风能和光伏发电讲解课件

光伏电池的等效电路图 第1页，共25页。太阳能光伏发电技术n光伏电池特性：其中：I太阳能电池板的输出电流；U为太阳能电池板的输出电压；q为单位电子所带的电荷量（1.6e-19C）；K为玻尔兹曼常数（1.38e-23J/K）；T为太阳能电池板表面温度；n为太阳能电池板的理想因数（取n=15）；为表示太阳能电池板暗饱和电流；Iph为光电流；Rsh为电池的并联电阻；Rs为电池的串联电阻。第2页，共25页。太阳能光伏发电技术第3页，共25页。太阳能光伏发电技术n根据太阳能电池的特性，照射幅度主要影响太阳能电池的短路电流，照射幅度越大，短路电流越大。而温度主要影响太阳能电池的开路电压，温度越高，开路电压越低。因此，在特定光照和温度条件下，太阳能电池存在最大功率点。第4页，共25页。太阳能电池最大功率n右图是太阳能电池组特性曲线和负载的特性曲线。其交点为太阳能电池的工作点。当其交点为太阳能电池组的最大功率点时，太阳能电池所发出的电能才能被充分利用。第5页，共25页。太阳能电池的最大功率跟踪n固定电压法：n忽略温度的影响，根据同温不同光照下，太阳能电池的特性可知，各种光照强度下，最大功率点的位置几乎都在同一电压下。因此，只需固定电压即可锁定最大功率点。此方法简单，比较适用于精度要求不高的场合。n导纳增量法：n在一定温度条件下，太阳能电池的功率曲线为右图所示：第6页，共25页。太阳能电池的最大功率跟踪n由图可以看出，在最大功率点的时候dP/dU=0；而P=U*I，得出dI/dU=-1/U。当dI/dU-1/U时，太阳能电池工作在最大功率点左边，此时因增大输出电压。此方法精度较高，是常用的一种寻找最大功率点的方法，缺点是电压在最大功率点附近来回摆动，为了消除这种现象，应该引入一个误差量E，当|dI/dU+1/U|E时，认为已经找到了最大功率点。第7页，共25页。太阳能电池的最大功率跟踪n扰动观测法：n通过周期性的给太阳能电池输出电压施加微小的扰动量，测量由此带来的输出功率的变化，若输出功率增加，则表示扰动方向正确；反之，扰动方向错误，应该朝反方向改变控制量。同导纳增量法，需要引入一个误差量。n防止误判断的措施：n在多云天气，太阳能电池板上光照强度变化剧烈，容易使扰动观测法和导纳增量法的跟踪方向误判，不利于最大功率点的跟踪。n为了防止发生误判，解决的一个办法是引入判断因子，当环境突变时保持原有工作状态，不进行最大功率跟踪，判断出环境稳定后再进行最大功率跟踪。对于多云天气情况，这种方案可以很方便地解决跟踪紊乱的问题，根据以上思路将增量导纳法进行适当的修改，采取同时采样3个点的电流值，再进行比较来实现。第8页，共25页。太阳能电池最大功率跟踪器n太阳能最大功率跟踪器是根据光照、温度以及负载的变化，通过一定的控制方法，使太阳能电池始终保持在最大功率输出点附近。n太阳能电池组一般通过与DC/DC变换器相连接，来进行最大功率点的跟踪。n将太阳能电池组看做一个直流电源，DC/DC转换器以及负载部分，全部看做外部负载。第9页，共25页。太阳能电池最大功率跟踪器n通过控制DC/DC变换器的占空比，使得太阳能电池组在变化的负载和外部环境下，始终保持在最大功率点。n一般DC/DC变换器采用Boost电路构成第10页，共25页。太阳能电池最大功率跟踪器n根据其基本原理，可知输出电压 和输入电压 可表示为：其中，D为占空比。由功率平衡可知，Boost变换器的等效阻抗占空比越大，等效输入阻抗越小。通过调整占空比D改变输入阻抗的大小，使其与太阳能电池组的阻抗相匹配，即实现了最大功率的跟踪。第11页，共25页。风力发电n风力发电在并网发电中，一般可分为恒速恒频（CSCF）和变速恒频（VSCF）两种调节方式。nCSCF结构简单，成本低。