风光互补发电系统应用及分析

风能、太阳能是可再生清洁能源，我国幅员辽阔，陆地表面接受的太阳辐射能约为5×1019 kJ/ a，可开发利用的陆地及近海风能储量约为1×109 kW，风、光资源十分丰富。由于风能、太阳能受地理条件、气象环境影响很大，大多数情况下，夏半年风力资源贫乏，白昼风速下降，风力发电量下降；冬半年太阳能辐射量降低，夜间无太阳辐射，太阳光伏发电不足。风能与太阳能在时间和空间上的互补性，弥补了风电和光伏发电独立系统在资源上的缺陷，决定了风光互补发电比单一的风力发电或太阳能发电更为高效。

1、风光互补发电系统研究及应用现状

自丹麦学者1981 年提出风光互补发电的设想以来，国内外在此领域开展了许多研究工作，取得了许多重大研究成果，近年的研究主要集中在系统的优化设计和资源合理配置方面。国外一些研究机构通过模拟不同系统配置的性能参数、供电成本等，利用功率匹配法和能量匹配法，推出一些计算风光互补系统最佳配置的大型软件，其中以美国可再生能源研究实验室合作开发的hybrid2 软件功能最为强大和出色。

在风光互补优化匹配计算、系统控制方面，国内许多科研院所也开展了大量的研究工作，取得了一些技术上的突破。目前，我国离网型风光互补发电系统技术比较成熟，已经被广泛应用于电网覆盖不到的边远村落、通信基站、路灯、边防哨所等边远地区的独立供电系统，其系统匹配由气象资料、太阳日辐射、风频分布、地理条件、负荷状况优化配置。具有代表性的如：装机100 kW 的西藏那曲双湖风光互补发电站，广州华南快速干线、湖南邵永（邵阳至永州）等高速公路的全程监控风光互补供电系统，上海、天津、长沙、鄂尔多斯等地的风光互补路灯，渤海石油平台风光互补供电系统，洪湖风光互补渔船供电系统等。

自2004 年底我国第1 个并网运行的风光互补示范电站---华能南澳 54 MW／100 kWp 风光互补电站投运以来，经过多年风光互补示范电站运行经验的积累，伴随着光伏组件价格的下降和技术研究的深入，近年来，多家发电公司开始大力推进大型并网风光互补电站的建设。目前在建的风光互补并网电站主要有：河北尚义国华风电场的2.5 MW风光互补并网发电电站（风电1.5 MW，光伏发电1 MWp）；山西国际电力集团右玉县小五台风电场风光互补并网发电项目（光伏规划20 MWp，一期10 MWp；风电已投产33×1.25 MW=41.25 MW）；华电内蒙古能源有限公司二连浩特风光互补发电项目一期工程（风电50 MW，光伏22 MWp）；中国节能环保集团公司玉门昌马山风电场内的风光互补项目，一期工程光伏装机10 MWp。

2、风光互补发电系统的结构

风光互补发电系统主要由发电系统、控制系统、逆变器和储能系统组成。风电和光伏发电系统在储能和逆变器环节上是通用的。控制系统是整个系统最主要和最重要的核心部分，它根据日照强度、风力大小及负载的变化，相应调节蓄电池组的工作状态，把富余的电能存储，在电量不足时释放，确保系统工作的连续性和稳定性。

并网型风光互补发电系统一般有两种形式：带有蓄电池的可调度式和不带蓄电池的不可调度式。带蓄电池的并网系统因为蓄电池的存在，可通过开关切换工作于多种模式，整个系统可起到能量调节器、有源功率滤波器和不间断电源的作用。可调度式又分为功率调度模式和功率平均模式。功率调度模式接入电网功率由调度命令确定，调度和输出功率的

偏差由储能系统平衡，其系统造价高，但易于被电网接受。功率平均模式接入电网的功率是输出功率的均值。不可调度式由于没有蓄电池，系统造价低，但接入电网功率波动大且不易控制。

并网控制主要有三种回路形式：工频变压器隔离方式、高频变压器隔离方式和无变压器方式。工频变压器隔离方式安全性、可靠性较高，是大功率下采用最多的结构形式，但系统整体比较笨重，效率相对较低；高频变压器隔离方式将太阳能电池和风机发出的电压变换为直流电压，再经过逆变后直接与电网相连，它系统体积小、重量轻，适合小功率场所；无变压器方式在并网系统中已成为当前研究的热点，它采用无隔离的DC- DC 变换器将太阳能电池阵列的直流电压提升到逆变器并网需要的直流电压后，经逆变与电网接入，它

在尺寸、重量和效率上具有更大的优势。

3、并网型风光互补发电系统存在的问题

由于风、光资源的不确定性导致发电负荷的不稳定，风光互补发电系统需要配置一定容量的蓄电池进行调节。蓄电池充、放电速度较慢且次数有限，无法满足抑制风光功率快速波动的要求，可能导致蓄电池组长期处于亏电状态而使其寿命降低。为此，需进一步研究风光互补发电系统的体系结构，寻找大功率、充放电迅速、经济性、可靠性更高的蓄能方式，比如：蓄电池和超级电容的混合储能系统等，据此合理配置互补发电系统，降低其建设费用。

风先互补发电系统最佳的容量配比需考虑风光资源状况和投资收益率，其管理和控制系统比单独的风电、光伏发电系统复杂得多。为了使风光互补发电系统既可作为一个整体并入电网，又能够分解为独立运行单元，就需要可适用于多种通讯方式的兼容协议，便于控制系统的功能的扩展，方便数据采集、控制设备接入。目前一些研究机构已经着手从事该领域的研究工作。

目前国内对风光互补发电系统的研究多集中在系统的静态体系结构的研究、系统控制与仿真等领域，而动态运行特性直接反应系统的实际工况，对系统的稳定性、安全性要求较高，直接影响到系统的运行成本和运行质量。因此，应加强系统各组成部分的动态运行特性方面的研究。