風(fēng)能和光伏發(fā)電講解

1、光伏電池的等效電路圖 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù) n光伏電池特性： 0 () exp1 ss ph sh q UR IUR I III nKTR 其中：I太陽(yáng)能電池板的輸出電流； U為太陽(yáng)能電池板的輸出電壓； q為單位電子所帶的電荷量（1.6e-19C）； K為玻爾茲曼常數(shù)（1.38e-23J/K）； T為太陽(yáng)能電池板表面溫度； n為太陽(yáng)能電池板的理想因數(shù)（取n=15）； 為表示太陽(yáng)能電池板暗飽和電流； Iph為光電流；Rsh為電池的并聯(lián)電阻； Rs為電池的串聯(lián)電阻。 0 I 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù) 太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù) n根據(jù)太陽(yáng)能電池的特性，照射幅度主要影響太 陽(yáng)能電池的短路電流，照射幅度越大，短路電

2、流越大。而溫度主要影響太陽(yáng)能電池的開路電 壓，溫度越高，開路電壓越低。因此，在特定 光照和溫度條件下，太陽(yáng)能電池存在最大功率 點(diǎn)。 太陽(yáng)能電池最大功率 n右圖是太陽(yáng)能電池組特性 曲線和負(fù)載的特性曲線。 其交點(diǎn)為太陽(yáng)能電池的工 作點(diǎn)。當(dāng)其交點(diǎn)為太陽(yáng)能 電池組的最大功率點(diǎn)時(shí)， 太陽(yáng)能電池所發(fā)出的電能 才能被充分利用。 太陽(yáng)能電池的最大功率跟蹤 n固定電壓法： n忽略溫度的影響，根據(jù)同溫不同光照下，太陽(yáng)能電池的特性 可知，各種光照強(qiáng)度下，最大功率點(diǎn)的位置幾乎都在同一電 壓下。因此，只需固定電壓即可鎖定最大功率點(diǎn)。此方法簡(jiǎn) 單，比較適用于精度要求不 高的場(chǎng)合。 n導(dǎo)納增量法： n在一定溫度條件下，太陽(yáng)

3、 能電池的功率曲線為右圖 所示： 太陽(yáng)能電池的最大功率跟蹤 n由圖可以看出，在最大功率點(diǎn)的時(shí)候dP/dU=0；而P=U*I，得 出dI/dU=-1/U。當(dāng)dI/dU-1/U時(shí)，太陽(yáng) 能電池工作在最大功率點(diǎn)左邊，此時(shí)因增大輸出電壓。此方 法精度較高，是常用的一種尋找最大功率點(diǎn)的方法，缺點(diǎn)是 電壓在最大功率點(diǎn)附近來(lái)回?cái)[動(dòng)，為了消除這種現(xiàn)象，應(yīng)該 引入一個(gè)誤差量E，當(dāng)|dI/dU+1/U|E時(shí)，認(rèn)為已經(jīng)找到了最 大功率點(diǎn)。 太陽(yáng)能電池的最大功率跟蹤 n擾動(dòng)觀測(cè)法： n通過周期性的給太陽(yáng)能電池輸出電壓施加微小的擾動(dòng)量，測(cè)量由此帶來(lái)的輸 出功率的變化，若輸出功率增加，則表示擾動(dòng)方向正確；反之，擾動(dòng)方向錯(cuò)