但风能的利用率低，当风速升高时，会对机械部件造成损伤。nVSCF随风速的大小自动调整旋转速度，通过最佳转速的跟踪，可获得最佳功率输出，风能的利用率高。但结构复杂，需配备变频器，成本高。第12页，共25页。风力发电n随着电力电子技术的发展，VSCF用的越来越多。它常用双馈异步发电机或同步发电机。n目前双馈异步发电机在风力发电中应用较多，技术也比较成熟。直驱式同步发电机控制较为复杂，目前只用在小容量风电场，它有双馈异步发电机所不能替代的优点，比如网端电压突降时，直驱式风力发电机能比双馈异步发电机简单有效的处理低压穿越的问题。第13页，共25页。风力发电n风力发电系统的两种运行状态：n1）最大风能追踪状态。此状态运行在风速较低时，通过最大功率跟踪控制，最大限度的捕获风能。n2）额定功率运行状态。此状态运行在最大风速超过风机额定风速时，降低风能捕获量，使功率保持在额定值附近。第14页，共25页。n下图为恒速恒频异步电机原理图第15页，共25页。风力发电n下图为双馈异步发电机原理图：第16页，共25页。风力发电n直驱型风力发电机组：第17页，共25页。风力发电中低压穿越技术n低压穿越标准：第18页，共25页。风力发电中低压穿越技术n双馈异步发电机由于定子侧和电网直接相连，当电网电压跌落时，电流急剧增大，导致转子感应电流也增大，大电流导致电机铁芯饱和、电抗减小，使得电流进一步增大。很容易损坏电机绝缘。一般在定子侧，转子侧和直流母线加硬件保护。n直驱型发电机组由于结构上，发电机和电网没有直接相连，中间有AC/DC/AC变流器，电网的波动不会直接影响到电机，只需将变流器上多余的能量消耗掉。第19页，共25页。风力发电中低压穿越技术n目前，具有低压穿越能力的电机都采用了直驱型机组，并配套有制动功率单元以实现低压穿越。第20页，共25页。第21页，共25页。风能和光伏发电特点n风能和太阳能是一种清洁能源，具有资源丰富，可再生等优点。n风能特点为白天小，夜间大。n太阳能特点为白天大，晚上小。n由于以上特点，风能和太阳能直接用来发电，将严重影响系统的输出功率，对电能质量产生影响。第22页，共25页。风能与光伏互补发电原理n风力发电与太阳能电池发电组成的联合供电系统叫做风光互补发电系统。采用此种方法，解决了夏季白天风力不足，夜间阳光不足，克服了随机性、间歇性的缺点，提高了系统的可靠性。光伏电池阵列风力发电机整流器蓄电池直流负载交流负载控制器逆变器特点：弥补了各自独立发电系统的不足，向电网提供更加稳定的电能；共用一套变送电设备，降低工程造价。第23页，共25页。并网型风光互补发电系统存在的问题n并网型风光互补发电系统注入电网功率的不可预测性和波动性会对电网造成不良影响，需要配备一定容量的储能装置。可以采用蓄电池加超级电容的方式，对蓄电池和超级电容分别设计DC/DC变换器，独立控制。n并网逆变器中信号同步一般采用过零比较器、电网电压衰减和锁相环进行同步。以上三种技术在电压畸变或者电压不平衡时存在误差。可考虑采用基于瞬时无功功率理论的同步方法。其思路是：建立标准三相正弦波，将其作为虚拟电网电流和电网电压一起计算瞬时有功和瞬时无功，用低通滤波器得到其中的直流分量，通过反正切运算求得电压相角。第24页，共25页。风能与光伏互补发电的发展方向n发展方向：（1）做好风光互补发电场的风能资源、太阳能光照资源的勘测统计工作，为风光互补发电场的建设奠定基础；（2）寻找更好的储能方式和备用发电装置，合理配置互补发电场，降低建设费用；（3）研究风光互补发电系统的能量管理控制，实现设备的动态优化组合，降低运行成本，提高运行质量；（4）建设分布式风光互补发电场，实行风光互补发电的独立运行与并网同步发展；（5）积累试验数据，储备风光互补发电场并网发电的经验和技术，制定相关标准，形成较为完善的体系。第25页，共25页。