1.3 本论文主要研究工作

全球能源面临着严峻挑战，风光互补发电因能源问题而生，具备天然的绝对优势，必将成为未来新能源的主要研究方向。风能和太阳能都是可再生能源并且对环境没有任何污染，开发和利用风能、太阳能的研究与当今建设节约型社会，提倡低碳生活的基调不谋而合，可再生能源研究在人类生存和社会发展中的重要地位和作用。然而，通过查阅大量的文献资料，综合分析国内外研究发现，国内外研究学者对单一风力发电技术以及单一太阳能发电技术的研究已经比较成熟，但对风光互补发电技术的研究还相对来说仍处于中初级阶段。

本文将全面分析风能和太阳能的构成及主要机理，在此基础上对风光互补发电系统的主要结构进行阐述，并以共直流母线系统为例进行建模和仿真，得到了较好的效果，以期能够为该领域研究及应用工作贡献绵力。主要研究内容如下：

1)风力发电系统分析、建模与仿真。介绍了风力发电机的构成、主要原理和基本特性，建立风力发电机数学模型；对几种常见风力发电机及其拓扑结构进行比较研究；基于此，利用PSCAD软件搭建了风力发电系统，通过对其仿真，分析了该系统的运行情况。

2)光伏发电系统分析、建模与仿真。重点分析了光伏并网发电系统的结构和工作原理；对比选择高频链路变流器作为本课题光伏系统的逆变器；深入阐述了光伏并网发电系统的控制策略；建立小型光伏并网发电系统模型，在外部条件发生变化的情况下对系统进行了仿真研究。文献综述

3)风光互补并网发电系统的分析、建模与仿真。在对风力发电和光伏发电系统分别研究的基础上，研究了风光互补发电系统的构成；分析研究了风光互补并网发电系统的运行方式和DC/DC、AC/DC、DC/AC等的控制策略；建立风光互补并网发电系统模型，分别在风速、日照强度等外部环境不变和外部环境变化两种情况下利用PSCAD软件对系统进行仿真。

4)主要元器件的研究。重点对太阳能电池、储能单元和逆变器等核心器件进行了详细研究。

5)系统仿真结果分析。在对风力发电系统、光伏发电系统、风光互补并网发电系统进行建模仿真后，对其仿真结果进行分析。

2 风力发电系统的建模与仿真

风力发电是利用风力驱动风车叶片旋转，再根据需要，通过增速将旋转速度提升，来促使发电机发电的装置。风力发电系统由一台或者多台风力发电机组组成，通常，风力发电机组由风轮、齿轮箱、发电机、风向标等偏航系统、塔台和控制系统等基本元件组成，如图2.1所示。

图2.1 风力发电系统结构示意图

风力发电系统从构成形式上大致分为离网型和并网型。离网型风力发电系统单机容量较小(一般是小于10Kw)，一般要通过蓄电池等储能设备将风力发电机组发出的电储存起来，在负载需要时供给电能；并网型风力发电系统单机容量较大，可达Mw级，一般由多台风力发电机组构成，集中向电网输送大量电能。源.自/优尔·论\文'网·www.youerw.com/

2.1 风力机的数学模型

2.1.1 风力机的数学特性

为深入分析风力发电机的特性，更加科学合理地设计风力发电机，在前人研究的基础上，我们有必要对风力机的数学特性作进一步的分析。

根据贝兹(Betz)理论，风力机数学模型如下：

风轮实际输出的机械功率P为：

                       （2.1）

式(2.1)中，只是通过风轮面积的风的功率，叶片吸收风能后产生转矩：