长江大学电子信息学院，湖北 荆州

收稿日期：2021年11月6日；录用日期：2021年12月9日；发布日期：2021年12月17日

摘要

新能源的应用日趋广泛，太阳能和风能有着解决环境恶化等问题的优势。在综合能源利用中，存在一定的资源浪费问题；在目前风光电综合发电系统中，没有根据负载功率提前规划光电和风电的功率。因此，为优化风光电综合发电系统中的设备配置，本文提出了一种风光综合发电系统规划的方法，该方法对负载功率及负载工作时间等参数进行分析与计算，并综合考虑环境因素及太阳能发电和风能发电相互配置关系，为太阳能与风能综合发电系统的设备配置提供参考，并基于上述方法设计了一个风光综合发电的配置系统，具有相应的工程应用价值。

关键词

负载功率，风光综合发电系统，工程设计

Design of Integrated Wind Solar Power Generation System Based on Load Power

Ruiling Ouyang, Changxin Cai, Tianya Chen

College of Electrical and Information, Yangtze University, Jingzhou Hubei

Received: Nov. 6^th, 2021; accepted: Dec. 9^th, 2021; published: Dec. 17^th, 2021

ABSTRACT

The usage of new energy is becoming more and more widespread. Solar energy and wind energy have the advantages of solving the problems of environmental deterioration. In comprehensive energy utilization, there is a certain waste of resources. At present, solar and wind energy generation are not planned in advance according to the load power. Consequently, for the sake of optimizing the equipment configuration of the combined wind and solar energy generation system, a planning method combination of wind and solar energy generation system is proposed in this paper. This method analyzes and calculates the parameters such as load power and load working time, and comprehensively considers the environmental factors and the mutual configuration relationship between solar energy generation and wind energy generation. It provides a reference for the equipment configuration of solar and wind energy integrated generation system, also designs a configuration system of wind and solar energy integrated generation based on the above method, which has the corresponding engineering application value.

Keywords:Load Power, Wind Solar Power Integrated Generation System, Engineering Design

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1. 引言

当今时代，电力的供应已经不再是一个独立的问题，还存在着不断恶化的环境问题和更加严重的资源浪费问题 [1]。太阳能和风能作为循环利用的能源，在发电系统应用上起到了很好的实际效果，并且现在太阳能和风能综合发电系统从设计到运行以及优化控制都已经有了很多的研究成果 [2] [3] [4]。但在实际应用中，为了减少资源浪费，根据负载功率能够实现提前规划发电功率的风电综合发电系统设备选择还很少 [5]，风光综合发电系统中发电设备的合理规划配置还有待探讨和研究。因此本文提出了一种风光电综合发电系统规划的方法，并基于该方法设计了一个风光综合发电的配置系统，选取的是鄂尔多斯地区为例，进行风光综合发电系统的规划配置，为实际工程应用设计提供一定的参考。

2. 风光发电系统的规划设计

2.1. 风光发电系统的概述

风光综合发电系统是通过太阳能和风能这两种可再生能源的综合使用进行发电，是有效解决环境恶化的新能源发电系统 [6] [7]。特别是在目前资源严重短缺和环境恶化的情况下 [8]，利用太阳能和风能综合发电是最佳的选择。目前，风光综合发电系统主要结构包含：太阳能电池板组、风力发电机组、控制器、逆变器、蓄电池组、负载等构成 [9]。风光综合发电系统中的电能来源于太阳能电池板组和风力发电机组，风光综合发电系统原理图见图1。

图1. 风光综合发电系统原理图

2.2. 风光综合发电系统规划的方法

本文提出的风光综合发电系统规划的方法是根据统计已知负载功率的大小和负载的工作时间得到负载平均日耗电量。根据风光占比来算出所需风能日发电量和太阳能日发电量，从而得出所需风力发电机发电功率和太阳电池板发电功率。结合风力发电机和太阳能电池板的额定功率，得出风力发电机和太阳能电池板所需的数量。考虑到在连续多天没有太阳能发电的情况下，仅用蓄电池剩余电能和风力发电来保证负载的正常运行，以此分析来估算所需蓄电池的容量，结合市面上蓄电池的容量，得出所需蓄电池的个数。

2.3. 风光综合发电的配置系统

本文提出的风光综合发电的配置系统是基于风光综合发电系统规划的方法设计的，为后续风光综合发电系统的设备配置提供参考。基本原理是将负载参数、蓄电池参数、风力发电参数、太阳能发电参数、地区天气情况和其他初始参数输入配置系统，经过分析计算得出风光综合发电系统的设备配置结果，从而给风光发电系统的设备配置提供合理的规划选择。风光综合发电的配置系统流程图见图2。

