国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志
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Ramalakshmi太太。T1杰里尔·吉尔达女士。年代2
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| 有关文章载于Pubmed，谷歌学者 |
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随着人们对能源问题的日益关注，可再生能源的开发越来越具有吸引力。在过去的几年里，光伏发电和风力发电有了显著的增长。分析了风力/光伏混合发电系统的能量流和运行特性，以实现其最佳可靠运行。本文提出了混合发电系统，应用先进的功率控制技术对电源进行馈电;风能，太阳能，蓄电池。提出了一种基于光伏(PV)的动态电压恢复器(DVR)。否则，当电网无法供电时，它将作为不间断电源(UPS)运行。基于PV的DVR系统由PV系统与高、低功率DC-DC Boost变换器、PWM电压源逆变器、串联注入变压器和半导体开关组成。利用MATLAB进行了仿真研究，并给出了仿真结果。
关键字 |
| 风力发电系统，太阳能光伏系统，并网接口逆变器，MPPT，蓄电池，动态电压恢复器(DVR)，电压凹陷，电压膨胀，DC-DC变换器，MATLAB。 |
介绍 |
| 为了减少发电系统的温室气体排放，满足日益增长的电力需求，环境问题已成为可再生能源与储能系统集成的新趋势之一。特别是风能和光伏能源技术的优势增加了它们在混合配置中的使用，因为它们是零排放的，没有能源成本。混合风能/光伏系统是最有效的解决方案之一，既可以直接向公用电网供电，也可以直接向隔离负载供电。将动能转化为机械能的风力发电机带动风力发电机产生交流电能，再转化为直流电能，形成共同的直流环节。太阳能光伏板是一种非线性电源，其输出功率随温度变化而变化。由于单个太阳能电池的电压较低(通常为0.6V)，几个电池被组合成光伏模块，这些模块依次连接在一起形成阵列[2]。与直流链路相比，阵列的输出电压较低。为了提高阵列的输出电压，采用了dc-dc变换器。本文采用buck-boost变换器。MPPT控制器用于跟踪SPV模块[5]的峰值功率。 The power extracted from the hybrid wind/PV system is transferred to the grid through a three - phase inverter at synchronized grid frequency |
2问题公式化 |
| A.光伏发电系统 |
| 光伏电池可由与二极管并联连接的电流源表示。等效电路模型还包括分流电阻(Rsh)和串联电阻(Rs)。PV大小变量包括PV面板的大小和PV阵列中的字符串数量。串联中需要连接的光伏板的必要数量是由与母线工作电压相匹配的面板数量得出的。光伏板的输出必须包含地理位置的输入，如辐照度、温度等。图1为光伏板的等效电路。光伏板在任何时刻的输出电流和输出功率t '可计算为: |
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B. MPPT算法 |
| 在光伏应用中，为了从太阳能电池板获得最大功率，MPPT算法是必要的，因为太阳能电池板的MPP(最大功率点)随着辐照和温度的变化而变化。本文采用增量电导(INC)算法进行最大功率点跟踪。增量电导利用PV阵列的增量电导dI/dV来计算dP/dV的符号。它使用从最大功率点dP/dV = 0的条件导出的表达式来实现这一点。从这个条件开始，可以证明，在MPP下dI/dV = - I/V。因此，增量电导可以确定MPPT已经达到MPP并停止扰动工作点。如果不满足这个条件，可以利用dI/dV和-I/V的关系来计算MPPT工作点必须被扰动的方向。流程图如图2所示。 |
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C.风力发电系统 |
| 风力发电系统利用空气动力学设计的叶片将风力转化为旋转的机械能。风力发电机每一瞬间的能量和电流取决于当地的天气条件和风力发电机的实际安装重量。风力涡轮机通常是并联的，而不是串联的。风力机的等效电路如图3所示。 |
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| 在那里, |
| Pw是输出功率，单位是瓦 |
| Pa是从风中提取的输出，单位是瓦 |
| Pwt为产生的输出功率，单位为瓦 |
| ηw为风力涡轮机的效率。 |
| ηg是发电机的效率。 |
| ρa是空气的密度。 |
| CP为风力机的功率系数。 |
| A为风力机扫掠面积。 |
D.蓄电池 |
| 电池用于在低发电量期间储存多余的能量。等效电路电池如图4所示。 |
