小型风光互补系统的仿真分析

论文总字数：18879字

目 录

1.引言 1

1.1 研究内容和背景 1

1.2 我国太阳能和风能资源分布与分析 1

2.风光互补系统的组成结构 3

2.1 风力发电系统运行原理 3

2.1.1 风的参数 3

2.1.2 风能的基本情况和特点 4

2.1.3 风力发电的理论和分类 4

2.2 太阳能发电系统运行原理 5

2.2.1 太阳能发电的原理 6

2.2.2 太阳能电池的参数特性 6

2.3 蓄电池 8

2.4 DC/DC变换器 9

2.5 控制器 10

2.6 整流器 12

2.7 永磁同步发电机 13

3. 风光互补系统的建模 13

3.1 风力发电机建模 14

3.2 太阳能发电机建模 15

3.3 永磁同步发电机建模 17

3.4 Buck型DC/DC变换器和PWM信号产生器 17

3.5 最大功率跟踪控制模块 18

4. 风光互补系统的仿真 20

4.1 风力发电组的仿真 20

4.2 太阳能放电系统仿真 23

4.3 风光互补系统的仿真 27

5. 总结 28

参考文献 29

致谢 30

小型风光互补系统的仿真分析

张凯威

, China

Abstract: In order to make the mountain effective use of local natural resources for power generation，It is study a complementary system, which uses the maximum power controller to realize the perturbation observation, and adjusts the power by changing the step size, so that the system can output the maximum power more quickly, and building the Matlab simulation based on the maximum power controller and the buck DC/DC converter, combining the wind system and photovoltaic system. The simulation results show that, regardless of the external factors, the output power of the cloud complementary system can always reach the maximum stable power by disturbance.

Key word: Maximum Power Controller；Wind and Solar Complementary System,；Disturbance Observation Method；Maximum stable power

1. 引言

1.1 研究内容和背景

在我国大城市里，发电设备充足，用电也比较普遍。然而在一些偏远山区，繁杂的地形，使电力传输难度大，传电成本大。所以必须实现自己发电，自给自足。因为地形复杂，煤等燃料运输也具有较大的难度。所以利用化石能源发电是不切实际的，必须里用当地充足的太阳能和风能进行发电。然而风能和太阳能的输出都是变化的，单一能源发电并不可以满足用户的需求。由于在山区太阳能和风能具有互补性（山区日间太阳光比较充足，风就相对比较少；晚上没有太阳光，风就比较充足，所以就考虑使用一种风光互补系统来进行发电，来实现当地的用电需求。还有光能是目前世界上最有代表性的清洁能源。风能也是无污染和可再生的。这样既能减轻当地的能源负担，有较强的经济效益；又能达到保护环境的目的。

风光互补系统如图 1 所示：

图1 风光互补系统结构

1.2 我国太阳能和风能资源分布与分析

（1）太阳能资源

我国光能能源地域按照太阳能的分布的丰富程度，如表1，可以划分为四类，其中第二类地区，也就是全年辐射量第二的地区，其在我国的面积就达到了66%以上，这些地区太阳能产量可以说是较为丰富的地区，利用率也是比较高的地区。

表1 我国太阳能资源分布

（2）风能资源

我国按照陆地与海洋的距离划分可分为五类地区：

表2 我国风能资源分布

（3）我国资源分析

根据数据分析，西藏地区和内蒙古地区是最理想的风光互补发电地区，因为两个地方两种资源都相对是最丰富的，所以在西北地区都比较适合使用这个系统。

1. 风光互补系统的组成结构

2.1 风力发电系统运行原理

简单的来说，风是最熟悉的自然现象。风的形成：是由空气的流动。大气把空气从气压高处往气压低处压，从而形成了风。而大气的流动是由于太阳的照射产生了气压差，也就可以说风是由太阳能产生的。

不同的地形也会使风的形成不同：

海陆风和陆海风：由于海面温度比地面上温度上升得慢。所以在白天里，地面上的温度要比海面上的温度高，说以陆地表面的空气会上升，从未导致陆地表面压强比较低，进而形成了由海面吹向陆地的海陆风；相反，在晚上时，海面的温度比陆地表面高，就形成了陆海风。

山风和谷风：在白天的时候，太阳照着山上，升高了山上的空气温度，然后山上的空气会上升，导致山上的气压减小，就形成了山谷向上山吹的谷风；相反，到了晚上，山谷的温度比山上高，于是就形成了风从山上向山谷吹的山风。

2.1.1 风的参数

风的两个重要参数是风向和风速。

风向：风吹来的方向。

风速：气流在单位时间内流动的距离。

风速一般是指地面向上10米高的风速，因为风的速度是不断变化的，所以会用十分钟内所测得风的速度的平均值。

空气流过所产生的动能实际上就是风能的大小。因此在时间内，气流径直经过单位面积所产生的能量就是风功率

(1)

式中是风能，

风速，

是空气密度。

因为风速变化很快，又没有规则，所以要用一段工夫的查看来得出它的平均风速，

因为风能潜力和平均风能密度有关。所以要知道一个地方的风能潜力，就要先要求出它的均匀的风力密度，可是要求出这个值，必须还得了解风速的分布，所以可以用下式2求出：

(2)

2.1.2 风能的基本情况和特点

2.1.2.1 风能的基本情况

表3 中国风能区分布的百分比

2.1.2.2 风力发电机组的特点

（1）清洁的可再生能源

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