风光互补发电系统

Wind-Solar Photovoltaic Hybrid Generate

Generation System

风光互补，是一套发电应用系统，该系统是利用太阳能电池方阵、风力发电机（将交流电转化为直流电）将发出的电能存储到蓄电池组中，当用户需要用电时，逆变器将蓄电池组中储存的直流电转变为交流电，通过输电线路送到用户负载处；对于富余的电能则送入外电网。由于是风力发电机和太阳电池方阵两种发电设备共同发电，可以在资源上弥补风电和光电独立系统的缺陷：实现昼夜互补——中午太阳能发电，夜晚风能发电；季节互补——夏季日照强烈，冬季风能强盛；稳定性高——利用风光的天然互补性，大大提高系统供电稳定性。

小型风光互补发电系统

小型风光互补发电系统一般由一个或几个中小型风力发电机与若干太阳电池组件组成电力来源，电力送入风光互补控制器，在控制器内先转换成直流电，根据控制需要直流电可向蓄电池组充电与逆变成交流电。小型风光互补发电系统可以是离网的独立供电系统，发出的交流电供用户自己使用，也可以组成并网系统，把多余的交流电可送向电网。图1是小型风光互补发电系统组成示意图。

图1 小型风光互补发电系统示意图

图2是小型（容量为数千瓦至数十千瓦）风光互补发电系统主电路示意图，在控制器有风电的直流变换电路；光伏输入的直流变换电路；产生工频的逆变电路，以及相关的检测与控制电路。各电路主要功能如下：

为了使系统能满足常用电器的需要，系统多余电量能送入外电网，系统输出为380V三相交流电，逆变器具有并网功能。逆变器由三相桥式逆变电路组成，输出有滤波器，滤波器类型根据本地负荷与电网的特性选择；逆变器输出供给本地用户使用，可通过并网开关连接外电网。逆变器从直流母线输入，为了使逆变器正常工作，直流母线电压应在650V左右。较小型逆变器因蓄电池电压较低造成直流母线电压较低，需在逆变器直流输入侧增加升压电路。

一般风力发电机输出为交流输出，1kW以下的微型风力发电机有低压单相交流输出或三相交流输出；1kW以上的小型风力发电机为三相交流输出。小型风力发电机多自带整流器，许多小型风力发电机可选配各种控制器。在本例中，风力发电机的输出经三相桥式整流后再通过Boost 变换器（升压电路）送到直流母线；同样，太阳电池阵列的输出也通过Boost 变换器送到直流母线，直流母线向逆变器输送直流电。若系统经常作为独立电源使用，还应配备蓄电池，蓄电池接在直流母线上。直流母线可同时并入几个小型风力发电机与太阳电池阵列。为简化电路图在图中未绘出卸载电路。

图2 小型风光互补发电系统主电路

图3 是网络上的小型风光互补发电系统照片，左图采用的是小型水平轴风力发电机，右图采用的是小型垂直轴风力发电机。

图3 小型风光互补发电系统（照片来自网络）

风光互补LED路灯系统

微型风光互补系统在公共照明领域得到较广泛的应用，每个路灯完全利用风和太阳光能为灯具供电（无需外接电网），具有风能和太阳能产品的双重优点，由风、光能协同发电，电能储于蓄电池中，开关智能控制，自动感应外界光线变化，无须人工操作，特别适用于高速公路、城市道路、防洪堤、景观道路与乡村结合道路 。

风光互补路灯系统电路结构简单，特别是现在采用低电压的LED路灯，不需高压电路，系统相对简单，图4是一个风光互补路灯的主电路图。

微型风力发电机与光伏电池组件通过各自的变换电路输出相同的直流电压连接在一起，并通过防反流二极管向蓄电池充电。LED电流控制电路可输出稳定的电流，并可控制电流大小，同时也是LHD灯的开关，待天黑时系统启动LED电流控制输出电流到LED灯，天亮后关闭。电路中还有卸载电路，在蓄电池充满电后，电有富余时，为保护风力发电机与光伏组件，开通卸载电路把富余电量泄放掉。

图4 风光互补路灯主电路图

图5是网络上的风光互补路灯照片，左图是垂直轴风力机，右图是水平轴风力机。

图5 风光互补路灯（照片来自网络）

大型并网风光互补发电系统

在阳光与风力充沛的荒漠地带可建大型并网风光互补电站。图6是一个数百千瓦的中型风光互补电站组成示意图。风力发电机经风力发电并网控制器将电能并入380V母线；太阳电池阵列经光伏发电并网控制器将电能并入380V母线；380V母线电能再经过电力变压器升压至35kV送入输配电网，这里风能与太阳能是通过380V母线并在一起的，系统可能有多个风力发电机与多个太阳电池阵列组成。考虑特殊情况，系统有蓄电池备份电能。

图6 大型风光互补发电系统示意图

图7是该系统主电路示意图，各单元工作原理与前面相同，这里不再介绍了。不同的是各并网控制器都有高频变压器进行输入与输出的隔离，因为系统可能由多个风力发电机与多个太阳电池阵列组成，防止个别机组漏电影响整个系统运行。

图7 大型风光互补发电系统主电路

图8与图9是网络上大型风光互补发电系统的照片。

图8 大型风光互补发电系统（照片来自网络）

图9 大型风光互补发电系统（照片来自网络）