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E.整流器配套的发电机型号 |
| 感应发电机和同步发电机都可以用于风力发电机系统。风力发电转换系统主要采用三种类型的感应发电机:笼型转子、带滑移控制的绕线转子和双馈感应转子。本项目选用无齿轮多极永磁同步发电机(PMSG)，由于无转子电流、无需齿轮箱使用，效率更高，维护更少，因此具有较好的吸引力，这也意味着减轻了发动舱的重量，降低了成本。它利用从风中获得的机械能发电。风力发电机控制器由三相二极管桥式整流器组成，它将风力发电机产生的交流电转换为直流电。三相二极管桥式整流器由六个整流二极管组成。风力发电机的变频输出电压被整流为无调节直流电压。 |
3风力/光伏混合发电系统并网模型 |
| 混合能源系统通常包括两种或两种以上的可再生能源一起使用，以提供更高的系统效率和更大的能源供应平衡。在这个项目中，混合能源系统是一个光伏阵列加上风力涡轮机。系统原理图如图5所示 |
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| 电网互联将混合风力/SPV系统的可变频率和幅度输出转换为公用电网的同步频率。混合风力/SPV系统的可变频率和幅度输出电压被转换为直流电压或所谓的直流链路。电网侧逆变器将直流链路电压转换为电网的同步电压。采用正弦脉宽调制(SPWM)产生门脉冲。图6为风/光伏混合发电系统与图6所示电网连接的MATLAB - Simulink |
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| 输出的电网电压和电网电流是同相的，以单位(p.u)表示。它是通过锁相环(PLL)实现的。锁相环由鉴相器(PD)、低通滤波器、压控振荡器(VCO)和反馈分压器组成。并网混合动力系统输出波形如图7所示。 |
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| 图7显示了负载电压、负载电流、功率输出和直流链路电压波形。它是太阳能和风能的结合。这里的负载是电阻性负载。负载电压200V AC，负载电流2A，输出功率200w。 |
四、利用DVR提高电能质量 |
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| 所提出的基于PV的DVR的框图如图8所示。该系统主要由光伏阵列、高、低功率DC/DC升压变换器、电池、PWM逆变器、串联注入变压器、半导体开关S1、S2、S3、R1和R2组成。 |
| 注入变压器与负载串联，用于恢复凹陷和膨胀，停电时通过开关S1、S2和S3重新配置为并联。DVR可以通过串联注入变压器注入电压来补偿负载上的电压降。注入电压与电源电压相一致。正常情况下，电源电压等于负载电压零角。在凹陷期间，电源电压下降到低于其标称值的值。DVR对凹陷事件作出反应，并注入与电源电压相匹配的补偿电压Vinj，以恢复电压在标称值。该方法实现简单，计算速度快，尤其适用于VR补偿电压的计算。DVR (VDVR)的注入电压可表示为: |
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| 逆变器是DVR的核心部件。它的控制将直接影响DVR的动态性能。采用正弦脉宽调制(SPWM)方案。载波波形为频率较高(1080 Hz)的三角波。调制指数根据来自PI控制器的输入误差信号而变化。SPWM的基本思想是将正常频率50hz的正弦控制信号与三角形载波信号进行比较。当控制信号大于载波信号时，开关打开，其计数器开关关闭。逆变器的输出电压减轻了凹陷，膨胀和停电。如果可用，直流电压可以使用光伏阵列。否则，线路电压被整流，直流能量储存在电池中。 |
a .基于PV的DVR仿真模型 |
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| DVR被模拟为仅当电源电压与其标称值不同时才运行。它减少了公用电网的能源消耗。当光伏阵列产生的功率超过负载需求时，多余的功率存储在电池中。因此，在无注入期间，光伏阵列中产生的电力为电池充电。在夜间，光伏阵列输出电压过低。在那个时候，电池由电源充电。采用可编程三相电压源在源端提供单相可变电压。无DVR的PV系统输出波形如图10所示，基于并网PV的DVR输出波形如图11所示。 |
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诉的结论 |
| 混合动力系统是清洁能源生产的正确解决方案，混合太阳能和风能提供了一种现实的发电形式。在该系统中，可以使用并网光伏/风力发电机组(GCPW)混合系统为负载提供持续电力。结果表明，采用MPPT系统可获得光伏阵列的最大功率。实现了MPPT算法。在MATLAB-SIMULINK环境下对该系统进行了仿真。 |
参考文献 |
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