可再生能源发电与智能电网概述

,Page,131,可再生能源发电与智能电网,合肥阳光电源有限公司,曹仁贤 研究员,全国太阳光伏能源系统标准化技术委员会,09,年年会,曹仁贤，,电源变换、可再生能源发电技术专家、研究员、博士生导师,作者简介：,中国可再生能源学会理事,中国电源学会常务理事,中国青年科技工作者协会理事,中国农机协会风能设备分会副理事长,安徽省自动化学会副理事长, 安徽省政协委员,享受国务院特殊津贴,五四青年奖章获得者,省科技进步一等奖、二等奖获得者,省优秀民营企业家,安徽省纳税先进个人,一、智能电网概述,二、光伏并网发电技术,三、风力并网发电技术,四、分布式发电、储能技术与智能电网,五、阳光公司及产品介绍,六、结论,智能电网定义,:,通过信息化手段，使能源资源开发、转换（发电）、输电、储电、配电、供电、售电及用电的电网系统各个环节，进行智能交流，实现精确供电、互补供电，在保证供电安全的前提下，提高能源利用效率，最大限度地接纳可再生能源，以节省用电成本、降低环境压力。,一、智能电网概述,火力,风力,水力 发电,变电,输电,储电,配电,用电,太阳能,智能电网就是对这一过程实现,自动、可视、互动、智能化,可再生能源技术：燃料电池、太阳能、风能、生物质能,集成通信：电力宽频通信技术、无线通信技术、光纤通信,传感与测量：智能电卡（分时定价，实时监测）、传感器,高级电力设施：电力电子装置（交流直流变换器）、超导装置（超导电缆）,储能技术：抽水储能，蓄电池储能，飞轮储能，超级电容储能，蓄冷储能，超导储能，压缩气体储能等,高级控制（自动控制系统，停电管理、资产优化等应用，电网监测分析）,决策支持（可视化技术，优化电网管理）,智能电网的关键技术,根据美国能源局现代电网发展报告，目前的论述普遍采用这一说法：,1),具有自我修复的能力（自愈性）,2),激发用户主动参与电网的运作（激励性）,3),抵御袭击（安全性）,4),提供高质量的电能，减少停电损失（高质量）,5),能够容纳各种发电和蓄电形式，特别是新能源,6),繁荣电力市场,7),优化设备运行，降低电网运行费用,智能电网的七大特征,IT,让电网更智能,通过,IT,创建开放的系统和建立共享信息模式的基础，整合系统中的数据，可以优化电网的运行和管理，让电网更智能，从三个层次提高电网的可靠性、管理效率和服务水平。,高级分析决策,传输和集成电力企业信息,实时监测电网运行状态、资产设备状态和电力信息,通过大量光伏组件串并联多台逆变器分布式上网发电,安装、扩容、移动、维修方便,低压发电、逆变器自身输出端电压仅,270V,400V,日电，仅在白天发电，受资源影响，满发小时低，平均每天,3,5,小时,二、光伏并网发电,某一个晴天 多云天气,独立供电系统,PV,组件,蓄电池,充放电控制器,并网发电系统,PV,组件,并网逆变器,计量装置,公用电网,混合供电系统,分布电网,储能电池,DC,负载,逆变器,+ AC,负载,1.,直接逆变系统,光伏并网逆变技术,直接逆变系统的优缺点,优点：,省去了笨重的工频变压器：特高的效率（,98%,左右）、重量轻、结构简单。,缺点：,(1),太阳电池板与电网没有电气隔离，太阳电池板两极有电网电压，对人身安全不利。,(2),直流侧,MPPT,电压需要大于,350V,。对于太阳电池组件乃至整个系统的绝缘有较高要求，容易出现漏电现象。,2.,工频隔离系统,3.,高频隔离系统,4.,高频不隔离（,Boost,升压）系统,优点：,同高频不隔离系统,由于具有多个,DC-DC,电路，适合多个不同倾斜面阵列接入，即阵列,1,n,可以具有不同的,MPPT,电压，十分适合应用于光伏建筑。,缺点：,高频不隔离系统,5.,多,DC-DC,（,MPPT,）、单逆变系统,6.,半桥逆变技术,优点：注入电网的直流分量较小、电路简单,缺点：功率器件利用率低,7.,三电平、半桥逆变技术,8.,双向,DC/DC+,三电平逆变技术,9.,多重叠加技术,10MW,系统,10.,分布发电，多支路并联上网技术,150MW,11.,多电平直接逆变技术,50,100MW,系统,12.,共用变压器逆变技术,优化直流母线电压、升压变压器配置和变比，避免重复升压，提高系统效率,优先考虑当地用电负荷，避免过多电能的远距离传送,具有应急发电,调峰功能的混合供电系统,(,一,),具有应急发电,调峰功能的混合供电系统,(,二,),光伏阵列的最大功率跟踪技术（,MPPT,）,a.,跟踪方法,b.,跟踪动态时间,c.,跟踪精度,d.,跟踪器效率,所谓孤岛效应是指当电网的部分线路因故障或维修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛的现象。