新能源發(fā)電技術(shù)報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上新能源報告上學期,選修了本實驗室的特色課程“新能源發(fā)電技術(shù)”,本課程一共6講,分別介紹了風力發(fā)電與光伏發(fā)電的一些基本概念、研究熱點還有一些具體的研究內(nèi)容。聽完以后覺得受益匪淺,即擴大了知識面又為自己的研究開拓了一些新的思路。本報告總共分為兩個部分:風電部分與光伏部分,下面分別予以介紹。風力發(fā)電部分一、風力發(fā)電概述風能是一種蘊藏豐富、分布廣泛、清潔而可再生的能源,也是最重要的替代能源之一。近年來,中國風電呈現(xiàn)快速增長趨勢,自2004年以來,中國風電裝機容量連續(xù)第5年實現(xiàn)100%增長,2009年新增裝機增長率達124.3%,累計裝機增長率達114.8%。據(jù)估計,到2020

2、年中國有望實現(xiàn)1億或1.2億kW的風電裝機容量。因此中國的風電市場可謂潛力巨大。國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀中國風力發(fā)電裝機容量正飛速增長著。2000至2009年的10年間,風能累計裝機容量的平均增長率達72.8%。自2005年起,總裝機容量增長率更是超過了100%。2009年我國除臺灣省外其他地區(qū)共新增風電裝機10,129臺,裝機容量達1,380萬kW,超過美國成為全球當年新增裝機容量最多的國家?；靖拍铒L能:空氣運動產(chǎn)生的動能稱為“風能”。風能密度:單位時間內(nèi)通過單位截面積的風能。風速與風級:風速就是空氣在單位時間內(nèi)移動的距離。根據(jù)不同的風速分為不同風級。風頻:風頻指風向的頻率,即在一定時間內(nèi)某風向出現(xiàn)的

3、次數(shù)占各風向出現(xiàn)總次數(shù)的百分比。風力機:將風能轉(zhuǎn)換為機械能的動力機械,可以用作發(fā)電也可以動力輸出,當作為發(fā)電解釋時可以是離網(wǎng)、并網(wǎng)型通用。風電機組:由風力機與發(fā)電機組成,多指并網(wǎng)型。風電機組簡介將風能轉(zhuǎn)換為電能的動力機械,由葉片、輪、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、發(fā)電機、測風系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)等組成。風力機可分為水平軸風力機和垂直軸風力機兩大類,但由于垂直軸風力機施工難度較高等問題,制約著它的普及,目前風電場中所用到的風機大多是水平軸風力機。根據(jù)發(fā)電機(同步、異步、雙饋、風力機功率調(diào)節(jié)技術(shù)(定槳距失速、變槳距、主動失速以及風力發(fā)電機控制方式(恒速恒頻、變速恒頻的不同類型,風力發(fā)電機的系統(tǒng)組成也有所不同。其中

4、典型的風力發(fā)電機系統(tǒng)包括以下4種:(1基于普通異步發(fā)電機的恒速風電機組(2基于異步發(fā)電機的最優(yōu)滑差風電機組(3基于雙饋感應(yīng)發(fā)電機的變速、變槳距控制風電機組(4基于同步發(fā)電機的變速、變槳距控制風電機組二、風力發(fā)電電壓穩(wěn)定性分析基本概念電壓穩(wěn)定性是指在給定的初始運行狀態(tài)下,電力系統(tǒng)遭受擾動后系統(tǒng)中所有母線維持穩(wěn)態(tài)電壓的能力,它依賴于負荷需求與系統(tǒng)向負荷供電之間保持/恢復(fù)平衡的能力。電壓穩(wěn)定可以分為小干擾電壓穩(wěn)定和大干擾電壓穩(wěn)定。電壓穩(wěn)定性分析方法電壓穩(wěn)定性的分析方法可分為靜態(tài)分析法和動態(tài)分析法兩種。靜態(tài)分析方法即主要是把電壓穩(wěn)定看作是一個潮流是否存在可行解的問題,也就是要列出電力系統(tǒng)的潮流方程。動

