新能源發(fā)電與控制技術(shù) 太原理工大學(xué) 13屆 葬儀落 任影汐 整理

第一章新能源發(fā)電與控制技術(shù)導(dǎo)論新能源發(fā)電與控制技術(shù)涉及的兩個(gè)領(lǐng)域：（1）利用可再生能源和清潔能源發(fā)電，以便持續(xù)獲得二次清潔能源——電能；（2）對(duì)電能通過變換和控制，滿足高質(zhì)量終端能源消費(fèi)需求和電力的高效管理。2、一次能源：是指直接取自自然界未加工轉(zhuǎn)換的各種能量和資源。（包括原煤、原油、天然氣、核能、水、風(fēng)、地?zé)?、生物質(zhì)能）二次能源：由一次能源經(jīng)過加工轉(zhuǎn)換以后得到的能源產(chǎn)品。（電力、蒸汽、煤氣、汽油、柴油、重油、酒精、沼氣、氫氣、焦炭）3、新能源及主要特征（１）新能源定義：是指技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，環(huán)境和社會(huì)可以接受，能確保供應(yīng)和替代常規(guī)化石能源的可持續(xù)發(fā)展的能源體系。（２）廣義化的新能源包含兩個(gè)方面：新能源體系，包括可再生能源（風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、水能、海洋能）和地?zé)崮?、氫能、核能。新能源利用技術(shù)，包括高效利用能源、資源綜合利用、替代能源、節(jié)能等新技術(shù)。（３）廣義化的新能源體系主要包括以下幾個(gè)方面：高效利用能源、資源綜合利用、可再生能源、替代能源、節(jié)能。4、分布式能源的主要特征：高效性、環(huán)保性、能源利用的多樣性、調(diào)峰作用、安全性和可靠性、減少國(guó)家輸配電投資、解決邊遠(yuǎn)地區(qū)供電。5、光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類：獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。6、逆變電路（1）典型電流源逆變電路直流母線采用電感L儲(chǔ)能，采用三相橋式逆變電路，功率半導(dǎo)體器件VT1-6用IGBT（全控型），逆變器輸出電壓經(jīng)C1~C3濾波后近似正弦波，與電網(wǎng)并網(wǎng)后向電網(wǎng)輸送三相交流電流。一般電流源逆變器的控制策略采用電流滯環(huán)PWM模式，使輸出電流接近正弦波。調(diào)節(jié)電流相位幅值，輸出有功功率，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)供電目的。（2）典型電壓源逆變電路直流母線采用電容C儲(chǔ)能，中小容量的電壓源光伏并網(wǎng)逆變器用IGBT的脈寬調(diào)制-電壓源變換器結(jié)構(gòu)，輸出經(jīng)三相濾波電感并入電網(wǎng)。電壓源逆變器的控制策略一般為正弦波PWM（SPWM），經(jīng)低通濾波器濾波后輸出電流波形基本為正弦波。在負(fù)載上只有少量的諧波損耗，對(duì)通信設(shè)備干擾小，整機(jī)效率高。二極管鉗位的三電平電路3個(gè)橋臂分別為A、B、C三相，例如A相:當(dāng)VTA1和VTA2導(dǎo)通時(shí)，Usa端對(duì)地輸出對(duì)地電壓為+Udc/2；當(dāng)VTA3和VTA4導(dǎo)通時(shí)，Usa端輸出對(duì)地電壓為-Udc/2；當(dāng)VTA2和VTA3導(dǎo)通時(shí)，Usa端輸出對(duì)地電壓被鉗位到0，這種鉗位形式成為中性點(diǎn)鉗位形式。C1C2為穩(wěn)壓電容優(yōu)點(diǎn)：輸出波形質(zhì)量高、諧波分量小、單只開關(guān)器件電壓等級(jí)低。缺點(diǎn)：存在中性點(diǎn)平衡問題，電路控制復(fù)雜，成本較高。燃料電池發(fā)電-電源變換控制系統(tǒng)框圖由燃料供給、燃料處理器、燃料電池堆、燃料電池控制器、電力電子變換器（DC-DC,DC-AC）、電源變換控制器及中央動(dòng)力控制單元組成。工作時(shí)必須不斷向電池內(nèi)部輸入燃料氣體和氧化劑，保證電能持續(xù)穩(wěn)定，不斷排除相應(yīng)反應(yīng)產(chǎn)物，氫氣經(jīng)過重整改質(zhì)方可進(jìn)入燃料電池。把單燃料電池串聯(lián)，組成燃料電池堆提高輸出電壓等級(jí)。第二章電源變換和控制技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)1、電力電子器件的特征：（1）電力電子器件處理的電功率的大小，是其主要的特征參數(shù)，它處理電功率的能力小至幾mW，大至MW，一般遠(yuǎn)大于處理信息電路信號(hào)的電力器件功率等級(jí)（2）電力電子器件處理的功率級(jí)別大，為減少自身的損耗，電力電子器件往往工作在開關(guān)狀態(tài)（3）在實(shí)際應(yīng)用中，一般由信息電子來控制電力電子器件，由于電力電子器件所處理的電功率較大，因此需要驅(qū)動(dòng)電路對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行放大和隔離。2、電力電子器件分類（1）不可控型器件（不能控制導(dǎo)通和關(guān)斷）：功率二極管（2）半控型器件（能控制導(dǎo)通，不能控制關(guān)斷）：晶閘管及其派生器件。