风光储发电系统控制策略课件

风光储发电系统的产生背景河北工业大学风能与动力工程专业1.2008年3月我国发改委发布了《可再生能源发展“十一五”规划》。在其中明确提出在“十一五”期间，“加快发展风能、太阳能、生物质能等可再生能源”。2.太阳能、风能都具有能量密度低、稳定性差的特点，并且受地理分布、季节变化、昼夜变化等因素影响，单独的风能发电和太阳能发电最终效果都不理想。3.太阳能在白天和夏季丰富，而风能在晚上和春秋较为丰富。太阳能和风能这种天然的昼夜互补性和季节互补性，可以消除稳定性差的弱点，也使得它们组成能量互补系统—风光互补发电系统成为一种必然。4.风电上网对电网的安全稳定运行将带来了很大冲击。采用风光互补并网发电可起到缓解电网压力、电力调峰、节约传统能源的重要作用。风光储发电系统的产生背景河北工业大学风能与动力工程专业1.21风光储发电系统的结构河北工业大学风能与动力工程专业风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载等部分组成，系统结构多样，可分为离网式和并网式。风光储发电系统的结构河北工业大学风能与动力工程专业风光互补发2风光储发电系统的工作原理河北工业大学风能与动力工程专业风光互补系统工作原理见下图，系统由交流母线和直流母线组成，光伏组件通过光伏充电控制器将电能储存于蓄电池，由逆变控制器逆变输出到交流母线，风电机组的功率通过风电机组功率控制器输出到交流母线，过剩电能通过逆变充电控制器储存到蓄电池。系统通过能量控制管理平台，控制风电机组功率的输出与储能蓄电池的充放电，合理分配系统中的能量，实现系统的稳定并网运行。风光储发电系统的工作原理河北工业大学风能与动力工程专业3风光储发电系统能量管理控制河北工业大学风能与动力工程专业1.系统并网前，检测蓄电池组、并网逆变器状态。2.进行日照强度检测，光伏组件可以发电，继续检测风速、密度，不满足风机并网发电则切除风机，光伏储能逆变并网发电。3.若风机可以并网发电，通过能量管理平台，检测风机与光伏组件可以输出功率的能力来选择风光互补的控制策略。风光互补控制策略：1.若蓄电池及光伏组件不能正常工作，风机可独立并网运行。若风机的输出功率远大于光伏与储能逆变的输出功率，能量管理控制平台控制风机功率控制器（通过风机自身桨距角的控制，限定出力）来限定风机出力，使风机与光伏、储能输出稳定。2.若风机的输出功率远小于光伏与储能逆变的输出功率，能量管理控制平台控制并网逆变功率控制器，限制光伏与储能的功率输出（通过光伏组件的切除与投入来控制功率输出），满足风机与光伏、储能输出稳定。风光储发电系统能量管理控制河北工业大学风能与动力工程专业4风光储发电系统能量管理控制河北工业大学风能与动力工程专业风光储发电系统能量管理控制河北工业大学风能与动力工程专业5风光储发电系统功率预测河北工业大学风能与动力工程专业由于太阳光照受气侯影响较大（如乌云，阴雨，雪天等）且光伏组件发电特性也受其较大影响，而风电机组发电特性则受风速影响较大，要合理分配风电机组与光伏组件的输出功率，须对风电场风电机组的输出功率和光伏发电功率进行准确预测。风力发电机组功率预测：将测风塔测试数据与风机功率数据同步，可得不同时间段的风速、密度与风机功率之间的关系，从而找到风机在不同气象条件下的功率曲线。通过气象部门未来的天气数据，采用中期预报（实现1d以内基于小时数据的以天为单位的预测），根据风机功率输出特性，预测风电机组未来功率变化情况，能量管理系统采取相应的控制策略，实现风光互补系统稳定并网运行。风光储发电系统功率预测河北工业大学风能与动力工程专业6风光储发电系统功率预测河北工业大学风能与动力工程专业光伏组件功率预测：1.根据影响光伏电池板光电转换效率的日照强度、角度及温度等因素，绘制了光伏电站某一天的日照曲线及电池板温度变化曲线。风光储发电系统功率预测河北工业大学风能与动力工程专业光伏组件7风光储发电系统功率预测河北工业大学风能与动力工程专业2.在光伏电站的电能计量柜处安装功率记录仪，记录光伏电站日功率输出情况，绘制光伏电站的日功率曲线，得出光伏电站在不同环境下功率输出的情况，从而根据日照强度来预测发电功率，通过能量管理系统配合风机并网功率的稳定。3.光伏预测需采用超短期预测的方法来满足风光互补系统输出的要求，经过日照、角度、风速、风向、功率等数据的收集分析，采用1min超短期预测，可得到准确的功率变化趋势图，对风光互补系统的功率控制有一定帮助。风光储发电系统功率预测河北工业大学风能与动力工程专业2.在光8蓄电池充电控制策略河北工业大学风能与动力工程专业蓄电池的寿命直接影响发电系统的使用成本。影响蓄电池寿命的因素很多，研究发现：电池充电过程对电池寿命影响最大，放电过程的影响较少。也就是说，绝大多数的蓄电池不是用坏的，而是“充坏”的。蓄电池的充电方法：1.恒流充电蓄电池恒流充电就是控制蓄电池的充电电流，使其保持在一个恒定值附近。这种充电方法开始充电阶段电流过小，而在充电后期充电电流又过大，整个充电时间较长。2.恒压充电恒压充电就是对蓄电池以某一恒定电压进行充电，因此这种方法的初期充电电流相当大，随着充电过程的进行，电流逐渐减小，在充电的终期只有很小的充电电流。