1.1 设计目的及意义

我国作为全球最大的发展中国家，一直以来都依赖于火力发电，但火力发电不仅需要消耗大量的煤炭、天然气和石油等不可再生能源，还会造成环境污染；煤炭等资源往往集中于经济不发达地区且我国地域辽阔，农村发电不够集中，运输成本高；我国优越的地理环境为我们提供了诸如风能、太阳能等优秀的能源。

伴随着可持续发展观念以及建设生态文明的探索，如何利用风能、太阳能等可持续、无污染的能源必然是当今以及未来的重要课题。据相关行业统计显示，至2017年，新增并网风电装机1503万千瓦，累计并网装机容量达到1.64亿千瓦，占全部发电装机容量的9.2%。同时截至2017年12月底，全国光伏发电累计装机达到130.25GW，其中光伏电站100.59GW，分布式光伏29.66GW。但是风电、光电受环境因素影响明显，这导致二者独立发电时所获电能不够稳定；从日常生活经验看，太阳能往往于白日最为充足而风能微弱；到夜晚时，太阳能减弱而风能充足。太阳能虽供电稳定性较高，但是其发电成本较高。而风力虽随机性强，供电可靠性差，但发电成本较低。可以看出，太阳能与风能在时间上和经济上具有一定的互补性。故可以利用一套送变电设备和一组管理人员，不仅可以适当降低生产和运行成本，还可以在一定程度上提高工作效率。

如今，风光互补发电系统多针对通信基站、微波站、边防哨所、边远牧区、无电户地区及海岛等地区，或远离大电网，处于无电状态、人烟稀少，用电负荷低且交通不便的等情况。本次设计的目标是了解和解决风光互补供电系统在通讯电源领域的应用，提高混合能源的效率，探究新型、稳定的供电系统。

1.2 国内外研究现状

1981年丹麦的N.E.Busch和Kllenbach提出了太阳能和风能混合利用的技术问题。最初的风光互补发电系统只是将风力机和光伏组件进行简单的组合。为了能够使风光互补发电走向现实，美国的C.I.Aspliden初步解决了太阳能风能混合转换系统的气象问题;并且前苏联的N.Aksarni等人根据概率原理,统计出近似的太阳能风能潜力的估计值,为风光互补发电系统的研究和利用提供了科学的数据支持。1982年,我国的余华扬等提出了太阳能风能发电机的能量转换装置,风光互补发电系统的研究从此进入实际利用阶段。理论的进步推动着风光互补系统初步形成。

在软件方面的开发,主要有西班牙Zaragoza大学RodolfoDufoLopez等人用C 语言开发了一套用于风光、光柴油机等互补发电系统的基于遗传算法的优化系统(软件)。ColoradoStateUnivers和NationalRenewableEnergyLaboratory(美国可再生能源实验室)合作开发了hybrid2应用软件。其中hybrid2尤为出色,它可以对一个风光互补系统进行非常精确的模拟运行,根据输入的混合发电系统结构、负载特性以及安装地点的风速、太阳辐射数据获得整整一年的模拟运行结果。多种优化手段的运用，大大减少了风光互补发电的成本，提高了风光互补发电的效率，使风光互补发电更能得到政府和企业的信赖。

近几年，国外加拿大 Saskatchewan 大学 Rajesh Karki 等人研究了独立小型风光发电系统的成本及可靠性 ，得出根据负载和风光资源条件合理配置发电系统，是降低发电成本、提高系统可靠性的重要途径,并指出互补发电系统扩容的可行性。澳大利亚 Mel—bourne大学 B．D．Shakya等人设计了一种采用压缩氢气储能的风光互补发电系统，并对该系统的技术可行性和经济性作了分析。

而在国内各个大学也进行了相关研究。香港理工大学同中科院广州能源所、半导体研究所合作提出了一整套利用 CAD 进行风光互补发电系统优化设计的方法 。该方法采用了更精确地表征组件特性及评估实际获得的风光资源的数学模型 , 找出以最小设备投资成本满足用户用电要求的系统配置。另外，合肥工业大学能源研究所提出了风光发电系统的变结构仿真模型 ，用户可以重构多种结构的风光复合发电系统并进行计算机仿真计算 , 从而能够预测系统的性能、控制策略的合理性以及系统运行的效率等 。华南理工大学设计了新型无刷双馈发电机 , 并通过权值调节方式实现太阳能逆变器最优功率传输。西安交通大学针对在设计风光互补发电系统中存在设备配置随意造成投资大等问题，提出“局部—整体法”作为风光互补发电系统的优化设计方法，并在气候资源上有很强可比性的两地区的具体系统设计上验证了该方法的运用。

在我国,离网型风光互补发电系统被广泛地运用于通信系统的中继站。而在西北广袤的土地上,通信系统的中继站的电源问题在过去一直存在着维护难和可靠性低的问题。小型风光互补发电独立电源系统技术的日益成熟从根本上解决了这一问题,使得通信系统中继站的无人值守和免维护成为可能,不但降低了运行成本,而且提高了系统运行的可靠性。随着风光互补发电技术的日趋完善,其应用范围也在不断地扩大。