（3）全控型器件（能控制導(dǎo)通和關(guān)斷）：GTR（功率晶體管）、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）、GTO（門極關(guān)斷晶閘管）、P-MOSFET（電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管）（1）電流驅(qū)動(dòng)型：Thyrister、GTR、GTO（2）電壓驅(qū)動(dòng)型，電力MOSFET、IGBT3、IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）IGBT的基本特性：電壓驅(qū)動(dòng)的全控型器件，有三個(gè)引出電極，柵極G、集電極C、發(fā)射極E。優(yōu)點(diǎn)：功率小，開關(guān)速度高。飽和壓降低，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，通流能力強(qiáng)，耐壓等級(jí)高。靜態(tài)特性：輸入（轉(zhuǎn)移）特性和輸出（V-A）特性當(dāng)IGBT柵極G與發(fā)射機(jī)E之間的外加電壓時(shí)，集電極電流,IGBT處于阻斷狀態(tài)（斷態(tài)）；當(dāng)大于一定值（2V左右）時(shí)，；柵極G與發(fā)射級(jí)E之間外加足夠大（5~15V）的正向控制電壓，IGBT則轉(zhuǎn)入導(dǎo)通狀態(tài)（通態(tài)）IGBT的主要參數(shù)（1）最大集射極間電壓：器件最高工作電壓，PNP晶體管擊穿電壓決定（2）最大集電極電流：一定殼溫下額定直流電流和1ms脈寬最大電流（3）最大集電極功耗：正常工作溫度下允許的最大耗散功率（4）集射極間飽和壓降：柵射極間施加正向電壓，集射極間飽和通態(tài)壓降，集電極電流較小，負(fù)溫度系數(shù)，集電極電流較大，正溫度系數(shù)。IGBT柵極驅(qū)動(dòng)功率選擇：IGBT處于高速開關(guān)狀態(tài)時(shí)，5、電源的最大峰值電流：電源的平均功率：6、常用的過電壓抑制方法：在器件輸出端并接電容，對(duì)過電壓沖擊起緩沖作用；設(shè)計(jì)合適的緩沖電路吸收；采用軟開關(guān)技術(shù)等。7、AC-DC變換電路二極管整流器-不控整流：要求電流穩(wěn)定的負(fù)載一般只加電感濾波，要求電壓穩(wěn)定的負(fù)載，一般只加電容濾波。晶閘管整流器-相控整流：通過控制門級(jí)的觸發(fā)延遲角，就能控制晶閘管的導(dǎo)通時(shí)刻，達(dá)到控制（移相調(diào)節(jié)）輸出直流電壓的目的，同時(shí)將輸入的交流電能整流成可控的直流電源，提供給要求電壓可連續(xù)變化的負(fù)載。PWM整流器-斬波整流8、DC-DC變換器常見的單開關(guān)器件直流變換器主要有6種：降壓（Buck）型變換器，升壓（Boost）型變換器，降-升壓（Buck-Boost）型變換器和三種升-降/降-升壓（Cuk、Sepic、Zeta）型變換器。單端正激式DC-DC變換器輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系其中（3）單端反激式DC-DC變換器9、DC-AC逆變器的參數(shù)計(jì)算通過負(fù)載的電流有效值對(duì)于阻感性負(fù)載（半橋）選開關(guān)管VT1、VT2上的電壓額定為選開關(guān)管VT1、VT2上的電流額定為全橋阻感性負(fù)載第三章風(fēng)能、風(fēng)力發(fā)電與控制技術(shù)1、并網(wǎng)運(yùn)行的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的原理框圖并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。并網(wǎng)運(yùn)行的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由風(fēng)輪、增速齒輪箱、發(fā)電機(jī)、偏航裝置、控制系統(tǒng)、塔架等部件組成。其中電容補(bǔ)償用于異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作原理：在并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，當(dāng)風(fēng)以一定速度吹向風(fēng)力機(jī)時(shí)，在風(fēng)輪的葉片上產(chǎn)生的力驅(qū)動(dòng)風(fēng)輪葉片低速轉(zhuǎn)動(dòng)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過傳動(dòng)系統(tǒng)由增速齒輪箱增速，將動(dòng)力傳送給發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)勻速運(yùn)轉(zhuǎn)，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。還設(shè)有迎風(fēng)裝置，根據(jù)傳感器測(cè)出的風(fēng)向，控制使機(jī)艙始終對(duì)準(zhǔn)風(fēng)的放向。永磁式交流同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理當(dāng)風(fēng)輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)切割定子繞組，在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由此產(chǎn)生交流電流輸出。定子繞組中的交流電流建立的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速同步，屬于小型同步發(fā)電機(jī)。