1 引言

　　進(jìn)入90年代以來(lái)，隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，能源短缺和日益惡化的生態(tài)環(huán)境使得人們逐步認(rèn)識(shí)到，人類必須共同采取行動(dòng)，走可持續(xù)發(fā)展的道路。各國(guó)紛紛開(kāi)始根據(jù)國(guó)情，治理和緩解已經(jīng)惡化的環(huán)境，并把可再生、無(wú)污染的新能源的開(kāi)發(fā)利用作為可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。風(fēng)力資源和陽(yáng)光資源在不同季節(jié)、天氣條件下的分布不同，具有一定的互補(bǔ)性，且風(fēng)能發(fā)電的單位發(fā)電成本低于光伏發(fā)電，因此風(fēng)光發(fā)電系統(tǒng)能降低系統(tǒng)的總成本。風(fēng)光柴互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)在這種形勢(shì)下進(jìn)入了快速發(fā)展的階段。

　　中國(guó)的風(fēng)能資源和太陽(yáng)能資源相當(dāng)豐富[1]，風(fēng)能發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電具有方便、清潔、不枯竭、無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)，適合解決邊遠(yuǎn)缺電地區(qū)和大城市用電高峰電力不足的問(wèn)題，具有巨大的市場(chǎng)潛力和廣闊的應(yīng)用前景。目前風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的mppt控制策略必須根據(jù)光伏發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電的不同特性分別進(jìn)行mppt控制，增加了技術(shù)的復(fù)雜度，降低了可靠性。但只對(duì)其中一種采用mppt控制，又是不完善的。本文從實(shí)際出發(fā)，針對(duì)風(fēng)光柴互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)提出了一種新的控制策略，系統(tǒng)的輸出電流波動(dòng)很小。

2 風(fēng)光柴互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　典型的風(fēng)光柴互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包

括風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、柴油機(jī)后備發(fā)電系統(tǒng)、逆變系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、蓄電池六大部分[2]，是集風(fēng)能、太陽(yáng)能、柴油發(fā)電機(jī)及蓄電池等多種能源發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)智能控制技術(shù)為一體的復(fù)合可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。

圖1 風(fēng)光柴互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　(1) 風(fēng)力發(fā)電部分是利用風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，通過(guò)風(fēng)力發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，再通過(guò)控制器對(duì)蓄電池充電，經(jīng)過(guò)逆變器對(duì)負(fù)載供電。

　　(2) 光伏發(fā)電部分利用太陽(yáng)能電池板的光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換為電能，然后對(duì)蓄電池充電，通過(guò)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電。

　　(3) 柴油機(jī)作為后備輔助發(fā)電設(shè)備，保證了用電設(shè)備工作的連續(xù)性，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定、完善。

　　(4) 逆變系統(tǒng)由幾臺(tái)逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標(biāo)準(zhǔn)的220v交流電，保證交流電負(fù)載設(shè)備的正常使用。同時(shí)還具有自動(dòng)穩(wěn)壓功能，可改善風(fēng)光柴互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。

　　(5) 控制部分根據(jù)日照強(qiáng)度、風(fēng)力大小及負(fù)載的變化，不斷對(duì)蓄電池組的工作狀態(tài)進(jìn)行切換和調(diào)節(jié)：一方面把調(diào)整后的電能直接送往直流或交流負(fù)載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲(chǔ)。發(fā)電量不能滿足負(fù)載需要時(shí)，控制器把蓄電池的電能送往負(fù)載，保證了整個(gè)系統(tǒng)工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

　　(6) 蓄電池部分由多塊蓄電池組成，在系統(tǒng)中同時(shí)起到能量調(diào)節(jié)和平衡負(fù)載兩大作用[3]。它將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，以備供電不足時(shí)使用。

3 風(fēng)光柴互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤控制原理

3.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤

　　太陽(yáng)能電池的輸出特性隨日照、溫度的變化而變化，特性曲線如圖2所示。要想在光伏發(fā)電時(shí)得到最大功率，必須不斷改變阻抗的大小，從而得到光伏陣列與負(fù)載的最佳匹配，實(shí)現(xiàn)大電流、高電壓的輸出，提高系統(tǒng)的效率。

圖2 太陽(yáng)能電池的u-i特性曲線圖

　　目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤的方法很多，如恒電壓控制法、擾動(dòng)觀測(cè)法、導(dǎo)納增量法、模糊控制法、基于預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的最大功率跟蹤方法[4,5]等。不同的方法在實(shí)際的使用中存在不同的優(yōu)缺點(diǎn)。在光伏電池溫度一定時(shí)，光伏電池的輸出曲線上最大功率點(diǎn)電壓幾乎分布在一個(gè)固定電壓值的兩側(cè)，因此，在風(fēng)光柴互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用cvt，即恒電壓控制策略，可以假定陣列的最大功率輸出大致對(duì)應(yīng)與某個(gè)恒定電壓。vmax可以從生產(chǎn)廠家獲得，然后將陣列的輸出電壓鉗位于vmax即可，實(shí)際上把mppt控制簡(jiǎn)化為穩(wěn)壓控制，這樣大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)mppt的設(shè)計(jì)。

采用cvt控制的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單且易實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)工作電壓具有良好的穩(wěn)定性。

3.2 風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的最大功率跟蹤

　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率與風(fēng)速的三次方成正比，在一定的風(fēng)速下，存在一個(gè)最優(yōu)轉(zhuǎn)速，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率最優(yōu)，輸出電能最大[6]，從而最大限度的利用風(fēng)能，輸出特性如圖3所示。

圖3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出特性曲線

　　風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)的被控對(duì)象是三相橋式整流電路，采用的最大功率跟蹤策略是功率擾動(dòng)控制法[7]，其主導(dǎo)思想是離散迭代控制。風(fēng)機(jī)在某特定風(fēng)速下的功率特性曲線是凸曲線，因此可以在系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時(shí)給控制量一個(gè)微小擾動(dòng)，這一擾動(dòng)將引起輸出功率的變化。如果該變化量大于零，在系統(tǒng)趨于穩(wěn)定的時(shí)候加上與前次同符號(hào)的擾動(dòng)量，直到輸出功率變化量開(kāi)始小于零才改變下一次的擾動(dòng)量符號(hào)。如此反復(fù)，風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)將沿著功率特性曲線移動(dòng)到最大值附近，并保持一定的波動(dòng)[8]。

3.3 風(fēng)光柴互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的最大功率跟蹤控制策略

　　該系統(tǒng)的mppt控制策略如圖4所示。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到啟動(dòng)風(fēng)速時(shí)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，電壓傳感器時(shí)刻檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電