5、態(tài)分析方法即考慮到電力系統(tǒng)是具有強非線性的動態(tài)系統(tǒng),從系統(tǒng)的微分方程入手進行研究的方法。靜態(tài)分析方法主要有最大功率法、靈敏度法。動態(tài)分析方法主要有小擾動法等。研究有關(guān)風電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性問題,既要與常規(guī)的電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性相聯(lián)系,也要與之相區(qū)別。這也是一直討論的熱點問題。它的問題在于兩方面,風能的一次能源不確定性以及雙饋異步發(fā)電機的特殊性。因此在建模、仿真的研究中出現(xiàn)了很多爭議,因為有時僅僅會因為系統(tǒng)建模的不同而導致最后的結(jié)果相差懸殊。研究有關(guān)風電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性問題需要經(jīng)過系統(tǒng)建模、分析方法、失穩(wěn)機理、控制措施這四個步驟,前面已經(jīng)提到,根據(jù)風電系統(tǒng)模型以及分析方法(動、靜態(tài)的不同,可能會出現(xiàn)差異

6、甚至得不到想要的結(jié)果。本實驗室在研究風電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性問題上取得了很大的突破,即引入了一種非線性動力系統(tǒng)穩(wěn)定性的研究方法分岔理論,并已有很大的進展。風電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分岔研究分岔理論是對非線性動態(tài)系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析的有力工具,主要研究系統(tǒng)隨參數(shù)改變而引起的解的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的變化過程。分岔理論是一個抽象的數(shù)學理論,但有些條件下分岔理論能夠很好的解釋電力系統(tǒng)中電壓失穩(wěn)的現(xiàn)象,并已得到廣泛的應(yīng)用。分岔分類靜態(tài)分岔:研究靜態(tài)方程的平衡點的數(shù)目及穩(wěn)定性隨參數(shù)變動而發(fā)生的突然改變(如鞍結(jié)分岔。動態(tài)分岔:研究動力系統(tǒng)平衡點附近的軌線的拓撲結(jié)構(gòu)隨參數(shù)變動而發(fā)生的突然改變(如HOPF分岔。其中若發(fā)生了動分岔

7、,則說明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了失穩(wěn)。分岔分析當系統(tǒng)中的雅克比矩陣的特征值在原點時,此時為靜分岔;當系統(tǒng)中的雅克比矩陣特征值為一對實部為零的共軛復(fù)根時,此時為動分岔。目前,在風電系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性分析中,靜分岔的研究已經(jīng)取得了一定的成果,但是對動分岔的研究仍處于理論探討階段。風電系統(tǒng)中的混沌現(xiàn)象基本概念目前,對混沌還沒有一個明確的定義。一個普遍的說法是確定性系統(tǒng)中貌似隨機的不規(guī)則運動?；煦绗F(xiàn)象實際上是一種非線性振蕩現(xiàn)象,同時“非線性”與“混沌”并不等價。但是混沌現(xiàn)象雖然表面看上去雜亂無序,實際上有自己的結(jié)構(gòu)和秩序。特征(1對初值的敏感性,即初始條件的極小偏差將會引起結(jié)果的巨大差異。(2存在混沌吸引子(3具有

8、分形結(jié)構(gòu)(4具有普適性與穩(wěn)定性的關(guān)系混沌現(xiàn)象的出現(xiàn)與穩(wěn)定性有一定的聯(lián)系。由于電力系統(tǒng)的非線性,當遭受到周期性負荷擾動時,只要負荷滿足一定條件,就會發(fā)生混沌振蕩,嚴重時會導致系統(tǒng)解裂。從中可以看出,混沌現(xiàn)象可以導致系統(tǒng)失穩(wěn),但是要滿足一定的條件?；煦绲漠a(chǎn)生途徑(1倍周期分岔(2擬周期分岔(3大能量的激發(fā)三、風力發(fā)電的控制技術(shù)風力發(fā)電機組工作原理風機從風中吸收的有功功率,即風機的輸出功率與空氣密度、風力機葉片面積、風能利用系數(shù)以及作用于風力機的風速等因素有關(guān),其中風能利用系數(shù)又與槳距角、葉輪半徑、電機的角速度有關(guān),通過控制槳距角和電機轉(zhuǎn)速都可改變風機吸收的風能。風力發(fā)電機組分類風力發(fā)電機組根據(jù)并網(wǎng)