这种方法在蓄电池的充电初期，电流很大，可能会损坏蓄电池。蓄电池充电控制策略河北工业大学风能与动力工程专业9蓄电池充电控制策略河北工业大学风能与动力工程专业3.分段式充电分段式充电方法就是将整个充电过程进行分段控制，每一段采用一种充电方法。根据蓄电池的特性可知，在蓄电池电压较低时，其接受电流的能力较强，允许充电电流较大；随着蓄电池电压的上升，其接受电流的能力逐渐减弱。为了保护蓄电池，必须降低充电电流，其理想充电电压电流曲线如图。T1时刻之前，蓄电池接受电流能力较强，采用恒流充电，到达Tl时刻后，蓄电池电压较高，接受电流能力下降，此时采用恒压给蓄电池充电。。蓄电池充电控制策略河北工业大学风能与动力工程专业3.分段式充10蓄电池充电控制策略河北工业大学风能与动力工程专业电池的运行方式：1)充放电制充放电制也称循环制，蓄电池的工作方式是：完全放电，然后充电，再完全放电、再完全充电如此循环。2)连续浮充制连续浮充制就是昼夜将蓄电池组和整流设备相连，并且安装在负载回路上。平时负载用电由整流设备提供，蓄电池保持少量的充电电流。当整流设备出故障时，蓄电池来给负载供电，保证负载供电不中断。3)半浮充制半浮充制就是负载一段时间由蓄电池供电，另一段时间由整流设备供电，并且这段时间给蓄电池补给电量。蓄电池充电控制策略河北工业大学风能与动力工程专业电池的运行方11蓄电池充电控制策略河北工业大学风能与动力工程专业1.限流充电阶段：就是蓄电池理想充电的恒流充电阶段。由于风能、太阳能的不确定性，很难实现理想的恒流充电方式，所以充电电流是一个不确定的波动过程，采用限流充电的电流最大上限Imax可以设定为理想充电的恒流值，或略高一点。2.恒压充电阶段：一般当蓄电池容量达到95％时，就要采取恒压充电。在这个阶段，要控制保持蓄电池的充电电压为一个恒定值。3.浮充阶段：在蓄电池充满后，蓄电池进入了浮充阶段，在这个充电阶段，为了弥补由于蓄电池自放电造成的储能损失，蓄电池电压保持浮充电压。蓄电池充电控制策略河北工业大学风能与动力工程专业1.限流充电12风光互补控制器河北工业大学风能与动力工程专业风光互补控制器：既能将从风力发电就组获得的交流电能（也允许风力发电机组直流输入）转换成直流电能，存入储能电池或者直接使用，又能够从太阳能电池组件获得的直流电能存入储能蓄电池或者直接使用的换流及控制系统。控制器的选择：1.控制器必须有风力发电充电电路和光伏充电电路。两充电通道要各自独立和有效隔离。2.控制器风电充电电路的最大功率要大于或等于风力发电机组额定输出功率的2倍。3.控制器光伏充电电路的最大功率要大于系统光伏功率的1.5倍风光互补控制器河北工业大学风能与动力工程专业风光13风光互补控制器工作原理河北工业大学风能与动力工程专业1.风光互补控制器是对光伏电池板和风力发电机所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量按蓄电池的特性曲线对蓄电池组进行充电，当所发的电不能满足负载需要时，控制器又把蓄电池的电能送往负载。蓄电池充满电后，控制器要控制蓄电池不被过充。当蓄电池所储存的电能放完时，控制器要控制蓄电池不被过放电，保护蓄电池。2.控制器采用PWM无级卸载方式控制风机和太阳能电池对蓄电池进行智能充电。在太阳电池板和风力发电机所发出的电能超过蓄电池存储量时，控制系统必须将多余的能量消耗掉。普通的控制方式是将整个卸荷全部接上，此时蓄电池一般还没有充满，但能量却全部被消耗在卸荷上，从而造成了能量的浪费。有的则采用分阶段接上卸荷，阶段越多，控制效果越好，但一般只能做到五六级左右，所以效果仍不够理想。最好的控制方式是采用PWM（脉宽调制）方式进行无级卸载，可以达到上千级的卸载，使电能达到充分利用。风光互补控制器工作原理河北工业大学风能与动力工程专业1.风光14风光互补控制器工作原理河北工业大学风能与动力工程专业

3.由于蓄电池只能承受一定的充电电流和浮充电压，过电流和过电压充电都会对蓄电池造成严重的损害。风光互补控制器通过单片机实时检测蓄电池的充电电压和充电电流，并通过控制风机充电电流和光伏充电电流来限制蓄电池的充电电压和充电电流，确保蓄电池既可以充满，又不会损坏。从而确保了蓄电池的使用寿命。4.风光互补控制器具有完善的保护功能，包括：防雷、太阳能防反充、过电压自动刹车、蓄电池反接和开路保护等。风光互补控制器工作原理河北工业大学风能与动力工程专业3.由15PWM(宽频调制)

河北工业大学风能与动力工程专业PWM技术定义：

PWM(PulseWidthModulation)控制就是脉宽调制技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效获得所需要的波形（含形状和幅值)。PWM重要理论基础：面积等效原理——冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量窄脉冲的面积（面积相同形状不同）效果基本相同环节的输出响应波形基本相同PWM(宽频调制)河北工业大学风能与动力工程专业PWM技术16PWM(宽频调制)河北工业大学风能与