基于5kw風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)配置方案設(shè)計(jì)案例5700字VIP

基于5kw風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)配置方案設(shè)計(jì)案例基于5kw風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)配置方案設(shè)計(jì)案例 1 1 1 2 21.3.2光伏電池仿真模型的建立 3 5 6 61.4.2風(fēng)力發(fā)電輸出特性 7 1.1風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本條件首先風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須具備3個(gè)基本條件：(1)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)能資源狀況和太陽(yáng)能資源狀況，如光伏強(qiáng)度、氣溫、風(fēng)速等基礎(chǔ)資源數(shù)據(jù)。(2)用電器的配置、功率、供電電壓范圍、負(fù)載特征、是否連續(xù)供電等。(3)了解風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏組件的功率特性，儲(chǔ)能系統(tǒng)的類型。系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括如下：(1)選取適合建設(shè)風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的地址，并調(diào)研選址地區(qū)的風(fēng)光資源；(2)分析負(fù)載的電壓、功率和用電量的統(tǒng)計(jì)及相關(guān)計(jì)算；(3)光伏組件的選取及光伏陣列的日均發(fā)電量分析；(4)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的選型及風(fēng)力發(fā)電日平發(fā)電量的計(jì)算；(5)蓄電池的選取及容量的計(jì)算；(6)風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能電池組件、蓄電池之間相互匹配的優(yōu)化設(shè)計(jì)。風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)不僅在能源上補(bǔ)充了風(fēng)電系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)獨(dú)立系統(tǒng)供電的不確定性和波動(dòng)性，而且還可以提高發(fā)電量，穩(wěn)定輸出電能，滿足負(fù)載的要求。在風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)中加入互補(bǔ)控制策略顯得尤為重要。由于風(fēng)電系統(tǒng)和光伏系統(tǒng)的能源特性不同，注定了兩者不可能完全結(jié)合在一起，而是需要在各自獲得的能量基礎(chǔ)上經(jīng)過一定的控制，將兩者的功率組合在一起，從總體上保證負(fù)載穩(wěn)定的能量供應(yīng)，這在一定條件下可以達(dá)到互補(bǔ)的原則。本文依據(jù)的互補(bǔ)調(diào)度原則如下：(1)首先盡可能的利用風(fēng)能與太陽(yáng)能，就是負(fù)載的能量先由風(fēng)能與太陽(yáng)能提供，若能量冗余則給蓄電池充電。(2)若遇到陰雨天氣及無(wú)風(fēng)的情況時(shí)，風(fēng)能與太陽(yáng)能供電不足時(shí)，由蓄電池向負(fù)載供電。(3)盡量延長(zhǎng)系統(tǒng)與蓄電池的使用壽命，減少蓄電池的充放電次數(shù)。風(fēng)光互補(bǔ)式風(fēng)力發(fā)電配套系統(tǒng)的主要總體功能結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)如下圖本表1.1所示。其中主要的發(fā)電組件產(chǎn)品包括大型太陽(yáng)能光伏發(fā)電陣列，風(fēng)力發(fā)電成套機(jī)組，交流負(fù)載直流負(fù)載圖1.1風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.3.1光伏組件太陽(yáng)能光伏電池用于把光能直接轉(zhuǎn)化為電能，按照應(yīng)用的需求，太陽(yáng)能電池經(jīng)過一定的組合，達(dá)到一定的額定輸出功率和電壓的一組光伏電池，稱為光伏組件，其中光伏電池等效電路及數(shù)學(xué)模型圖如下：圖1.2太陽(yáng)能電池等效電路模型圖1.2給出了典型的太陽(yáng)能動(dòng)力電池實(shí)際相同等效的集成電路。光伏電池的主要輸出電壓、電流相對(duì)較小，電壓約為0.5V左右，功率約為1-2W。為了使其光伏系統(tǒng)的陣列，通過光伏陣列傳輸功率。通過以上等效電路，我們可以得到溫度，A為PN結(jié)的理想因子，Rs為光伏電池的串聯(lián)電阻。