,孤岛效应的定义：,孤岛效应发生的机理,光伏并网发电系统的功率流图,孤岛效应保护技术,被动检测： 电网电压的幅值、频率和相位。,当电网失电时，会在电网电压的幅值、频率和相位参数上，产生跳变信号，通过检测跳变信号来判断电网是否失电。,孤岛效应检测技术,主动式检测：指对电网参数产生小干扰信号，通过检测反馈信号来判断电网是否失电，其中一种方法就是通过在并网电流中注入很小的失真电流。通过测量逆变器输出的电流的相位和频率，采用正反馈的方案，加大注入量。从而在电网失电时，能够很快地检测出异常值。,解决方案,SG100K3: 3%,在额定负载时,SG250K3: 3%,在额定负载时,SG500KTL: 3%,在额定负载时,电能质量：输出电流总谐波,输出电流谐波抑制方法：,拓扑结构选择：,L-C,，,L-C-L,电感和电容参数的设计,控制算法，,PWM,驱动方式,采样精度,运算精度,目前国际标准要求,5%,，但许多用户要求,3%,电磁兼容技术,.,电磁干扰,电网对逆变器产生的干扰：电压涨跌，频率漂移，电气噪声，浪涌等。要求逆变器不能损坏。,逆变器对于电网产生的干扰： 电流谐波，电压波动、电压闪变、无功功率、电网阻抗、干扰叠加等。必须符合相关标准。,逆变器对于其他电器的干扰： 传导干扰，空间辐射干扰等。必须符合相关标准。,群控、调度技术,1,、并网逆变器的启动和停止控制,“,早出晚归,”,小型电站，逆变器自己运算解决,大型电站，加装日照控制、群体控制解决,2,、并网逆变器轻载时的效率问题,按需要逆变器逐个并联投运,按光伏阵列并联支路分配逆变器,3,、并网逆变器的信息交流技术,计量认定、认证,通讯技术,RS232,RS485,CAN OPEN,Internet,GSM,4,、电网调度技术,正常电网时的限功率运行,电网检修时的停机（计划性）,电网故障时的急停（随机性）,弱网时的调度策略,弱电时的调度策略,弱网时,Z,N,或,Z,L,导致,U,L,策略：,当发现电网电压是由于日照增强而升高时，应进入逆变器限功率运行，确保弱电网时电压升高在允许值范围。,1,、瞬时功率计算,2,、分钟及小时功率预测,3,、基于天气预报的天功率预测,4,、日、月、季、年发电量预测,光伏并网发展趋势,高可靠、长寿命逆变技术,普通逆变器,5,8,年,长寿命逆变器,12,20,年,高效逆变技术,max,最大效率,98.5%,Euro,欧洲效率,98%, cec,以最佳直流母线电压计算效率,多用途逆变技术,无功补偿功能（,SVC,）,电网失电后的应急供电功能（,EPS,）,动态电压支撑功能（,DPS,）,动态电压补偿（）,频率补偿,装机容量未来,10,年,200,万,KW,，单个电站,直流系统电压,3000V,DC,逆变效率 ,99%,组件功率,500Wp/,块,分布式发电,低电压穿越,全球联网,30,年以后,有何影响？,如何解决？,光伏发电的,LVRT,保持并网,允许脱网,提供无功,T1,T2,低电压穿越与孤岛保护的矛盾,功率调节与频率控制,全球并网技术，彻底改写太阳能为,“,日电,”,历史,未来的太阳能发电技术,全球光伏联网设想图,(,一,),、大型风力发电机组的变速运行,(,二,),、双馈型变流器,(,三,),、全功率变流器,(,四,),、变流器的发展方向,三、风电变流技术,(,一,),、大型风力发电机组的变速运行,(,二,),、双馈型变流器,双馈电机四象限运行状态,定子电频率、转子电频率和转速对应的频率满足：,当发电机的转速变化时，即,f,m,变化时，若控制,f,2,随之相应变化，可保持,f,1,恒定不变，从而实现了双馈电机的变速恒频运行。