对具有最大功率点跟踪控制的混合发电系统的研究

：
３ ３ ６ ０ ０ ０
＝
Ｃ 只， ＝ｃ （ 亡 Ｖ ）
ｃ （ ， ） 式 （ ）
太阳能光伏 发电系统的最大功率点， 这个混合 系 统 由于它的简单、 容易控制 和低 成本而具有吸 引力。 文章中对这个混合 系 统和 详细的仿真结果具 有完
整 的描 述 ， 仿真 结果 表明 了 本 系统 的可行 性 。
式 （ １ ）
式 中， ｍ为 空气 质量 ・ Ｖ 为ｘ 方 向的 速度 ， 单位 为ｍ／ ｓ ｌ Ｕ代 表动 能， 单位为Ｊ ； Ａ 代 表流道截面 面积 ， 单位为 ｍ ； Ｐ 代表空气密 度， 单位 为
‘
Ｅ ＝ ， 。式（ ７ ）
通过 控制 发电机的 终端 电压就可 以控 制其 转子转 速 。 发电机的终 端电压可 以用下式表示 ：
了Ｓ
图２ Ｗｉ ｎ ｄ ｓ ｅ ｅ ｋ ｅ ｒ ５ ０ ３ ／ ２ ４ ｖ风力机功率系数ｃ Ｐ 和叶尖速比 的关系曲线
图１混合发电系统的构成
２ ． １ 风 力发电系统 ２ ． １ ． １ 理想风 力机的功率输 出 任意控制 体内空气能量方程 如下所述 ：
Ｕ ： － ｍｖ ＝ （ 协ｃ ） ｖ
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对具有最大功率点跟踪控制的混合发电系统的研究
金绍鹏 廖志毅 江西省电力公司宜春供电公司 江西宜春
【 摘 要 】本文研 究了 一个 包 括太 阳能光伏 发电和风力发电的混合发电 发电系统 ， 这 种混合发电系统在传统能源不能覆盖到的地 方可 以 作 为一个 小规 模的可控选择 的电源。本文还使用了 一种改进型的电导增量法来追踪
一
当叶尖速 比 在 理想值 下， 功率系数ｃ 具 有它 的最大值 ， 此时风 力 发 电机输 出功率最 大 。 在实 际设 计实例中， 对 高速风 力机而 言， 功率 系 数Ｃ 的 最大取值范 围在０ ． ４ —０ ． ５ 之 间。 对低 速风 力机而 言， 功率系数 Ｃ 的最大取 值范 围在０ ． ２ 一Ｏ ． ４ 之间。 功率系数 Ｃ 超过 Ｏ ． ４ 就被认 为是比较 好 的风力机 。 本文所采 用的是ｗｉ ｎ ｄ ｓ ｅ ｅ ｋ ｅ ｒ ５ ０ ３ ／ ２ ４ ｖ 风 力机 ， 其典型 的 功 率系数Ｃ 和叶尖 速比 的关系曲线 如图２ 所 示。
式 中， Ｒ表示风 轮半径 ， 单位为ｍ； Ｖ 代表来流 风速 ， 单位 为ｍ／ ｓ ｌ
为空气密度， 单位为 ‘ 。 功 率 系数 ｃ 。 并不是 常数 ， 其值 随来 流风 速 、 风 轮转 速 、 叶片 参数 【 关键词 】 混合能源系 统； 太阳能光伏系统； 风力 发电系统； 最大功率 点跟 踪 （ 如攻 角、 浆 距角） 变化 。 通常可以将功 率系数Ｃ 表 示成叶尖 速 比 和 浆 距角 Ｄ 的 函数 。 其中叶尖速 比 入 的表达 式如下 ：
：
１ 引言 苎式 （ ４ ） Ｖ 。 风 能和 太 阳能是环 境 友好 型的能 源 ， 它们是 世 界上增 长速 度最 快 的能源 。 最近 几年 ， 使 用包括太 阳能 光伏发 电和 风力发电等新能源越 来 式 中， ｗ 为风 力机转 动 的角速 度 ， 单位 为ｒ ａ ｄ ／ ｓ ； Ｖ 、 Ⅳ 代 表来 流风 越具 有 吸引力。 发展中国家的偏远 山区或者 是远离主要传 输线 的农村， 速， 单位为ｍ／ ｓ 。 可 以通过转 速 （ ｉ ｎ ） 来计算 角速 度ｗ ｈ ｉ ＿ 【 ３ 】 。 ２ 删 一 小 规模单 机发 电系统是一种 很好的选择 。 使 用混 合发电系统确保了负荷 需求 的稳 定性 ， 通过把 风力发电和太 百 式（ ５ ）
＝ 一
吉 ｖ ，
七 机的功率输 出 通常用功率 系数 ｃ 来表示 实际风 力机 从风 中所 吸取功 率的 比例 。 因此 ， 实际风力机 的功率输 出可用下式 来表示 ：
二
从 图２ 可 以看 出， 当叶尖 速 比 为９ 的时 候 ， 功率 系数 Ｃ 具 有最大 值， 此 时风 力机捕获 的功率最大 。 ２ ． １ ． ３ 永磁 同步发 电机 本文使 用了一个小型 的永磁 同步发电机 来研究 控制直 流 电压 对最 大功率捕获的影 响， 这个模型把风力机直流 电压和 转子转速联 系起 来， 但是它忽 略了磁饱和 对铁心的影 响。 ｄ 轴和ｑ 轴 同步 电抗 是相同的。 发 电 机 电枢 电流与转 矩和 感应 电压的关系为： ＝Ｋ ｆ １ 。 式（ ６ ）
一
阳能发 电与能 量存储技 术 结合起 来可 以获得更 高的发 电容量并且可以 克 服发 电输 出的波动 。 为了得到一 个恒 定的功 率输 出， 必须具 有一个有 效 的能量存储 系统 。 风 力发电和太 阳能光伏发 电所发 出的 电能可 以通过 蓄 电池 或电容 器能量存储系统来 储存。 在本文 中， 一 个包括 不 同风速 和不 同太 阳光 照的混 合发 电系统 给 个单 独负荷提 供 持续 的 电能 。 风 力系统和 太阳 能系统 作为 主要 的能 源， 燃 料 电池作为后 备能源 。 同时 ， 使用了 一种基 于改 进型 的电导 增量 法 来实现太 阳能光伏发电系统的最 大功 率点跟踪 。 ２ ． 混合 发电 系统 的 结构 图ｌ 所 示的 混 合发 电系统包 含风 力发电系 统和 太阳 能光 伏 发电系 统， 它们 分别通 过各 自 的直 流变换 器并联 连接 到公共 直流母 线， 再 经过 逆 变器给 负荷提供 电能。
：
，
ｘ 代表该控制体 内空 气沿流动方 向的长度 ， 单位为ｍ。 Ｐ 风 功率 ， 则是 动能对 时间的导数 ， 其计算表达 式如下：
，
一 一 一
吉ｐ － ￣ ｉ ｖ ～ 鲁
式（ ２ ）
√ 一 （ Ｌ ｃ ｏ ｓ （ ｏ ＋ Ｉ １ ｆ ． ｓ ｉ ｎ ￣ ）
一Ｉ ＝ Ｒ ￣ ｃ ｏ ｓ ９