另外，漏電流電阻將2-3和2-2代入2-1中，可以得到如下表達(dá)式：而此時(shí)輸出電壓U=0,Ia也視為0,因此I=Isc=Iph,而輸出功率表示為：然后根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型，取圖1.3光伏電池simulink仿真模型圖1.4光伏電池仿真模型封裝圖設(shè)置溫度為25℃保持不變，取光照強(qiáng)度分別為600w/m2,800w/m2,1000w/m2,1200w/m2。通過擬合，得到了在相同溫度不同光照強(qiáng)度下的光伏電池U-I分析圖1.5得出，在溫度不變的情況下電流隨著光照強(qiáng)度的增大有著明顯的設(shè)置光照強(qiáng)度為1000w/m2保持不變，取溫度為15℃,20℃,25℃,30℃,通過擬合，得到了在系統(tǒng)光照強(qiáng)度不同溫度下分析圖1.6可知，在相同光照強(qiáng)度下下電壓隨著溫度的增大有著明顯的減少，而電流隨著溫度的增大幾乎不變。同時(shí)，U-I特性曲線也在最大功率點(diǎn)處滿足這種變化。錯(cuò)誤!未找到引用源。1.4風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)模塊1.4.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成與數(shù)學(xué)模型風(fēng)力渦輪機(jī)主要有兩大部件構(gòu)成。一種就是風(fēng)力渦輪機(jī)，它將風(fēng)能直接轉(zhuǎn)化成機(jī)械動(dòng)力；另一種就是發(fā)電機(jī)，它把所有的機(jī)械能都轉(zhuǎn)換為電能。風(fēng)力機(jī)的兩個(gè)重要的組成部分有詳細(xì)介紹：風(fēng)力機(jī)一種能夠把風(fēng)的動(dòng)能通過轉(zhuǎn)化成其他電能的一種機(jī)械設(shè)備。按風(fēng)機(jī)容和大型(100kw以上)三種類型風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)。水平方向軸承式風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)在技術(shù)最成熟、也是最廣泛應(yīng)用的，分為升力和阻力驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，大多數(shù)的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)裝置，它的主要優(yōu)點(diǎn)是，風(fēng)力渦輪機(jī)可以設(shè)置捕捉風(fēng)離地面高，這樣可以有效降低因?yàn)檎系K物附近區(qū)域地面產(chǎn)生的擾動(dòng)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)學(xué)特性受到較之一就是垂直軸風(fēng)力機(jī)運(yùn)行的效率相對(duì)較低，且該設(shè)備需啟動(dòng)。同時(shí)，還有一些關(guān)鍵技術(shù)方面的問題亟待解決。水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)輪沿水平軸旋轉(zhuǎn)。在工作中，風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槠矫妫⑶遗c風(fēng)向保持垂直。風(fēng)力機(jī)上的葉片進(jìn)行徑向放置，豎立于旋轉(zhuǎn)軸，與風(fēng)力機(jī)的旋轉(zhuǎn)平面相連，形成了小角度(即安裝的角度)。風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片數(shù)量通常為3。成的永磁磁極，如BaFeO、SmCo等，不需要通常永磁同步電機(jī)的La和Lq相等，因此制Te,就必須通過控制定子側(cè)的電流而實(shí)現(xiàn)。若使Te與風(fēng)輪機(jī)械轉(zhuǎn)矩Tw達(dá)到平在討論風(fēng)力機(jī)的能量輸出和轉(zhuǎn)換時(shí)，有幾個(gè)特征系數(shù)特別重要，需要進(jìn)行了(1)風(fēng)能利用系數(shù)Cp風(fēng)能利用系數(shù)Cp表示風(fēng)力機(jī)從風(fēng)能中吸收機(jī)械能P的程度：是m/s。風(fēng)速，單位m/s,Cp為風(fēng)能利用系數(shù)。風(fēng)能利用系數(shù)是葉尖速率比和槳距角的函數(shù)，即Cp=f(λ,β)?？梢缘玫蕉仫L(fēng)力機(jī)的Cp-圖1.7典型風(fēng)力機(jī)的Cp特性曲線則風(fēng)能利用系數(shù)開始下降；不同槳距角的風(fēng)力機(jī)擁有根據(jù)貝茲理論，在任意的λ與β下，CP都小于0.953,0.953這個(gè)數(shù)值在理論上來(lái)說(shuō)是風(fēng)力機(jī)的最大功率系數(shù)，而實(shí)際上目前最大的風(fēng)力機(jī)功率系數(shù)應(yīng)該在公式(5.1)至(5.6)完整地描述了風(fēng)力機(jī)的特性，我們可以根據(jù)此特性來(lái)搭建風(fēng)力機(jī)的數(shù)學(xué)模型，其中輸入量為風(fēng)速v、風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速wm還有槳距角β,輸出量為風(fēng)力機(jī)功率Pm和轉(zhuǎn)矩Tm,以此作為和它同軸相連的永磁同步發(fā)電機(jī)的結(jié)合本文5kw風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的需求，該系統(tǒng)采用水平軸、三葉片、定槳給定，如圖1.6所示。