厲 偉，李 響，邢作霞

（沈陽工業(yè)大學(xué)，遼寧 沈陽 110870）

離網(wǎng)型風(fēng)光儲系統(tǒng)穩(wěn)定性測試分析

厲 偉，李 響，邢作霞

（沈陽工業(yè)大學(xué)，遼寧 沈陽 110870）

離網(wǎng)型風(fēng)光儲系統(tǒng)運行過程中的電壓和頻率是否穩(wěn)定是整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件。以離網(wǎng)型風(fēng)光儲為載體對各分布式電源輸出能力以及整體穩(wěn)定性進行試驗分析，驗證在離網(wǎng)模式下系統(tǒng)是否能夠保證用戶供電的穩(wěn)定性和可靠性。通過由3 kW的風(fēng)力發(fā)電機、3 kW的光伏電池以及1 000 Ah的蓄電池組成的系統(tǒng)進行試驗，測量系統(tǒng)在運行過程中不同負荷下的輸出特性來檢測系統(tǒng)是否穩(wěn)定。試驗結(jié)果表明在不同類型負荷情況下系統(tǒng)的輸出特性維持穩(wěn)定，可以滿足用戶在不同類型負荷下正常使用。

風(fēng)光儲；離網(wǎng)運行；穩(wěn)定性分析

近年來，分布式發(fā)電越來越受到人們的重視，尤其是以風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電和蓄電池組成的基本模型得到了廣泛的推廣。文獻［1-2］中，作者主要闡述了太陽能發(fā)電的應(yīng)用前景并對一體化發(fā)電站的設(shè)計進行了構(gòu)思。文獻［3］中，作者結(jié)合實際案例描述了風(fēng)光互補的發(fā)展前景以及實際應(yīng)用。文獻［4］中，作者針對離網(wǎng)型風(fēng)光儲系統(tǒng)進行了測試平臺建立和研究。文獻［5］中，作者對離網(wǎng)型風(fēng)光儲發(fā)電系統(tǒng)的容量配置和優(yōu)化設(shè)計進行了分析研究，均未涉及離網(wǎng)型風(fēng)光儲系統(tǒng)的運行狀態(tài)研究。因此，本文在風(fēng)光儲發(fā)電站的基礎(chǔ)之上，對風(fēng)光儲在離網(wǎng)運行時的輸出特性進行了試驗分析。試驗過程中通過對系統(tǒng)施加不同類型的負荷并通過示波器來驗證系統(tǒng)輸出特性，結(jié)果表明系統(tǒng)帶任何類型的負載，輸出電壓的波形始終保持穩(wěn)定，并且不隨外部負載的突變而產(chǎn)生巨大變化，可以滿足用戶的需求。

1 風(fēng)光儲系統(tǒng)

分布式電源（Distributed Generating Source，DGS）包括功率較小內(nèi)燃機（Internal Combustion Engines）、微型燃氣輪機（Micro-turbines）、燃料電池（Fuel Cell）、可再生能源如太陽能發(fā)電的光伏電池（Photovoltaic Cell）和風(fēng)力發(fā)電等［6-13］。離網(wǎng)型風(fēng)光儲系統(tǒng)則是由風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電以及蓄電池組成的獨立系統(tǒng)，該系統(tǒng)承擔(dān)對負荷的所有供電要求。文中所提的離網(wǎng)型風(fēng)光儲系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)中，風(fēng)力發(fā)電機和太陽能所發(fā)出的電能由能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)（PCS）進行控制為蓄電池儲能，通過電池管理系統(tǒng)（BMS）監(jiān)測蓄電池的儲能情況。通過BMS能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過度充電和過度放電，延長電池的使用壽命。通過蓄電池向系統(tǒng)中的負荷供電［14］，滿足用戶的不間斷供電。

圖1 離網(wǎng)型風(fēng)光儲整體機構(gòu)圖

2 逆變器

在該系統(tǒng)中，風(fēng)力機和光伏電池所發(fā)的電能通過PCS控制輸入到蓄電池中儲存，最后蓄電池通過逆變器轉(zhuǎn)換為用戶所需的220 V交流電。逆變器的仿真模型［15］如圖2所示。

圖2 逆變器仿真模型

圖2中逆變器模型由主電路和控制電路兩部分組成，通過控制電路生成的PWM驅(qū)動信號控制主電路中逆變橋開關(guān)管的通斷，來輸出所需的交流電。通過逆變橋之后的LC濾波器來進行濾波，輸出理想的正弦電壓波形。利用上述逆變電路進行仿真，通過在不同時段負載的增減測試逆變器輸出電壓的穩(wěn)定性。仿真所得電壓和電流波形如圖3所示。

