风力-柴油互补发电系统的组成

一、风力-柴油互补发电系统的组成

风力-柴油互补发电系统的基本结构组成框图如图8-13所示。不同地区的风力资源状况不尽相同，故风力-柴油互补发电系统所带负荷差别较大，有的是一般家庭正常生活用电，有的是生产动力用电，有的是短时用电，有的是需要连续供电。因此，风力-柴油互补发电系统的结构形式有多种，然而不论哪种结构形式，皆是由图8-13所示的基本结构框架演化而来的。

1.风力-柴油发电并联运行系统

风力-柴油发电并联运行系统由风力发电机驱动异步发电机，柴油发电机驱动同步发电机，两者同时运转，并联后向负荷供电。这种系统是风力-柴油互补发电系统的基本形式。在这种系统中，柴油发电机一直不停地运转，即使在风力较强、负荷较小的情况下也必须运转，以供给异步发电机所需要的无功功率。这种系统的优点是结构简单，可实现连续供电；其缺点是由于柴油发电机始终不停地运转，因而柴油的节省效果差。风力-柴油发电并联运行系统的结构如图8-14所示。

由于风力-柴油发电并联运行系统是风力发电机与柴油发电机并联运行向负荷供电，因此必须慎重考虑异步发电机（由风力发电机驱动）向由柴油发电机驱动的同步发电机电网并网瞬间的电流冲击问题。为了保证系统的稳定与安全，一般对于小容量的电网（由小容量的柴油发电机驱动的同步发电机组成），要求柴油发电机的容量与异步发电机的容量之比大于或等于2∶1。此比值越大，则并网瞬间电网电压下降幅度越小，系统越安全稳定。这种由单台异步风力发电机及单台同步柴油发电机组成的并联运行系统，其容量较小。在运行过程中，风力发电机因风速变化，使输出的机械功率或系统负载突然发生较大变化，可能引起系统电压及频率的变化，这对发电机很不利。因此，应对系统的电压及频率进行监控。

2.风力-柴油发电交替运行系统

在风力-柴油发电交替运行系统中，风力发电机与柴油发电机交替运行向负荷供电，两者在电路上无联系，因此不存在并网问题，但由风力发电机驱动的发电机应采用同步发电机（也可采用电容自励式异步发电机，但需增加电容器及其控制装置，故一般不采用）。这种系统的运行方式是根据风力的变化来实行负载控制，自动接通或断开某些负荷，以维持系统的平衡。通常按照用户负荷的重要程度将用户负荷分为优先负荷、一般负荷及次要负荷等三类，优先负荷所需电能应总是能被保证供给，其他两类负荷只是在风力较强时才通过频率传感元件给出信号，依次接通。当风力较弱，对优先负荷也不能保证供给时，风力发电机退出运行状态，柴油发电机自动启动并投入运行；当风力增大并足以供给优先负荷电能时，柴油发电机退出运行状态，自动停机，风力发电机自动启动，投入运行。这种系统的优点是可以充分地利用风能，柴油发电机运转的时间被大大减少，因此能达到尽可能多地节约柴油的目的；其缺点是交替运行会造成短时间内用户供电中断，而柴油发电机的频繁启停易导致其磨损加快，负荷的频繁通断则可能造成对电器的损坏。风力-柴油发电交替运行系统的结构如图8-15所示。

3.集成的风力-柴油发电并联运行系统(https://www.daowen.com)

所谓的集成的风力-柴油发电并联运行系统，就是将同步风力发电机发出的变频交流电进行交流—直流—交流（AC—DC—AC）变换，获得恒频恒压交流电，然后再与同步柴油发电机并联，向用户负荷供电。这种系统的结构如图8-16所示（也可采用静止整流、旋转逆变的AC—DC—AC变换方式）。

集成的风力-柴油发电并联运行系统的优点是风力发电机可以在变速下运行，因而可以更好地利用风能，系统中的AC—DC—AC装置可以实现恒频恒压输出及平抑功率起伏；其缺点是AC—DC—AC装置中的电力电子器件的价格较高，特别是当风力发电机的容量增大时，AC—DC—AC装置及蓄电池的容量将随之增大，使得造价提高。

这种系统可以对用户负荷实现连续供电，在用户负荷不变的情况下，若风速降低，则柴油发电机自动启动，投入运行；在无风时，由柴油发电机向负荷供电。

4.具有蓄电池的风力-柴油发电并联运行系统

具有蓄电池的风力-柴油发电并联运行系统与基本型的风力-柴油发电并联系统比较，有两点不同：一是在系统中增加了蓄能电池及与之串联的双向逆变器，二是在柴油发电机与同步发电机之间装有一个电磁离合器。与集成的风力-柴油发电并联运行系统中的蓄电池比较，这种系统中的蓄电池的容量小，通常可按风力发电机在额定功率下1～2 h输出的电能来考虑确定其容量。

当风力变化时，该系统能自动转换，实现不同的运行模式。当风力较强时，来自风力发电机及柴油发电机的电能除了向用户负荷供电外，多余的电能经双向逆变器向蓄电池充电，当短时间内用户负荷所需电能超过了风力发电机及柴油发电机所能提供的电能时，可由蓄电池经双向逆变器向负荷提供所缺欠的电能。当风力很强时，通过电磁离合器的作用，柴油发电机与同步发电机断开并停止运转，同步发电机由蓄电池经双向逆变器供电，变为同步补偿机运行，向网络内的风力发电机提供所需的无功功率，此时是风力发电机单独向用户负荷供电。当风力减弱时，通过电磁离合器的作用，柴油发电机与同步发电机连接并投入运行，此时由柴油发电机与风力发电机共同向用户负荷供电。为防止柴油发电机轻载运行，柴油发电机应运行于所限定的最低运行功率以上（一般为柴油发电机额定功率的25％以上），多余的电能可向蓄电池充电或由耗能负荷吸收。具有蓄电池的风力-柴油发电并联运行系统的结构如图8-17所示。

具有蓄电池的风力-柴油发电并联运行系统的优点是蓄电池可短时间内投入运行，能弥补风电的不足，而不需要启动柴油发电机发电来满足用户负荷所需的电能，因此节油效果较好，柴油发电机启停次数减少，其缺点是投资高，发电成本及电价皆比常规柴油发电要高。