XxxAvoiddivisonKKKf圖1.5風(fēng)力機(jī)模塊仿真模型0圖1.6風(fēng)力機(jī)模塊封裝圖1.5儲(chǔ)能系統(tǒng)分析1.5.1儲(chǔ)能系統(tǒng)的分類及特點(diǎn)由于儲(chǔ)能系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)吸收、適時(shí)釋放能量的特點(diǎn)，因此有效補(bǔ)救了風(fēng)電、光伏發(fā)電間歇性、波動(dòng)性的缺點(diǎn)，改善了間歇式電源輸出功率的可控性及電能質(zhì)量，提高了電能穩(wěn)定性水平及優(yōu)化發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。儲(chǔ)能技術(shù)分為儲(chǔ)電與儲(chǔ)熱，根據(jù)不同的能量轉(zhuǎn)換形式，電儲(chǔ)能技術(shù)大致分為機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和化學(xué)儲(chǔ)能三大類，具體分類見表1.2。從表1.2可以看出，鉛酸蓄電池的能量密度是最低的，其技術(shù)上較為成熟且性價(jià)比高，因此本課題選用鉛酸蓄電池作為蓄能單元。持續(xù)響應(yīng)時(shí)間抽水蓄能抽水蓄能電池容量巨大、技術(shù)最成熟、能量回收轉(zhuǎn)換處理效率一般低于壓縮空氣儲(chǔ)能7要的特殊地形和需要水資源、施工運(yùn)行周期長(zhǎng)換效率小于65%、響應(yīng)速度慢，且依賴地形與燃?xì)赓Y源、建設(shè)周期長(zhǎng)能能容易測(cè)量放電深度，對(duì)溫度不敏感，對(duì)環(huán)境友好，開發(fā)昂貴，由于飛輪高速旋轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)及制造要求高超級(jí)電容儲(chǔ)能鉛酸電池液流儲(chǔ)能響應(yīng)速度快、功率密度較高、儲(chǔ)能容量過低(秒級(jí))、維護(hù)成本過高、技術(shù)不成熟功率密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、儲(chǔ)能容量過低(秒及)、自放電率高價(jià)格便宜、構(gòu)成成本低、技術(shù)成熟、可靠性高、充電速度慢、質(zhì)量較重、污染環(huán)境、壽命短N(yùn)aS:容量大、體積小、效率高、壽命長(zhǎng)、工作溫度高高，使用壽命長(zhǎng)，大規(guī)模集成困難但儲(chǔ)能密度稍低放電率；Cs(t)是t時(shí)刻蓄電池容量；□則是逆變器的效率，而□則是池極板電極活性物質(zhì)損失，同時(shí)水分在電池中消耗；過放電會(huì)導(dǎo)致電極上形成結(jié)晶，降低電極導(dǎo)電性，增加電池內(nèi)阻。以保護(hù)電池，延長(zhǎng)其使用壽命，一般要滿1.5.3蓄電池的充放電特性(1)蓄電池用來(lái)描述一種蓄電池中儲(chǔ)存電能的功率和能力，即蓄電池的容量，即鉛酸蓄電池在充滿電后，根據(jù)具體放電條件要求，當(dāng)鉛酸蓄電池被放電至固定端電壓時(shí)，其可能直接釋放出來(lái)的電能量就被稱為蓄電池容量，通常采用符號(hào)c來(lái)表示。使用單位為安培每個(gè)小時(shí)(A.h)。所以在鉛酸電池進(jìn)行恒流恒壓放電使用過程中，其電池容量大小可直接用恒流放電過程電流與電池放電過程持續(xù)時(shí)間的容量乘積公式來(lái)精確表示。(2)放電深度(DOD)是一種用來(lái)計(jì)算和描述蓄電池從給定期限內(nèi)釋放出來(lái)的電量占蓄電池總額定容量的百分比。其對(duì)于電池的使用壽命非常重要，通常放電的深度和電池壽命有正正相關(guān)比，當(dāng)電池的放電深度減少到30%以下時(shí)，許用的充放電循環(huán)次數(shù)高達(dá)1200次左右，一般不應(yīng)該采取深度放電或者淺化式放電。在風(fēng)-風(fēng)互補(bǔ)獨(dú)立供電系統(tǒng)中，常采用深循環(huán)電池，一般推薦30-50%放電深度[32]。(3)電池的荷電狀態(tài)(SOC)是電池最重要的特性參數(shù)。電池的充放電方式對(duì)于電池的維護(hù)和延長(zhǎng)電池的使用壽命是非常重要的。在獨(dú)立式風(fēng)-風(fēng)互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中，當(dāng)其風(fēng)速相對(duì)持續(xù)高且日照充分時(shí)，電池的電壓很有可能會(huì)大大超過其額定電壓的1.25倍，如果天氣狀況不理想，電池的額定電壓可能會(huì)小于其額定電壓的0.8