[发明专利]优化型风光互补混合发电系统

权利要求书

1.一种优化型风光互补混合发电系统，其特征在于：

风力发电系统(WTG)及函数构建

风力发电机输出特性为：当风速大于启动风速v_c时，风机开始工作；当风速大于切断风速v_f时，风机停止工作；当风速在v_c和v_f之间时，风机输出功率是条曲线；

因此，风力发电机的输出特性方程通过用最小二乘法对其输出特性曲线拟合得到，为了保证拟合的精度，可采用三个二项式进行拟合，风力发电机输出特性方程可以如下:

式中P_w(v)表示当风速为v时风力发电机输出的电功率；v表示风力发电机转轴高度处的风速；v_c和v_f分别表示风力发电机的启动和切断风速；由风力发电机的输出特性方程和转轴高度处每小时的平均风速可以很容易计算出风力发电机每小时的发电量；

光伏发电系统(PV)及函数构建

1)太阳能资源特性分析

(1)太阳地理位置的描述

地面上某处所接受到的太阳辐射能量的大小与太阳相对于地球的位置有关，为此，采用一系列的太阳角，对上述位置进行描述；

①赤纬角

地球中心与太阳中心的连线与地球赤道平面的夹角称为赤纬角，由于倾斜角永远保持不变，致使赤纬角随时都在变化，它与所在地区无关，世界上不同地区，只要日期相同，就具有相同的赤纬角，其计算公式如下：

式中，δ为一年中第n天的赤纬角，n为一年中的日期序号；

②太阳时角

地球自转一周为360°，相应的时间为24h，每1h地球自转的角度为360°/24＝15°，时角定义正午时为零，其计算公式如下：

w＝(t-12)×15°(t＝1,2...,24) (3)

式中t代表时刻；w为t时刻的时角；

③太阳天顶角

地球表面上某点水平面的法线与太阳射线之间的夹角称为太阳天顶角θ_z：

cosθ_z＝sinφsinδ+cosφcosδcosw (4)

式中φ为当地纬度；δ为赤纬角；w为太阳时角；

④任意平面的倾斜角

任意倾斜平面与水平面之间的夹角称为该平面的倾斜角θ；对于垂直面，θ＝90°；对于水平面，θ＝0°；

⑤任意平面的方位角

任意倾斜面的法线在水平面的投影与正南方向线之间的夹角称为任意平面的方位角γ，倾斜平面面向正南时为零，面向东时为负，面向西时为正；

⑥太阳光入射角

太阳入射线与平面法线之间的夹角称为阳光入射角i，倾斜角θ、方位角γ与太阳光入射角i之间的几何关系；

太阳光入射角i计算公式如下：

式中φ为当地纬度；θ为平面倾斜角；γ代表平面方位角；δ代表赤纬角；w代表太阳时角；

(2)入射到光伏板上的辐射量计算

①水平面上直辐射量

H_b＝H-H_d (6)

式中H_b代表水平面上直辐射量；H代表太阳总辐射量；H_d代表水平面上的散射辐射量；

②任意时刻在倾斜面上的直射分量和在水平面上直射分量之间的比例系数

R_b＝cosi/cosθ_z (7)

式中i为倾斜面太阳光入射角；θ_z为太阳天顶角；

③倾斜面上的直射辐射量

H_bθ＝H_bR_b (8)

式中H_b代表水平面直射辐射量，R_b代表倾斜面上的直射分量和在水平面上直射分量之间的比例系数；

④倾斜面上的天空散射辐射量

式中H_d为水平面散射辐射量；H_b代表水平面直射辐射量；H₀代表大气层外面水平的太阳辐射量；θ为倾斜角；

若不考虑天空散射的各项不同性，则式(9)可简化为：

⑤倾斜面上的地面反射辐射量

通常可将地面的反射辐射看成是各向同性的，其大小为：

式中H代表水平面总辐射；ρ代表地物表面的反射率，在工程计算中一般取0.2，有雪覆盖的地面取0.7；

⑥斜面上的太阳总辐射量

H_θ＝H_bθ+H_dθ+H_rθ (12)

式中H_bθ代表倾斜面上的直射辐射量；H_dθ代表倾斜面上的天空散射辐射量；H_rθ代表倾斜面上的地面反射辐射量。