9、時控制方式的不同可以分為恒速恒頻型以及變速恒頻型。發(fā)電機組與電網(wǎng)并網(wǎng)時, 要求風電的頻率與電網(wǎng)的頻率保持一致,因此其頻率是固定不變的。其中恒速恒頻型風力發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速基本維持恒轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn),從而輸出恒定額定頻率的交流電。變速恒頻型風力發(fā)電機組在風力發(fā)電過程中,讓風車的轉(zhuǎn)速隨風速而變化, 再通過其它控制方式來得到恒頻電能。變速恒頻機組的特點是風車和發(fā)電機的轉(zhuǎn)速可在很大范圍內(nèi)變化而不影響輸出電能的頻率。由于風車的轉(zhuǎn)速可變,可以通過適當?shù)目刂?最大限度地利用風能發(fā)電。風力發(fā)電機組的控制技術(shù)也可分恒速恒頻、變速恒頻發(fā)電機系統(tǒng)兩種情況考慮。恒速恒頻的控制技術(shù)包括無功補償、變槳距、發(fā)電機切換、軟并網(wǎng)控制。變速

10、恒頻的控制技術(shù)包括啟動并網(wǎng)、最佳功率跟蹤、額定風速以上控制。四、風電系統(tǒng)的研究熱點風電系統(tǒng)是一個多學科交叉的系統(tǒng),其研究熱點也不盡相同。就電力系統(tǒng)方面而言,有一些研究熱點與實際的問題緊密聯(lián)系,而有一些則是前沿的理論的分析。如今的研究熱點大體分為以下幾個方面:(1風電系統(tǒng)的低電壓穿越問題(2風電場的建模(3運用分岔控制方法,設(shè)計電力系統(tǒng)分岔控制器光伏發(fā)電部分一、光伏系統(tǒng)介紹光伏系統(tǒng)組成光伏系統(tǒng)的基本原理是利用太陽能的光生伏特效應(yīng)通過半導體硅電池將光能直接轉(zhuǎn)換為電能。一般,光伏系統(tǒng)由太陽能電池板、蓄電池、控制器、逆變器組成。根據(jù)其實現(xiàn)功能的不同,可分為離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)、混合型發(fā)電系統(tǒng)

11、。目前光伏系統(tǒng)的研究主要集中在孤島檢測、最大功率跟蹤、能量變換、穩(wěn)定性分析這幾個方面。二、光伏系統(tǒng)中的混沌現(xiàn)象隨著光伏發(fā)電應(yīng)用的日益廣泛,它們在電力系統(tǒng)中所占比例也越來越高。光伏系統(tǒng)與電力系統(tǒng)并網(wǎng)運行后將會有以下兩個問題產(chǎn)生:(1光伏電源在并網(wǎng)以后的振蕩問題。由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是一個非線性電力系統(tǒng),因此具有常規(guī)電力系統(tǒng)的特征。即系統(tǒng)在遭受周期性負荷擾動時,只要周期性負荷幅值滿足一定條件,光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)就會發(fā)生混沌振蕩。(2光伏發(fā)電系統(tǒng)中的逆變器、DC/DC變換器等設(shè)備中包含著大量的電力電子器件。這些器件在實際運行中常常會出現(xiàn)一些非線性的現(xiàn)象。其中有些非線性的現(xiàn)象即混沌現(xiàn)象。三、光伏并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性與常規(guī)電力系統(tǒng)相同,光伏系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性也分為靜態(tài)、暫態(tài)兩類。同時也要注意其區(qū)別,即光伏電站的功率因數(shù)為1。在光伏電站的潮流中,其功率因數(shù)為1,可看作是有功功率時變、無功功率為零的PQ節(jié)點,因而有別于常規(guī)電力系統(tǒng)的節(jié)點。P