟踪控制 16
4.4 本章小结 17
结束语 18
致 谢 19
参考文献 20
绪论
随着风、光能发电近几年的运用，光能和风能的浪费成为了重大的问题，我国更是一部分地方风光能运用不平衡，造成了很多的资源的浪费，这些问题是我们必须解决的。利用风能和光能发电的互补性，于是产生了风光能互补发电系统。此系统如果能够协调控制，必将会给我们的日常生活带来更多的方便。
1.1风光互补发电的发展形势
一、风能
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
、光能发展现状与其优缺点
中国自古以来就是能源大国，国域广泛，有着取之不尽，用之不竭的石油、煤炭等，给社会带来了不可低估的发展。但随着时代的变化，简单的石油、煤炭，却再也不能满足我们的需求，而且石油煤炭属于不可再生能源，在带来环境污染的问题下，也在一点一点的消耗掉。并不符合如今我国的发展现状，而代替这些不可再生能源的可再生能源便走入我们的眼界。太阳能发电与风能发电就是最经常用到的。风光能也更是在接下来的数年里带来了巨大的能源。
按照2015年数据观察，太阳能发电在这一年中并网容量达到4158万千瓦，而且同比增长了67.3%，大约占全球的1/5，并且超过了德国成为了世界第一光伏大国（截止2015年底，德国光伏发电装机容量为3960万千瓦），并且在“十二五”期间太阳能发电装机容量年均增长了约177%[1]。而风力发电也是在2015年同比增长了31.5%，累计有1.45亿千瓦[2]。
但随着大量的风能、光能发电在我国的大量运用，弃光率与弃风率也逐年紧张，2015年中，全国的弃风率高达15%，弃风电量也是高达339亿千瓦，直接损失更是达到了180亿元。其中，甘肃、宁夏、黑龙江等省的入冬弃风率也达到了60%以上[3]。同时弃光率也很严重，在西北地区弃光率也高达17.08%[1]。
而造成这种情况的最大问题是，风电和光电系统都存在着一个共同的缺点：资源的不确定性，而这种不确定性便会导致发电和用电负荷不平衡。风电和光电系统都得通过蓄电池储能才会稳定的提供电能。而每天的发电量和气候和季节的影响很是之大，而这类影响会致使系统的蓄电池组处于亏电的状态下，从而使蓄电池的寿命下降，无益于用户的方便使用，更是对经济带来影响。但风能与光能具备一定的互补性，很大程度上减缓了这种影响，而且，风能发电的成本低于光能发电，两者结合，风光能互补发电系统也就降低了总成本。
二、风光互补发电的优势
伴随着风光能发电的广泛运用，以及风力发电和光伏发电的大范围使用其劣势也慢慢的显示在我们眼前，人们更加希望的是一种高能源，无污染，低成本的发电系统，于是风光互补发电也就出现在我们眼前。
风光互补发电有着五点如下优势：
风光互补发电系统无需外界供电，完全可以经由风能与光能互补发电。
解决了风能、光能在季节性、天气变化中的不可控性，风光能互补发电具有互补性，系统更加稳定，成本降低，而性价比上升。
在一样供电的需求下，风光能互补发电系统，大大减少了储能蓄电池的容量。
可以独立供电，在遇到特殊情况下可以向用户持续供电，不会影响到全部用户的用电。
可以提供低压供电，运行比较安全，维护较为简单。
1.2 国内外研究现状
在整个风光互补发电系统的研究路程中，欧洲研究的时间略早于中国，在上世纪80年代，欧洲部分国家就开始了风能与太阳能的综合运用。到1981年，丹麦的N.E.Busoh和Kllenbac就首次提出了风光能互补的结合运用[4]。随着这一理论的提出，各国大量的研究人员在该领域做出了不断地研究。同期，我国国内也在1987年，由余华杨等人提出太阳能、风能发电的能量装换装置[5]。1999年，王凡提出来的风光互补旋风发电装置，从理论上解决了可再生能源的不可控性问题，并且节省了大容量的储电设备[6]。2001年美国的C.Laspliden[7]和加拿大的RajeshKarki和Roy Bilinoton [8]等人均在风光互补发电系统中做出了宝贵的钻研，提高了系统的稳定性。同年，国内也做出了大量研究，并有合肥工业大学茹美琴等人成功设计了一套风光混合发电系统并进行了优化[9]。2002年，中科院的许决华等人在风光能互补发电系统的线性优化方面做出了大量研究，并利用遗传算法确定了系统的最优化控制策略[10]。2011年，中山大学在保证风光互补发电的稳定性的前提下，提出来“最大最小”蚂蚁系统算法，使风光互补发电系统的各组件容量大小得到优化[11]。
