太阳能与备用柴油发电机的并联混合系统

    图8-13所示的并联结构，供电系统能提供在低或中负载时的供电，也可以通过逆变器与柴油发电机混合输出供电，提供峰值负载需求。引擎驱动发电机产生多余能量时可用双向逆变器向电池组充电（整流运行），它还可用作DC-AC变换器（逆变运行）。双向换流器在引擎驱动发电机过负载时可提供控制策略。

    图8-13    并联PV-柴油混合系统

    并联混合供电系统对于串联和开关系统结构的两点显著改进为：

   1)供电容量是逆变器和柴油发电机容量之和，而不是单个机组，这就有两倍系统容量。逆变器与柴油发电机同步的能力使得系统更加灵活，有利于最优运行。未来的系统将削减柴油发电机峰值容量，这样就增加了直接利用能量的比例，提高了系统的效率。

   2)在逆变和整流运行时，采用相同电力电子设备，元件数量达到最少。此外，将所有功率调节设备集成为一个中央功率单元可以降低布线和系统安装成本。

    图8-14    双向逆变器系统基本原理

    双向逆变器将直流功率转换为交流功率（逆变）或将交流功率转换为直流功率（整流），在边远地区电力系统中越来越流行。图8-14示出了双向逆变器系统的基本原理。充电控制器用于连接PV阵列和电池。逆变器采用四个电力电子开关(MOSFET和IGBT) S1～S4的全桥配置。这种方案中，对角开关(S1和S4)和(S2和S3)采用正弦脉冲宽度调制的门极脉冲驱动。逆变器产生正弦输出电压。电感器L1、L2和交流输出电容器C2从输出波形中滤除高次谐波成分。大多数逆变器拓扑采用低频(50～60Hz)变压器来提升逆变器输出电压。这种方案中，柴油发电机和换流器并联连接给负载供电。电压源、柴油发电机和逆变器用连接电感器Lm相互隔离。可以建立逆变器和柴油发电机之间的双向功率流。流经连接电感器Lm的功率流为

   Sm=UmIm*    (8-3)

   Pm=(UmUcsinδ)/Lm    (8-4)

   Qm=(Un/Lm) (Um - Uccosδ)    (8-5)

    δ=sin-1[(LmPm)/(UmUc)]    (8-6)

    式中，δ为Uc和Um之间的相角。由式(8-4)可知，电池通过逆变器提供的能量（逆变模式）和逆变向电池提供的能量（充电模式）可通过条件相角δ来控制。PWM脉冲控制换流器电压Uc的幅值，而与柴油发电机电压相关的相角则与功率流有关。

    光电柴油混合供电系统的优点包括：

   1)系统负载可用最佳方式供电。

   2)柴油发电机效率达到最大化。

   3)柴油发电机的维护达到最小化。

   4)柴油发电机、电池组、逆变器和可再生能源的额定容量降低，同时满足负载的峰值要求。

    缺点为：

   5)系统的可靠运行需要自动控制。

   6)逆变器需要能够与另一个交流源同步，即需是真正的正弦波逆变器。

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