风光互补发电系统基本原理风光互补发电系统主要由风力发电机组、太阳能光伏电池组、控制器、蓄电池、逆变器、交流直流负载等部分组成，系统结构图见附图。该系统是集风能、太阳能及蓄电池等多种能源发电技术及系统智能控制技术为一体的复合可再生能源发电系统。 (1)风力发电部分是利用风力机将风能转换为机械能，通过风力发电机将机械能转换为电能，再通过控制器对蓄电池充电，经过逆变器对负载供电； (2)光伏发电部分利用太阳能电池板的光伏效应将光能转换为电能，然后对蓄电池充电，通过逆变器将直流电转换为交流电对负载进行供电； (3)逆变系统由几台逆变器组成，把蓄电池中的直流电变成标准的220v交流电，保证交流电负载设备的正常使用。同时还具有自动稳压功能，可改善风光互补发电系统的供电质量； (4)控制部分根据日照强度、风力大小及负载的变化，不断对蓄电池组的工作状态进行切换和调节：一方面把调整后的电能直接送往直流或交流负载。另一方面把多余的电能送往蓄电池组存储。发电量不能满足负载需要时，控制器把蓄电池的电能送往负载，保证了整个系统工作的连续性和稳定性； (5)蓄电池部分由多块蓄电池组成，在系统中同时起到能量调节和平衡负载两大作用。它将风力发电系统和光伏发电系统输出的电能转化为化学能储存起来，以备供电不足时使用。风光互补发电系统根据风力和太阳辐射变化情况，可以在以下三种模式下运行：风力发电机组单独向负载供电；光伏发电系统单独向负载供电；风力发电机组和光伏发电系统联合向负载供电。

图1 风光互补发电系统主电路拓扑

研旭微网风光互补发电仿真实验平台性能分析及控制方案风力发电模块 类似于有刷双馈风力发电系统，连接发电机定子的PWM变换器称为定子PWM变换器，连接电网的PWM变换器称为并网PWM变换器。一般情况下定子PWM变换器工作在整流状态（因此又称之为PWM整流器），并网PWM变换器工作在逆变状态（因此又称之为PWM逆变器）。PMSG发出的电能经定子PWM变换器转换为直流电，中间直流母线并联大电容起稳压和能量储存缓冲的作用，最后经过并网PWM变换器转换为与电网同频的交流电馈入电网，并网PWM变换器与定子PWM变换器本休结构上完全相同，控制方案如图2所示。 PWM变换器可以根据需要工作在整流状态或逆变状态，能量可以双向流动（对双馈风力发电系统是必需的，但直驱式并网并不需要这种功能），定子侧电流和网侧电流的大小和功率因数都是可调的，整个双PWM变换器可以工作在四象限状态。 在具体运行中，两个PWM变换器各司其职，根据控制算法的不同其功能略有不同。无论哪种算法，定子PWM变换器一般是采用转子磁链定向，控制PMSG的定子电流呈正弦波形实现转速和功率因数调节；并网PWM变换器采用电网电压矢量定向，将直流电逆变为良好的正弦波形实现并网和有功/无功解耦。直流母线电压可以由定子PWM变换器控制也可以由并网PWM变换器控制，保持为比电网幅值高的稳定值（这样才能保证能量流动的方向， PWM整流可以升压）以便往电网输送能量。如果由定子PWM变换器控制直流母线电压，则并网PWM变换器要担负最大风能跟踪的任务，必须根据风速控制PMSG转速或根据转速控制并网电流；如果由并网PWM变换器控制直流母线电压，则定子PWM变换器要担负最大风能跟踪的任务，一般根据此时的风速控制PMSG转速到达最佳转速。能量流动一般是从PMSG流向电网，此时PMSG工作于正常的发电状态；但在PMSG起动时能量可以从电网流向PMSG，使PMSG工作在电动状态快速起动。光伏发电模块 太阳能并网发电系统主要由太阳能电池阵列、并网变流器、控制器组成，如图3所示。太阳能电池阵列是太阳能并网系统的主要部件，由其将接收到的太阳光能直接转换为电能，目前工程上应用的太阳能电池阵列多为由一定数量的晶体硅太阳能电池组件按照并网变流器输入电压的要求串、并联后固定在支架上组成。 并网变流器将太阳能电池所发的电能逆变成正弦电流并入电网中，电压型变流器主要由电力电子开关器件连接电感构成，以脉宽调制的形式向电网送电。控制器是太阳能并网发电系统的核心部件，由DSP芯片作为核心器件构成，控制器控制太阳能电池的最大功率点的跟踪、控制变流器并网电流的波形和功率，使向电网传送的功率与太阳能电池阵列所发的最大功率电能相平衡。蓄电池三段式充电管理过程 为了提高蓄电池的使用寿命和免维护周期，本系统的设计对铅酸蓄电池的管理采取智能三段式充电方案。即：(1)大电流灌冲阶段：由DC／DC变换器对整组蓄电池进行充电，并利用电池电压检测电路自动对蓄电池进行快速检测，当蓄电池达到标定最高充电电压阀值附近时，停止第一阶段大电流灌冲。(2)过电压恒冲阶段：主充阶段完成后，蓄电池电压检测电路及DC／DC电路的驱动信号在DSP的控制下，对蓄电池进行充电，直至将蓄电池充到恒定的电压Voc。(3)浮充阶段：在此阶段，DSP产生很小占空比的驱动信号，对蓄电池进行维持充电。抑制蓄电池本身的自放电对系统的影响。

图2 风力发电系统运行控制方案

图3 光伏发电系统运行控制方案

研旭风光互补微网发电系统结构图

图3 研旭微网风光互补发电仿真实验平台总结构

研旭微网风光互补发电仿真实验平台实物效果图

研旭微网风光互补发电仿真实验平台配置及附件（见附表）

附表1

实验例程

网侧变流器实验（逆变时需要提供直流电）:三相并网实验，并网功率上位机可调三相PWM整流实验三相离网逆变实验，输出交流电压上位机可调单相PWM整流实验单相并网实验，并网功率上位机可调单相离网逆变实验，输出交流电压上位机可调蓄电池三段式充放电控制实验PWM整流输出直流电压上位机控制实验

联合实验：风光互补发电实验直驱式风机发电并网实验太阳能并网发电实验无风力、太阳能，蓄电池供电并网实验并网发电有功功率和无功功率独立控制实验并网发电有功功率和无功功率实时监控风能最大功率跟踪控制实验光伏电池MPPT实验整体系统监控平台实验