離網(wǎng)型組合蓄能風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

　　上述組合蓄能系統(tǒng)的最優(yōu)能量管理策略可采取如圖2所示的雙滯環(huán)控制方案[9,10]來(lái)具體實(shí)現(xiàn)，其中設(shè)置滯環(huán)的目的是為了防止電解裝置和燃料電池頻繁地開(kāi)關(guān)。需要指出S_ELUP與S_FClow分別表示蓄電池已充滿電、電力已用盡，S_ELUP-S_FClow代表蓄電池放電深度，為使系統(tǒng)安全運(yùn)行，兩者均留有余量，SELUP低于蓄電池保護(hù)上限防止過(guò)充電，SFClow高于保護(hù)下限防止過(guò)放電;電解氫裝置按可變輸入功率模式運(yùn)行，動(dòng)態(tài)吸收供需失配的電力;而燃料電池由于負(fù)載跟隨響應(yīng)較慢，將以近似恒定功率的方式發(fā)出電能[9-10],剩余失配的電力仍由蓄電池吸收或補(bǔ)充，由于利用了蓄電池的緩沖能力，燃燒電池的輸出功率可近似取最大月平均負(fù)荷值，這即減小了燃料電池成本又能向用戶連續(xù)供電。

圖2 雙滯環(huán)控制策略

　　為了保證獨(dú)立式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能夠全年連續(xù)穩(wěn)定自治運(yùn)行，必須至少使系統(tǒng)的能量達(dá)到供需平衡.在此前提下合理設(shè)計(jì)和選擇系統(tǒng)各元件的規(guī)格至關(guān)重要。下面將基于本節(jié)所提出的優(yōu)化能量管理原則.提出一整套的組合蓄能系統(tǒng)規(guī)格設(shè)計(jì)方法。

　　2系統(tǒng)規(guī)格設(shè)計(jì)

 　　2.1 風(fēng)電機(jī)組規(guī)格

 　　風(fēng)電機(jī)組主要由風(fēng)輪、齒輪箱(可選項(xiàng))和發(fā)電機(jī)組三部分組成。風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率Cp為風(fēng)輪的風(fēng)能利用系數(shù)C_P1 、齒輪箱效率η_Gear和發(fā)電機(jī)組效率η_Generator蛐的乘積^[11] ，即：

　進(jìn)而可得風(fēng)電機(jī)組的電功率輸出Pe為：

圖3 風(fēng)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)

　　式中：A_w為風(fēng)輪的掃掠面積;I_w為風(fēng)輪前端輸人的風(fēng)功率密度,當(dāng)實(shí)時(shí)風(fēng)速v在切入風(fēng)速和切出風(fēng)速之間時(shí).風(fēng)電機(jī)組工作,I_w=0.5pv³ ，P為風(fēng)輪所在高度的空氣密度，當(dāng)在其它風(fēng)速時(shí)，I_w=0；I_wC_p等效為風(fēng)輪前端輸入的有效風(fēng)功率密度 風(fēng)電機(jī)組型號(hào)一旦確定，則其C_p-v的關(guān)系曲線亦確定。在額定風(fēng)速C_pr下，其風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率 即可確定，于是風(fēng)電機(jī)組的額定功率輸出P_er為：

　　由(3)式可見(jiàn)，風(fēng)電機(jī)組規(guī)格的設(shè)計(jì)主要就是確定風(fēng)輪掃掠面積A_w。為計(jì)算滿足要求的A_w，先分析一下如圖4所示系統(tǒng)的電力供求失配曲線.其風(fēng)輪的掃掠面積為：

式中：P_LYavg為用戶年平均功率;(L_wC_p)_Yavg為年平均有效風(fēng)功率密度。

圖4 A₁，時(shí)的電力供求失配關(guān)系曲線