硅整流自勵(lì)磁交流同步發(fā)電機(jī)組成：定子由定子鐵心和三相定子繞組組成，定子繞組為星形聯(lián)結(jié)，放在定子鐵心的內(nèi)圓槽內(nèi)；轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組（勵(lì)磁繞組）、集電環(huán)和轉(zhuǎn)子軸等組成，轉(zhuǎn)子鐵心有凸極式和爪極式兩種，轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組通過集電環(huán)和電刷與整流器的直流輸出端相連，以獲得直流電流勵(lì)磁。原理：風(fēng)輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，輸出的交流電經(jīng)整流變?yōu)橹绷?，通過轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組進(jìn)行自勵(lì)，同時(shí)通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的大小，來抵消因風(fēng)速變化而導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化對(duì)發(fā)電機(jī)端電壓的影響，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，提高供電質(zhì)量，電能最終儲(chǔ)存在蓄電池組中。4、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差率n1同步轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速5、雙饋異步發(fā)電機(jī)雙饋異步發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)：AC-DC-AC變頻器中的整流器通過集電環(huán)與轉(zhuǎn)子電路相連接，將轉(zhuǎn)子電路中的交流電經(jīng)整流器轉(zhuǎn)換成直流電，經(jīng)平波電抗器濾波后再由逆變器逆變成交流電回饋電網(wǎng)。雙饋異步發(fā)電機(jī)的工作原理：異步發(fā)電機(jī)中定、轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)始終是相對(duì)靜止的，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化而頻率不變時(shí)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和定、轉(zhuǎn)子電流的頻率關(guān)系可表示為（1）當(dāng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速n變化時(shí)，可通過調(diào)節(jié)f2來維持f1不變，以保證與電網(wǎng)頻率相同，實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制。雙饋異步發(fā)電機(jī)三種運(yùn)行狀態(tài)：亞同步運(yùn)行狀態(tài)，n<n1，轉(zhuǎn)差率s>0，式（1）取正號(hào)，頻率為f2的轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同方向。超同步運(yùn)行狀態(tài)，n>n1，轉(zhuǎn)差率s<0，式（1）取負(fù)號(hào)，轉(zhuǎn)子中的電流相序發(fā)生了改變，頻率為f2的轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速反方向。同步運(yùn)行狀態(tài)，n=n1,f2=0，轉(zhuǎn)子中的電流為直流，與同步發(fā)電機(jī)相同。功率：風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的軸上輸入的機(jī)械功率為P1，從轉(zhuǎn)子傳送到定子上的電磁功率為Pem，定子輸出的電功率為（1-s）Pem，轉(zhuǎn)子輸入的電功率為sPem.有亞同步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)差率s>0,sPem>0,需要向轉(zhuǎn)租繞組饋入電功率，由原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化過來并由定子輸出的電能只有（1-s）Pem，比轉(zhuǎn)子傳送到定子上的電磁功率Pem小超同步運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)差率s<0,轉(zhuǎn)子輸入的電功率sPem為負(fù)值，定。轉(zhuǎn)子同時(shí)發(fā)電，轉(zhuǎn)子發(fā)出的電能經(jīng)雙向變流器饋入電網(wǎng)，總輸出的電能為（1+/s/）Pem，大于Pem。6、同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)（1）并網(wǎng)條件：波形相同、幅值相同、頻率相同、相序相同、相位相同。