圖3 逆變器穩(wěn)定性分析

從仿真波形可以看出，系統(tǒng)在4.5 s時負載增加，系統(tǒng)的輸出電流降低，輸出電壓波形則保持穩(wěn)定；在8.5 s時再切除所加負載，系統(tǒng)輸出電流恢復(fù)到原始值，而輸出的電壓波形始終保持穩(wěn)定。因此可以得出，所設(shè)計逆變器的各項參數(shù)可以保證在系統(tǒng)所加負載變化的情況下保證系統(tǒng)輸出電壓的穩(wěn)定性，可以在實際中得到應(yīng)用。

3 試驗分析

為了驗證該系統(tǒng)在不同類型負荷下的輸出特性，本文依托真實的離網(wǎng)型風(fēng)光儲系統(tǒng)進行了試驗，通過對系統(tǒng)運行過程中負荷端空載、加入純感性負載、加入純阻性負載以及加入阻感性負載并通過示波器來對系統(tǒng)的輸出特性進行觀察分析。

3.1 系統(tǒng)空載運行

系統(tǒng)在運行過程中始終處于空載狀態(tài)，運行10 min。得出空載運行電壓輸出曲線如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)空載運行曲線

圖5 系統(tǒng)帶阻感負載的輸出電壓波形

由圖4可以看出，系統(tǒng)的輸出電壓呈標準正弦波形，且無任何波動。

3.2 系統(tǒng)帶阻感性負載運行

系統(tǒng)在運行過程中在系統(tǒng)輸出端加入阻感性負載，運行10 min。得出帶阻感性負載運行電壓、電流輸出曲線如圖5、圖6所示。

由圖5和圖6可以看出，在系統(tǒng)輸出端施加阻感性負載之后，系統(tǒng)的電壓輸出曲線出現(xiàn)諧波，但是波形穩(wěn)定無振蕩，不影響系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。而系統(tǒng)的電流輸出波形有了各次諧波的疊加。

3.3 系統(tǒng)帶純感性負載運行

系統(tǒng)在運行過程中在系統(tǒng)輸出端加入純感性負載，運行10 min。得出帶純感性負載運行電壓、電流輸出曲線如圖7、圖8所示。

圖6 系統(tǒng)帶阻感負載的輸出電流波形

圖7 系統(tǒng)帶純感性負載的輸出電壓波形

圖8 系統(tǒng)帶純感性負載的輸出電流波形

由圖7和圖8可以看出，在系統(tǒng)輸出端施加純感性負載之后，系統(tǒng)的電壓輸出曲線無任何波動，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。而系統(tǒng)的電流輸出波形有了各次諧波的疊加。

綜合以上系統(tǒng)帶各種類型負載所得出的輸出電壓波形可以看出，系統(tǒng)在任何時候的電壓波形均保持穩(wěn)定無振蕩。電流波形會隨著負載的變化呈現(xiàn)一定范圍的波動，并不影響系統(tǒng)的整體運行。

4 結(jié)束語

本文在離網(wǎng)型風(fēng)光儲系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)逆變器輸出電壓穩(wěn)定性進行了試驗驗證，通過對系統(tǒng)增加不同類型的負載，來測試系統(tǒng)在運行過程中的輸出電壓波形。試驗結(jié)果驗證所設(shè)計的逆變器，不論帶任何類型的負載，系統(tǒng)均保持穩(wěn)定可靠，不會受外界條件干擾，可以滿足供電的穩(wěn)定性和可靠性。

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Stability Analysis of Off?grid Wind／PV／Battery Hybrid Power System

LI Wei，LI Xiang，XING Zuo?xia
（Shenyang University of Technology，Shenyang，Liaoning 110870，China）

Voltage and frequency stability is a necessary condition for stable operation of the whole system during Off?grid wind／PV／battery hybrid power system.This paper analyses each distributed power output capability and overall stability based on Off?grid wind／PV／battery hybrid power system，verifies that the network model in vitro system is able to ensure the stability and reliability of electric?ity supply to customer.The system composed by 3 kW wind turbine system，3 kW photovoltaic cells and 1 000 Ah battery.This method can detect whether the system stable by measuring system output characteristics under different loads.Experimental results show that the output characteristics of the system under different types of load remained stable，consumers can normally be used in different types of loads.

Wind／PV／battery hybrid power system；Off?grid operation；Stability analysis

TM614

A

1004-7913（2015）06-0041-03

厲 偉（1962—），男，教授，研究領(lǐng)域為現(xiàn)代高電壓試驗技術(shù)、高電壓絕緣、絕緣在線檢測、智能電器及測試技術(shù)。

2015-03-27）