,变流励磁双馈电机变速恒频运行原理,(,三,),、全功率变流技术,1,、不可控整流,优点：简单可靠,缺点：,a),发电机功率因数低，,1MW,以下适合；,b),在发电机输出电压低于电网电压（低风速）时无法将能量馈入电网。,2,、晶闸管整流,+,晶闸管有源逆变,3,、多相发电机,+,多相整流,4,、（,PWM,）整流,+ IGBT,逆变,1,、双馈变流器与全功率变流器将长期并存,2,、变流器电压等级越来越高,3,、变流器单机功率越来越大,4,、变流器效率越来越高,5,、四象限变流器将取代二象限变流器,6,、变流器的移相、并联技术将广泛应用,7,、多电平变换技术,8,、新型功率器件,IGBT,、,IGCT,、,ETO,、,SiC,的应用,9,、新型拓扑结构及电路的应用,(,四,),、变流器的发展方向,1,、双馈变流器与全功率变流器将长期并存,2,、变流器电压等级越来越高,3,、变流器单机功率越来越大,4,、变流器效率越来越高,5,、四象限变流器将取代二象限变流器,6,、变流器的移相、并联技术将广泛应用,Three independent 4Q drives in parallel, with separate transformer windings,1.,交直交高压直接并网技术，变换效率可达,98%,。,2.,三电平变换技术。,3.,直流环节低电容技术。,4.,多,DSP,控制技术。,5.,光纤驱动技术。,7,、多电平变换技术,三电平变换与两电平变换的比较：,8,、新型功率器件,IGBT,、,IGCT,、,ETO,、,SiC,的应用, 直流电容容量小，寿命长 高效变换,9,、新型拓扑结构及电路的应用,风力机串联型高压直流输电,小型、微型,燃气轮机,燃料电池,往复式,发动机,小型水轮机,太阳能,光伏发电,风力发电,斯特林,发动机,太阳能,热发电、,地热发电,蓄电池,（,BESS,）,小型抽水,蓄能电站,超导,贮能,(SMESS),飞轮,(FWESS),1,、共性问题：分布发电技术,在用户端或附近，采用各种能源发电，实现多能源的容错，以保证能源最大限度的综合利用。,四、分布式发电、储能技术与智能电网,可再生能源发电的共性问题,2,、储能技术,抽水蓄能,蓄电池蓄能,飞轮储能,超级电容,超导线圈,储氢、储气、蓄冷,3,、抽水储能电站,传统定速发电、电动机,中小型抽水蓄能电站的水头变化,水轮机的变速运行,大型双馈电动,/,发电机组,10MW,双馈变流器组成的,100MW,双馈水泵系统,4,、海上风场,储氢技术,5,、光伏并网、储能技术,合肥阳光电源有限公司成立于,1997,年，是专业从事太阳能,/,风力发电电源、回馈式节能负载、电力系统电源、绿色节能电源研究、开发、生产、销售和服务的高新技术企业。,现有员工：,300,人,注册资本：,3000,万元,总,资,产：,1.78,亿元,08,年销售额：,1.15,亿元,现有技术人员：,高级职称,中级职称,初级职称,20,人,30,人,40,人,博士,硕士,本科,10,人,34,人,66,人,六、阳光电源公司及产品介绍,预计,2009,年的销售目标：,2.5,亿元,一流的研发中心,每年,10%,的研发投入,合工大“产、学、研”合作,安徽省产学研联合培养研究生基地,安徽省可再生能源电源工程技术研究中心的支撑,先进的生产检测设备,阳光承担的科研项目,1,、,“,十五,”,国家科技攻关计划,“,并网光伏发电用系列逆变器的产业化,”,2,、国家发改委新能源高技术产业化项目,“,光伏发电逆变及控制装置的产业化,”,3,、科技部科技型中小企业技术创新基金,“,基于双向逆变技术的小型并网光伏逆变器,”,4,、,“,十五,”,安徽省科技攻关计划,“,风力发电用交直交并网变流器,”,5,、,“,十一五,”,国家科技支撑计划项目,“,大功率风电机组,”,课题,“,双馈式风电机组大功率双向变流器及控制技术开发,”,和,“,大功率直驱式风电机组控制系统及变流器的研制与产业化,”,6,、国家科技成果推广计划,“,光伏,/,风能发电控制逆变系统,”,7,、安徽省,2006,年科技攻关计划,“,大型并网光伏发电系统及关键技术,”,8,、世界银行,/,全球环境基金,/,中国可再生能源发展项目,“,小功率风光互补供电系统的优化,”,、,“,光伏,/,市电提水用逆变器,”,9,、,“,十一五,”,国家,863,计划项目,“,MW,级并网光伏电站系统,”,课题,“,兆瓦级,BIPV,并网系统关键技术及工程化应用研究,”,和,“,甘肃武威荒漠治理区,MW,级和高压电网并网集中光伏示范电站及关键设备研制开发,”,10,、国家科技支撑计划,世博会,4.5MW,光伏电站用,500KW,逆变器,目前已申报专利,25,项，取得专利证书,16,项。