同时，国外也相继开发了一些模拟风能、光能以及风光能互补发电的一些大型工具和算法，模拟了不同的系统配置，考虑到供电成本，得出了最佳配置。并且伴随着电力电子的快速发展，MPPT技术逐渐趋于成熟，人们通过软硬结合的方法来实现最大功率跟踪控制。
1.3风光互补发电的意义
中国是个能源大国，能源也是我国国民经济发展的重要支柱之一，但同时我国的能源不平衡也是一个巨大的值得商讨的问题。因为我国的东部发展对电的需求高，而资源匮乏，西部可再生能源虽然多，却由于各种原因导致弃风弃光率逐年上升。而煤炭、石油资源的使用更是会带来环境污染和二氧化碳的排放增加。如何有效的让能源更加可靠，更加稳定，也是值得研究的事情。我国风光能资源非常丰富，风光能互补发电产业也具有良好的资源基础，值得发展。
在我国，依旧有很大部分人没有用上电，9亿人口生活在农村，却有5%的人还活在黑暗中。而风光互补系统则可以给他们带来福音，采用风光互补系统则有利于这些地方的经济发展，提高其经济水平，能够给他们带来舒适的，便宜的电力使用生活，从而脱离贫困，拉动发展。
世界上室外照明电量的消耗大约占发电量的的13%，如果，这些室外照明都可以使用风光能互补发电系统，将会节省很大一笔资源，从而全球的环保与资源匮乏的问题将会得到改善。
目 录
第一章 绪论 1
1.1风光互补发电的发展形势 1
1.2 国内外研究现状 2
1.3风光互补发电的意义 2
1.4本章小结 3
第二章 系统原理分析 4
2.1主要结构 4
2.2工作模式及工作状态 5
2.3风力发电子系统工作原理 6
2.4光伏发电子系统工作原理 8
2.5本章小结 9
第三章 风光互补发电系统的控制分析 10
3.1风力发电系统的控制 10
3.2光伏发电系统的控制 11
3.3风光互补发电的控制分析 12
3.4本章小结 14
第四章 风光互补发电系统的控制策略分析 15
4.1风光互补发电的功率问题 15
4.2风光互补发电的协调控制策略分析 15
4.3光伏发电的最大功率跟踪控制 16
4.4 本章小结 17
结束语 18
致 谢 19
参考文献 20
绪论
随着风、光能发电近几年的运用，光能和风能的浪费成为了重大的问题，我国更是一部分地方风光能运用不平衡，造成了很多的资源的浪费，这些问题是我们必须解决的。利用风能和光能发电的互补性，于是产生了风光能互补发电系统。此系统如果能够协调控制，必将会给我们的日常生活带来更多的方便。
1.1风光互补发电的发展形势
一、风能
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
、光能发展现状与其优缺点
中国自古以来就是能源大国，国域广泛，有着取之不尽，用之不竭的石油、煤炭等，给社会带来了不可低估的发展。但随着时代的变化，简单的石油、煤炭，却再也不能满足我们的需求，而且石油煤炭属于不可再生能源，在带来环境污染的问题下，也在一点一点的消耗掉。并不符合如今我国的发展现状，而代替这些不可再生能源的可再生能源便走入我们的眼界。太阳能发电与风能发电就是最经常用到的。风光能也更是在接下来的数年里带来了巨大的能源。
按照2015年数据观察，太阳能发电在这一年中并网容量达到4158万千瓦，而且同比增长了67.3%，大约占全球的1/5，并且超过了德国成为了世界第一光伏大国（截止2015年底，德国光伏发电装机容量为3960万千瓦），并且在“十二五”期间太阳能发电装机容量年均增长了约177%[1]。而风力发电也是在2015年同比增长了31.5%，累计有1.45亿千瓦[2]。
但随着大量的风能、光能发电在我国的大量运用，弃光率与弃风率也逐年紧张，2015年中，全国的弃风率高达15%，弃风电量也是高达339亿千瓦，直接损失更是达到了180亿元。其中，甘肃、宁夏、黑龙江等省的入冬弃风率也达到了60%以上[3]。同时弃光率也很严重，在西北地区弃光率也高达17.08%[1]。