其中，默认模式是指将前期收集整理的参数资料填写到设计的配置系统显示中，从而获取计算的规划结果；配置选择中初始配置是指风光占比参数中的比例是初始设置的，后期若要调整，可以直接在参数栏更改。

图2. 风光综合发电的配置系统流程图

3. 实验结果

3.1. 实验环境

PyCharm是一个PythonIDE，能够用来显著提高Python开发的效率，包括代码的调试、项目的管理、进行智能提示、对使用版本进行控制、文件的自动完成等等。PyCharm还为用户们提供了更高级的特性，比如在Django框架内支持专业Web开发。

Tkinter是一种面向对象的图形化用户界面工具包的Python编程接口，它给用户提供高效快速地创建图形化用户界面应用程序的途径，基本步骤是：首先导入Tkinter模块，然后创建图形化用户界面根窗体，接着添加人机交互的控件和相应实现功能的函数，最后在主事件的循环中等待用户的触发事件来实现响应。

3.2. 实验结果

本文选取的是鄂尔多斯地区为例进行详细的风光综合发电系统的规划，根据中国天气网分析整理得出鄂尔多斯地区的天气数据。初始参数设置说明：负载功率大小、负载工作时间参数根据已知情况分别设定为15 kW、5 h；逆变器效率按照理想情况下设定为90%；太阳能发电参数中根据通过收集汇总市面上销售的太阳能电池板提供的参数设定额定功率为500 W；风力发电参数中根据通过收集汇总市面上销售的风力发电机提供的参数设定额定功率为500 W、切入风速为2 m/s、额定风速为11 m/s、切出风速为45 m/s；地区天气情况中纬度是鄂尔多斯地区的纬度设定为39.62˚；地区天气情况中平均每30天有x天是晴天参数是根据收集鄂尔多斯地区的天气情况汇总表中随机选取的一个月中的晴天天数设定为24；地区天气情况中平均风速是前一个参数对应在鄂尔多斯地区的天气情况汇总表中的平均风速设定为9.23 m/s；蓄电池参数中的电池电压、额定放电电流和电池容量参数是根据收集汇总市面上销售的电池提供的参数得到的数据分别设定为60 V、100 A、100 AH；其他参数中的风力发电占比参数是根据吴瑾等人在基于随机规划的风光互补系统容量配比方法一文中提到的中国不同地区的最佳风光配比表格中鄂尔多斯地区的最佳配比设置为48% [10]；发电系统运行消耗的功率参数按照理想情况下设定的数据设定为0.0 kW。

图3. Pycharm终端打印显示风光综合发电系统规划的方法计算结果图

图4. 风光综合发电规划的配置系统的显示结果图

通过本文提出的风光综合发电系统规划的方法计算和配置系统的显示结果见图3和图4。通过本文提出的基于负载功率的风光综合发电系统规划的方法和配置系统得出以下具体规划：所需蓄电池容量为3513.33 AH；每日需要风力发电量达到：40.00 kWh；每日需要太阳能发电量达到：43.33 kWh；需要的风力发电机发电功率达到：1.67 kW；需要的太阳能电池板发电功率达到：4.72 kW；风力发电机台数：5台；太阳能电池板个数：12个；蓄电池个数：36个。因此，在最终实际进行风光综合发电系统配置时，提供配置选择方案为：5台额定功率为500 W、切入风速为2 m/s、额定风速为11 m/s、切出风速为45 m/s的风力发电机；12个额定功率为500 W的太阳能电池板；36个电池电压为60 V、额定放电电流为100 A、电池容量为100 Ah的蓄电池。

4. 总结

太阳能和风能发电系统规划的问题可以转化为算法计算问题进行解决。本文基于负载功率和负载工作时间，同时结合鄂尔多斯地区的天气数据进行分析与计算，考虑太阳能发电和风能发电同时配置的关系，得出光伏与风能结合发电系统中太阳能和风能所需发电功率的具体结果，同时得出所需风力发电机、太阳能电池板和蓄电池的配置结果，提出了一种太阳能和风能综合发电系统规划的方法和基于该方法设计的配置系统，为实际工程应用设计提供一定的应用参考。

文章引用

欧阳瑞玲,蔡昌新,陈天涯. 基于负载功率的风光电综合发电系统设计
Design of Integrated Wind Solar Power Generation System Based on Load Power[J]. 仪器与设备, 2021, 09(04): 115-120. https://doi.org/10.12677/IaE.2021.94018

参考文献