,其中发明专利,4,项,SUNGROW,完成了国际商标注册,完成,2,项国家标准的负责起草,品牌、知识产权,“,正弦波并网充,/,放电装置,”,2002,年,6,月通过安徽省科技厅组织的鉴定。,“,光伏,/,风能发电控制逆变系统,”,2002,年,12,月通过安徽省科技厅组织的鉴定。,“,多功能双向逆变装置,”,(,省科技攻关计划,)2004,年,6,月通过安徽省科技厅组织的鉴定。“,“,并网光伏发电用系列逆变器,”,(“,十五” 国家科技攻关计划项目成果,),于,2005,年,7,月通过安徽省科技厅鉴定。,“,大型风力发电交直交并网变流器,”,2006,年,1,月通过安徽省科技厅组织的鉴定。,“,100KW,并网光伏逆变器,”,2007,年,9,月通过安徽省科技厅组织的鉴定。,国家发改委新能源和可再生能源高技术产业化项目,“,光伏发电逆变及控制装置的产业化,”,2008,年,9,月通过验收,“,25,0KW/500KW,并网光伏逆变器,”,2009,年,3,月,1,日通过省科技厅组织的鉴定。,科研成绩、成果,、认证,光伏并网产品,TUV,证书,: SG100K3,，,WG100K3,中国电力科学研究院测试报告,金太阳认证证书,测试报告：,SG10K3SG500KTL,意大利,DK5940,认证,SG30K3,50K3,SG100K3,SG250K3 ,SG500KTL,SG100K,SG250KTL,SG250K3,SG500K3,SG500KTL,SG1000KHV-MW,级光伏电站整体解决方案,SG1000KHV-MW,级光伏电站整体解决方案,1.,两台,SG500KTL,逆变器,2.,中压变压器,3.,环境数据采集系统,远程数据监控系统,接地和防雷保护,交直流配电系统,主要部件包括,SG1000KHV-MW,级光伏电站整体解决方案,监控软件界面,监控软件和附件,通讯协议采用,MODBUS,协议。,提供基于,Windows 2000,和,xp,的多机版监控软件。,可提供包括逆变器在内的整个光伏发电系统的“三遥” 方案。,中英文界面，操作直观友好。,自动翻屏功能，具有良好地展示效果。,可监控其他站控层设备，实现整个电站的远程监控；,大型风力机全功率变流器（,2MW,水冷）,1.5MW,双馈风机变流器,850K,全功率风机变流器,世博会,4.5MW,光伏项目,公司部分业绩,奥运鸟巢并网,100KW,发电项目,西班牙,5MW,、,3MW,并网发电项目,上海申能,1.2MW,并网发电系统,韩国,1MW,并网发电项目,国家,863,科技攻关项目，甘肃武威,1MWp,光伏并网电站一期,500KW,使用,SG250K3,一台，,SG100K3,三台,国家,863,项目,上海太阳能工程中心,1MW,光伏电站,上海首台光伏并网发电系统,（奉贤电力局,2002,年,10KW,）,上海太阳能厂房,100KW,国家发改委新楼,100KW,2MW,双馈风力发电模拟试验平台,2MW,高速全功率试验台,2MW,全功率直驱试验,采用我公司的大型风机变流器的机组,江西麦德,1.5MW,全功率变流器,未来的智能电网蓝图,一、,智能电网能使资源开发、发电、输电、储电、配电、供电、售电及用电的电网系统各个环节，进行智能交流，在保证安全的前提下，最大限度地接纳可再生能源，以节省电力成本、降低环境压力。,二、只有加快智能电网的建设和电力体制的改革，才能最大限度地接纳可再生能源发电的容量。,三、储能技术是智能电网的关键技术，就目前技术而言，短时储能将以蓄电池为主，长时间储能以抽水储能最为可靠、经济。,四、未来的可再生能源发电在发送电力的同时，必须参与无功补偿、限发、稳频、动态支撑、储电、低电压穿越等电网新需求，以配合智能电网进行实时的调度和管理。,七、结论,谢 谢 ！,祝,全国太阳能光伏标准化年会圆满成功！,