4、 誤，應(yīng)該朝反方向改變控制量。同導(dǎo)納增量法，需要引入一個(gè)誤差量。 n防止誤判斷的措施： n在多云天氣，太陽(yáng)能電池板上光照強(qiáng)度變化劇烈，容易使擾動(dòng)觀測(cè)法和導(dǎo)納 增量法的跟蹤方向誤判，不利于最大功率點(diǎn)的跟蹤。 n為了防止發(fā)生誤判，解決的一個(gè)辦法是引入判斷因子，當(dāng)環(huán)境突變時(shí)保持原 有工作狀態(tài)，不進(jìn)行最大功率跟蹤，判斷出環(huán)境穩(wěn)定后再進(jìn)行最大功率跟蹤。 對(duì)于多云天氣情況，這種方案可以很方便地解決跟蹤紊亂的問題，根據(jù)以上 思路將增量導(dǎo)納法進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模扇⊥瑫r(shí)采樣3個(gè)點(diǎn)的電流值，再進(jìn)行比 較來(lái)實(shí)現(xiàn)。 太陽(yáng)能電池最大功率跟蹤器 太陽(yáng)能電池最大功率跟蹤器 n通過控制DC/DC變換器的占空比，使得太陽(yáng)能電池組

5、 在變化的負(fù)載和外部環(huán)境下，始終保持在最大功率點(diǎn)。 n一般DC/DC變換器采用Boost電路構(gòu)成 太陽(yáng)能電池最大功率跟蹤器 n根據(jù)其基本原理，可知輸出電壓 和輸入電壓 可表示為： 其中，D為占空比。 由功率平衡可知， Boost變換器的等效阻抗 占空比越大，等效輸入阻抗越小。 通過調(diào)整占空比D改變輸入阻抗的大小，使其與太陽(yáng)能電池 組的阻抗相匹配，即實(shí)現(xiàn)了最大功率的跟蹤。 o U i U 1 i o U U D /(1) io IID 2 (1) L RRD 風(fēng)力發(fā)電 n風(fēng)力發(fā)電在并網(wǎng)發(fā)電中，一般可分為恒速恒頻（CSCF） 和變速恒頻（VSCF）兩種調(diào)節(jié)方式。 nCSCF結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。但風(fēng)能

6、的利用率低，當(dāng)風(fēng)速 升高時(shí)，會(huì)對(duì)機(jī)械部件造成損傷。 nVSCF隨風(fēng)速的大小自動(dòng)調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度，通過最佳轉(zhuǎn)速 的跟蹤，可獲得最佳功率輸出，風(fēng)能的利用率高。但 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需配備變頻器，成本高。 風(fēng)力發(fā)電 n隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，VSCF用的越來(lái)越多。它常 用雙饋異步發(fā)電機(jī)或同步發(fā)電機(jī)。 n目前雙饋異步發(fā)電機(jī)在風(fēng)力發(fā)電中應(yīng)用較多，技術(shù)也 比較成熟。直驅(qū)式同步發(fā)電機(jī)控制較為復(fù)雜，目前只 用在小容量風(fēng)電場(chǎng)，它有雙饋異步發(fā)電機(jī)所不能替代 的優(yōu)點(diǎn)，比如網(wǎng)端電壓突降時(shí)，直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)能 比雙饋異步發(fā)電機(jī)簡(jiǎn)單有效的處理低壓穿越的問題。 風(fēng)力發(fā)電 n風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的兩種運(yùn)行狀態(tài)： n1）最大風(fēng)能追蹤狀態(tài)。此狀態(tài)運(yùn)

7、行在風(fēng)速較低時(shí)，通過最大 功率跟蹤控制，最大限度的捕獲風(fēng)能。 n2）額定功率運(yùn)行狀態(tài)。此狀態(tài)運(yùn)行在最大風(fēng)速超過風(fēng)機(jī)額定 風(fēng)速時(shí)，降低風(fēng)能捕獲量，使功率保持在額定值附近。 n下圖為恒速恒頻異步電機(jī)原理圖 風(fēng)力發(fā)電 n下圖為雙饋異步發(fā)電機(jī)原理圖： 風(fēng)力發(fā)電 n直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組： 風(fēng)力發(fā)電中低壓穿越技術(shù) n低壓穿越標(biāo)準(zhǔn)： 風(fēng)力發(fā)電中低壓穿越技術(shù) n雙饋異步發(fā)電機(jī)由于定子側(cè)和電網(wǎng)直接相連，當(dāng)電網(wǎng) 電壓跌落時(shí)，電流急劇增大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流也增 大，大電流導(dǎo)致電機(jī)鐵芯飽和、電抗減小，使得電流 進(jìn)一步增大。很容易損壞電機(jī)絕緣。一般在定子側(cè)， 轉(zhuǎn)子側(cè)和直流母線加硬件保護(hù)。 n直驅(qū)型發(fā)電機(jī)組由于結(jié)構(gòu)上，發(fā)電