（2）并網(wǎng)方法自動(dòng)準(zhǔn)同步并網(wǎng)：滿足理想并網(wǎng)條件的方式，偏航系統(tǒng)根據(jù)風(fēng)向傳感器對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向，達(dá)到起動(dòng)風(fēng)速，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸入勵(lì)磁電流，勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)使發(fā)電機(jī)輸出端電壓接近電網(wǎng)電壓，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速、電壓幅值大致相同，斷路器兩端電位差很小幾乎為0時(shí)，控制斷路器合閘并網(wǎng)，之后通過自整步進(jìn)入同步。優(yōu)點(diǎn)：并網(wǎng)瞬間不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流，電網(wǎng)電壓不會(huì)下降，也不會(huì)對(duì)定子繞組和其他機(jī)械部件產(chǎn)生沖擊。缺點(diǎn)：操作復(fù)雜、費(fèi)時(shí)。自同步并網(wǎng)：同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通過限流電阻短接，電機(jī)中無勵(lì)磁磁場(chǎng)，用原動(dòng)機(jī)將發(fā)電機(jī)拖到同步轉(zhuǎn)速附近，將發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)，再進(jìn)行勵(lì)磁，最后通過定轉(zhuǎn)子電磁力作用下，發(fā)電機(jī)自動(dòng)牽入同步。優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單，不存在不同步合閘。缺點(diǎn)：合閘后有電流沖擊和電網(wǎng)電壓的短時(shí)下降現(xiàn)象7、異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)（1）直接并網(wǎng)：當(dāng)風(fēng)力機(jī)在風(fēng)的驅(qū)動(dòng)下起動(dòng)后，通過增速齒輪箱將異步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子帶到同步轉(zhuǎn)速附近，測(cè)速裝置給出自動(dòng)并網(wǎng)信號(hào)，通過斷路器合閘并網(wǎng)。條件：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向一致、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速盡可能接近于同步轉(zhuǎn)速（百KW級(jí)，電網(wǎng)容量較大）（2）降壓并網(wǎng)：在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間串接電阻或電抗器，或接入自耦變壓器，以降低并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流和電網(wǎng)電壓下降幅度。在發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，將接入電阻等元件迅速?gòu)木€路中切除，以免消耗功率。（百KW級(jí)，電網(wǎng)容量較大）（3）晶閘管軟并網(wǎng)：在異步發(fā)電機(jī)的定子和電網(wǎng)之間通過每相串入一只雙向晶閘管，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來控制并網(wǎng)時(shí)的沖擊電流，從而得到一個(gè)平滑的并網(wǎng)暫態(tài)過程。第四章太陽(yáng)能、光伏發(fā)電與控制技術(shù)1、太陽(yáng)能光伏發(fā)電的原理太陽(yáng)電池的原理是基于半導(dǎo)體的光伏效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射直接轉(zhuǎn)換為電能。所謂的光電效應(yīng)，就是指物體在吸收光能后，其內(nèi)部能傳導(dǎo)電流的載流子分布狀態(tài)和濃度發(fā)生變化，由此產(chǎn)生出電流和電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。其中半導(dǎo)體效應(yīng)最高。當(dāng)太陽(yáng)光照射到半導(dǎo)體的PN結(jié)上，就會(huì)在其兩端產(chǎn)生光生電壓，若在外部將PN結(jié)短路，就會(huì)產(chǎn)生光電流。光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成與分類構(gòu)成：太陽(yáng)電池組件，中央控制器、充放電控制器、逆變器，蓄電池、蓄能元件及輔助發(fā)電設(shè)備等。分類：（1）小型太陽(yáng)能供電系統(tǒng)（SmallDC）、（2）簡(jiǎn)單直流供電系統(tǒng)（SimpleDC）、（3）大型太陽(yáng)能供電系統(tǒng)（LargeDC）、（4）交流、直流混合供電系統(tǒng)（AC-DC）、（5）并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)（UtilityGridConnect）、（6）混合供電系統(tǒng)（Hybrid）、（7）并網(wǎng)混合供電系統(tǒng)3、最大功率點(diǎn)跟蹤控制算法（1）固定電壓跟蹤法：對(duì)最大功率點(diǎn)曲線進(jìn)行近似，求得一個(gè)中心電壓，通過控制使光伏陣列的輸出電壓一直保持該電壓，使輸出功率達(dá)到最大功率輸出值。