而造成这种情况的最大问题是，风电和光电系统都存在着一个共同的缺点：资源的不确定性，而这种不确定性便会导致发电和用电负荷不平衡。风电和光电系统都得通过蓄电池储能才会稳定的提供电能。而每天的发电量和气候和季节的影响很是之大，而这类影响会致使系统的蓄电池组处于亏电的状态下，从而使蓄电池的寿命下降，无益于用户的方便使用，更是对经济带来影响。但风能与光能具备一定的互补性，很大程度上减缓了这种影响，而且，风能发电的成本低于光能发电，两者结合，风光能互补发电系统也就降低了总成本。
二、风光互补发电的优势
伴随着风光能发电的广泛运用，以及风力发电和光伏发电的大范围使用其劣势也慢慢的显示在我们眼前，人们更加希望的是一种高能源，无污染，低成本的发电系统，于是风光互补发电也就出现在我们眼前。
风光互补发电有着五点如下优势：
风光互补发电系统无需外界供电，完全可以经由风能与光能互补发电。
解决了风能、光能在季节性、天气变化中的不可控性，风光能互补发电具有互补性，系统更加稳定，成本降低，而性价比上升。
在一样供电的需求下，风光能互补发电系统，大大减少了储能蓄电池的容量。
可以独立供电，在遇到特殊情况下可以向用户持续供电，不会影响到全部用户的用电。
可以提供低压供电，运行比较安全，维护较为简单。
1.2 国内外研究现状
在整个风光互补发电系统的研究路程中，欧洲研究的时间略早于中国，在上世纪80年代，欧洲部分国家就开始了风能与太阳能的综合运用。到1981年，丹麦的N.E.Busoh和Kllenbac就首次提出了风光能互补的结合运用[4]。随着这一理论的提出，各国大量的研究人员在该领域做出了不断地研究。同期，我国国内也在1987年，由余华杨等人提出太阳能、风能发电的能量装换装置[5]。1999年，王凡提出来的风光互补旋风发电装置，从理论上解决了可再生能源的不可控性问题，并且节省了大容量的储电设备[6]。2001年美国的C.Laspliden[7]和加拿大的RajeshKarki和Roy Bilinoton [8]等人均在风光互补发电系统中做出了宝贵的钻研，提高了系统的稳定性。同年，国内也做出了大量研究，并有合肥工业大学茹美琴等人成功设计了一套风光混合发电系统并进行了优化[9]。2002年，中科院的许决华等人在风光能互补发电系统的线性优化方面做出了大量研究，并利用遗传算法确定了系统的最优化控制策略[10]。2011年，中山大学在保证风光互补发电的稳定性的前提下，提出来“最大最小”蚂蚁系统算法，使风光互补发电系统的各组件容量大小得到优化[11]。
同时，国外也相继开发了一些模拟风能、光能以及风光能互补发电的一些大型工具和算法，模拟了不同的系统配置，考虑到供电成本，得出了最佳配置。并且伴随着电力电子的快速发展，MPPT技术逐渐趋于成熟，人们通过软硬结合的方法来实现最大功率跟踪控制。
1.3风光互补发电的意义
中国是个能源大国，能源也是我国国民经济发展的重要支柱之一，但同时我国的能源不平衡也是一个巨大的值得商讨的问题。因为我国的东部发展对电的需求高，而资源匮乏，西部可再生能源虽然多，却由于各种原因导致弃风弃光率逐年上升。而煤炭、石油资源的使用更是会带来环境污染和二氧化碳的排放增加。如何有效的让能源更加可靠，更加稳定，也是值得研究的事情。我国风光能资源非常丰富，风光能互补发电产业也具有良好的资源基础，值得发展。
在我国，依旧有很大部分人没有用上电，9亿人口生活在农村，却有5%的人还活在黑暗中。而风光互补系统则可以给他们带来福音，采用风光互补系统则有利于这些地方的经济发展，提高其经济水平，能够给他们带来舒适的，便宜的电力使用生活，从而脱离贫困，拉动发展。
世界上室外照明电量的消耗大约占发电量的的13%，如果，这些室外照明都可以使用风光能互补发电系统，将会节省很大一笔资源，从而全球的环保与资源匮乏的问题将会得到改善。
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