8、機(jī)和電網(wǎng)沒有直接 相連，中間有AC/DC/AC變流器，電網(wǎng)的波動(dòng)不會(huì)直接 影響到電機(jī)，只需將變流器上多余的能量消耗掉。 風(fēng)力發(fā)電中低壓穿越技術(shù) n目前，具有低壓穿越能力的電機(jī)都采用了直驅(qū)型機(jī)組， 并配套有制動(dòng)功率單元以實(shí)現(xiàn)低壓穿越。 風(fēng)能和光伏發(fā)電特點(diǎn) n風(fēng)能和太陽(yáng)能是一種清潔能源，具有資源豐富，可再 生等優(yōu)點(diǎn)。 n風(fēng)能特點(diǎn)為白天小，夜間大。 n太陽(yáng)能特點(diǎn)為白天大，晚上小。 n由于以上特點(diǎn)，風(fēng)能和太陽(yáng)能直接用來(lái)發(fā)電，將嚴(yán)重 影響系統(tǒng)的輸出功率，對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。 風(fēng)能與光伏互補(bǔ)發(fā)電原理 n風(fēng)力發(fā)電與太陽(yáng)能電池發(fā)電組成的聯(lián)合供電系統(tǒng)叫做風(fēng)光互補(bǔ)發(fā) 電系統(tǒng)。采用此種方法，解決了夏季白天風(fēng)力不足，

9、夜間陽(yáng)光不 足，克服了隨機(jī)性、間歇性的缺點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的可靠性。 光伏電池陣列 風(fēng)力發(fā)電機(jī)整流器蓄電池 直流負(fù)載 交流負(fù)載 控制器 逆變器 特點(diǎn)：彌補(bǔ)了各自獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)的不足，向電網(wǎng)提供更加穩(wěn)定的電 能；共用一套變送電設(shè)備，降低工程造價(jià)。 并網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)存在的問題 n并網(wǎng)型風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)注入電網(wǎng)功率的不可預(yù)測(cè)性 和波動(dòng)性會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成不良影響，需要配備一定容量 的儲(chǔ)能裝置?？梢圆捎眯铍姵丶映?jí)電容的方式，對(duì) 蓄電池和超級(jí)電容分別設(shè)計(jì)DC/DC變換器，獨(dú)立控制。 n并網(wǎng)逆變器中信號(hào)同步一般采用過零比較器、電網(wǎng)電 壓衰減和鎖相環(huán)進(jìn)行同步。以上三種技術(shù)在電壓畸變 或者電壓不平衡時(shí)存在誤差?？煽紤]采用基于瞬時(shí)無(wú) 功功率理論的同步方法。其思路是：建立標(biāo)準(zhǔn)三相正 弦波，將其作為虛擬電網(wǎng)電流和電網(wǎng)電壓一起計(jì)算瞬 時(shí)有功和瞬時(shí)無(wú)功，用低通濾波器得到其中的直流分 量，通過反正切運(yùn)算求得電壓相角。 風(fēng)能與光伏互補(bǔ)發(fā)電的發(fā)展方向 n發(fā)展方向： （1）做好風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電場(chǎng)的風(fēng)能資源、太陽(yáng)能光照資源 的勘測(cè)統(tǒng)計(jì)工作，為風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電場(chǎng)的建設(shè)奠定基礎(chǔ)； （2）尋找更好的儲(chǔ)能方式和備用發(fā)電裝置，合理配