方便，控制簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)，可靠性高，穩(wěn)定性好，輸出電壓穩(wěn)定，精度差。（2）擾動(dòng)觀察法：根據(jù)光伏陣列工作時(shí)不間斷地檢測(cè)電壓擾動(dòng)量，即根據(jù)輸出電壓的脈動(dòng)增量的輸出規(guī)律，測(cè)得陣列當(dāng)前的輸出功率Pd，而被存儲(chǔ)的前一刻輸出功率被記憶為Pj，若Pd>Pj,則U=U+△U。若Pd<Pj,則U=U-△U。優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)模塊化控制，跟蹤方法簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：只能使光伏輸出電壓在最大功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行，部分功率損失，初始值及跟蹤步長(zhǎng)對(duì)跟蹤精度和速度有較大影響。（3）增量電導(dǎo)法：當(dāng)輸出功率P為最大時(shí)，即Pmax處的斜率為零，可得整理得,光伏陣列達(dá)到最大功率點(diǎn)的條件，即輸出電壓的變化率等于輸出瞬態(tài)電導(dǎo)的負(fù)值時(shí)，光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)。通過比較光伏陣列的電導(dǎo)增量和瞬間電導(dǎo)來改變控制信號(hào)，精度高，相應(yīng)速度快。（4）模糊邏輯控制法：需要確定1）確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量2）擬定適合本系統(tǒng)的模糊邏輯控制規(guī)則3）確定模糊化和逆模糊化的方法4）選擇合理的論域并確定有關(guān)方法。有較好的動(dòng)態(tài)特性和控制精度。（5）最優(yōu)梯度法：選取目標(biāo)函數(shù)的負(fù)梯度方向作為每步迭代的跟蹤方向，逐步逼近函數(shù)的最小值或最大值。運(yùn)算簡(jiǎn)單，魯棒性好。4、獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能與充放電控制技術(shù)（1）為什么要裝配直流變換器？有哪幾種變換器，各自應(yīng)用于哪里？考慮光伏發(fā)電產(chǎn)生的直流電壓電流不穩(wěn)定，要求直流側(cè)必須裝配有相應(yīng)的直流變換器并進(jìn)行有效的控制。升壓變換器主要應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)向配電房直流輸電，或?qū)⒌碗妷荷龎鹤儞Q后輸出。降壓變換器主要用于光伏工作點(diǎn)功率控制、負(fù)載調(diào)節(jié)控制以及蓄電池充電控制。（2）為什么要進(jìn)行蓄電池充放電控制？由于太陽(yáng)輻射能不穩(wěn)定性，考慮夜間用電，需要配置足夠容量的中間儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，即采用在直流母線側(cè)裝置蓄電池，對(duì)儲(chǔ)能單元實(shí)施有效的能量管理（合適的充放電控制），可以保證蓄電池壽命。蓄電池是光伏陣列發(fā)電系統(tǒng)蓄能中間環(huán)節(jié)，擔(dān)負(fù)著光伏電能在用電低峰時(shí)儲(chǔ)能，在光伏電能較低時(shí)釋放電能，使發(fā)電系統(tǒng)能夠比較平穩(wěn)地對(duì)負(fù)載供電。（3）公式：α為蓄電池充電電流接受比，I為蓄電池可接受的初始充電電流Q為存儲(chǔ)于蓄電池內(nèi)的電荷量（4）鉛酸蓄電池充放電過程三個(gè)基本定律：第一定律，對(duì)于任意給定的放電電流，α與放電容量C的二次方根成反比第二定律，對(duì)于任意給定的放電量，α與放電電流Idis的對(duì)數(shù)成正比第三定律，蓄電池以不同的放電率放電后，可接受的充電電力是各個(gè)放電率的可接受充電電流之和充電過程一般分為主充、均充、浮充三個(gè)階段，有時(shí)在充電末期以微小電流長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)進(jìn)行涓流充電。充電程度判斷方法：檢測(cè)蓄電池去極化后的端電壓變化，檢測(cè)蓄電池的實(shí)際容量，檢測(cè)蓄電池的端電壓。充電各階段自動(dòng)轉(zhuǎn)換方法：采用定時(shí)控制方式，比較充電電流或充電電壓是否達(dá)到設(shè)定值，采用積分電路在線監(jiān)測(cè)蓄電池容量。蓄電池停止充電的控制方法：定時(shí)控制，蓄電池溫度控制，蓄電池端電壓負(fù)增量控制，蓄電池極化電壓控制。蓄電池充電控制的實(shí)現(xiàn)方法：經(jīng)典的充電控制、智能化的充電控制。5、并網(wǎng)逆變器分為單級(jí)式并網(wǎng)逆變器，兩級(jí)式并網(wǎng)逆變器，多級(jí)式并網(wǎng)逆變器。單級(jí)式并網(wǎng)雙向反激式逆變器：優(yōu)點(diǎn)是雙向電流導(dǎo)通能力，可保持輸出電流連續(xù)。缺點(diǎn)是光伏陣列母線上電容CO所含的2倍工頻紋波電壓較大，要求的電容值大。兩級(jí)式并網(wǎng)逆變器：在高壓直流母線上并聯(lián)一個(gè)電容可以很好實(shí)現(xiàn)能量解耦。消除夜間并網(wǎng)逆變器的待機(jī)損耗，左橋臂開關(guān)頻率為20-80kHZ，起正弦波調(diào)制作用，右橋臂為2倍于公共電網(wǎng)頻率的開關(guān)頻率，起換相作用，把開關(guān)損耗降低一半。