郭晓达 段维鹏 周瑞章

摘要：本文通过对小型风光互补发电系统的运行原理进行详细介绍，明确风光互补发电系统的并网型和离网型双模式可能出现的极端情况，提出相应的优化策略，确保风光互补发电系统实现智能离并网运行，保证风光互补发电系统稳定，为我国新能源电力市场发展提供重要参考。

关键词：风光互补供电系统;组成;结构

随着我国社会经济的发展水平不断提高，对能源资源的消耗也在不断增加，国家大力提倡新型能源，风能与光能发电是新能源领域的主力军。风光互补发电系统主要是由风电机组和光V电池组共同组成的混合发电体系，通过将光能与风能直接转化为电能，利用风能和太阳能在不同时节不同时间上的互补性，从而解决风电和光电资源不够稳定的问题。风光互补发电系统还能够按照用户的实际用电负荷和资源条件进行合理配置，提高用电的整体可靠性。

一、风光互补并网发电系统

近年来，世界各国逐渐认识到能源对人类的重要性，更认识到常规能源利用过程中对环境和生态系统的破坏。各国纷纷开始根据国情，治理和缓解已经恶化的环境，并把可再生、无污染的新能源的开发利用作为可持续发展的重要内容。风光互补发电系统是利用风能和太阳能资源的互补性，具有较高性价比的一种新型能源发电系统，具有很好的应用前景。

（一）并网系统的概况

风光互补并网发电系统根据不同的功能可以分为不含蓄电池的不可调度是光V并网发电系统以及包含蓄电池组的可调度式光V并网发电系统。由于可调度是光V并网发电系统的储能效率更高可靠性，具有良好的扩展性，但是蓄电池受到使用寿命的限制，远低于其他部件的寿命，不可调度室系统具有更好的推广效果。

（二）并网系统结构

不可调度电网系统主要是电网侧并联系统改进而成该系统，共包含光V系统和风电系统两套独立的电网结构。光V系统主要利用两极式逆变结构实现并网，要想实现光V电池的最大功率，最主要的就是保障电池输出电压提升至直流母线电压水平，后级全桥逆变单元，对直流母线电压的参考值进行稳定控制，还要保障并网电流与电网电压同频同相。风电系统则以三极式结构并网运行为主，第一级实现风电的不控整流，第二级与第三级逆变电路功能相同。

二、风光互补离网发电系统

（一）离网系统概况

所谓风光互补离网发电系统主要包括风力发电机组、太阳能发电机组以及控制器蓄电池组、交流负载、逆变器等不同构成，主要以风电发电为主。在开始时，系统启用风电向负载供电。如果风电无法满足用电需求，再次接入光V发电机组，如果两者都不能够同时满足用电需求则启用蓄电池进行负载供电。从目前情况来看，如果有多余的电能，则会给蓄电池快速充电，在电能不稳时则蓄电池放电，可以显著提高风光互补离网发电系統的整体稳定性。

（二）离网系统结构

根据前面的分析来看，直流母线电压并联型离网系统的整体结构稳定性非常高，但在极端条件下还是有不同的问题。例如，当风电系统光V、电系统以及蓄电池三者同时供电时，依然无法满足负载要求，或者风光输入功率之和超过负载功率，蓄电池已经充满之后还有多余的电能该如何处理？从目前来看，对于不能满足负载要求的，在风电侧接入卸载电路或者停掉光V发电，但是这样就会导致整体的资源浪费，需要采取一种在离并网模式下实现智能切换的系统结构，这也是双模式风光互补发电系统的重要作用。另一种则是停止供电，但必然会影响负载工作。

三、双模式风光互补发电系统

（一）双模式系统的主要结构

双模式系统主要采用离网和并网两种模式，按照不同的用电负荷实行自由切换，确保系统始终处在最佳状态运行，双模式风光互补发电系统能够在非极端工作状态下完成正常的供电，优先处于离网状态。当该系统在极端模式下，如果风光蓄三者无法满足负载需求，则控制器会控制并网开关连入系统电网，由电网补充所需的负载，当风光输出功率超过负载功率，并且蓄电池已经满电状态下，可以将系统接入电网，并且将富余的能量输入到电网系统之中，这样就能够有效保证风光发电系统在这种极端环境下依然能够稳定运行。

（二）离并网模式切换的主要原理

直流母线电压作为风光蓄电供电，最重要的指标如果都不能够满足供给负载时，则直流母线电压会不断下降，当风光输电功率超过负载时，则直流母线电压会持续上升，可以根据直流母线电压的反应来控制并网开关。在正常运行状态下，双模式风光互补发电系统优先运行状态，单相全桥逆变电路可以将直流母线电压稳定值设定为400V以上，当母线电压小于360V时，系统和自动切入到并网状态，由电网提供缺额功率，如果母线电压不断回升到400V以上，则自动断开电网回到离网状态下。如果母线电压超过400V之后，则系统会自动切换到离网状态独立运行。如果直流母线电压不断上升，超过440V以后，系统会切换到并网状态，并且向电网输送富余电能。这样的运行原理能够保证双模式风光互补发电系统在任何极端条件下都可以实现稳定可靠的运行。

（三）双模式系统发电的市场流通

从目前来看，大多数的小型风光互补发电系统主要以家庭用户为主，要采取双向电流表对电能量的流动进行分析。如果电网系统供电时，则电表采用正电能加法器记录，如果系统向电网供电时，则电表采取负电能加法器记录，对正负输出量进行分别显示在定时读取电能表的读数，按照电价的规定分别计算电费。在利用正电能加法器计算所得的电费减去负电能加法器所得的电费，如果为正则用户需要缴纳电网，如果为负则电网向用户付费。通过这样的市场登记能够全面推广家用新型风光互补发电系统，为我国新能源事业提供重要的推广依据。

四、结语

本文通过对风光互补发电系统的离并网双模式的原理进行详细介绍，并且针对各种可能存在的极端情况进行分析，既可以有效保障系统安全稳定运行，也能够为我国新能源事业发展提供重要的参考依据，大多数的风光互补发电系统主要以家庭用户为主，应该根据不同的用电量进行市场流通收费，这样才能够全面推广新能源发电，保证用户的利益不受损害。

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