6、什么是低電壓穿越？風(fēng)力發(fā)電機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，風(fēng)機(jī)能夠保持低電壓穿越并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定得無功功率，支持電網(wǎng)恢復(fù)，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常，從而穿越這個(gè)低電壓時(shí)間。孤島效應(yīng)定義：當(dāng)分散的電源如光伏發(fā)電系統(tǒng)從原有的電網(wǎng)中斷開后，雖然輸電線路已經(jīng)斷開，但逆變器仍在運(yùn)行，逆變器失去了并網(wǎng)賴以參考的公共電網(wǎng)電壓，這種情況叫做孤島效應(yīng)。檢測(cè)方法：被動(dòng)檢測(cè)（檢測(cè)出電壓幅值頻率相位跳變）、主動(dòng)檢測(cè)（并網(wǎng)點(diǎn)處注入很小干擾信號(hào)，通過檢測(cè)反饋信號(hào)判斷電網(wǎng)是否失電）第五章水能、小水利發(fā)電與控制技術(shù)1、水力資源的特點(diǎn)：

（1）水力資源總量較多，但開發(fā)利用率低。

（2）水力資源地區(qū)分布不均，與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不匹配。

（3）大多數(shù)河流年內(nèi)、年際徑流分布不均。

（4）水力資源主要集中于大江大河，有利于集中開發(fā)和規(guī)模外送。2、公式：P功率Q流量H水頭η效率小型：年發(fā)電量E=PT3、水輪機(jī)的基本工作參數(shù)：水頭、流量、轉(zhuǎn)速、出力、效率。水頭：水輪機(jī)進(jìn)口斷面與其出口斷面的單位重量水流能量的差值，用H表示，單位為m.流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過水輪機(jī)過水?dāng)嗝娴乃黧w積，用Q表示，單位。轉(zhuǎn)速：主軸每分鐘旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）。出力：水輪機(jī)軸端輸出的功率效率：水輪機(jī)出力和水流出力之比水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速：4、水輪機(jī)調(diào)速器的調(diào)節(jié)原理運(yùn)動(dòng)方程式：同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和頻率之間有著嚴(yán)格的關(guān)系，為保證電能的頻率不變，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須恒定，因此角速度的變化率必須為0，即。而發(fā)電機(jī)的負(fù)載亦即在時(shí)刻變化著，只有控制說輪級(jí)的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩時(shí)刻跟隨著變化，使,才能維持頻率和轉(zhuǎn)速不變。水輪機(jī)動(dòng)力轉(zhuǎn)矩：通過調(diào)速器改變水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)導(dǎo)葉的開度來改變水輪機(jī)的流量，可達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的目的，因此水力發(fā)電機(jī)頻率的調(diào)整是可以由原動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，即當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)載變化引起頻率改變時(shí)，水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)作，改變水輪原動(dòng)機(jī)的進(jìn)水量，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出功率以適應(yīng)負(fù)載變化的需要。小水利同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的基本組成：勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁功率單元、檢測(cè)部分、同步發(fā)電機(jī)組成的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。小水利同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的任務(wù)：電壓調(diào)節(jié)、無功功率調(diào)節(jié)、并聯(lián)運(yùn)行各發(fā)電機(jī)之間無功功率合理分配、提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、改善電力系統(tǒng)運(yùn)行條件、要求實(shí)現(xiàn)強(qiáng)行減磁。無功功率的調(diào)節(jié)：發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，可認(rèn)為是與無限大容量電源的母線并網(wǎng)運(yùn)行，即認(rèn)為電網(wǎng)電壓恒定，因此發(fā)電機(jī)的端電壓不隨負(fù)載的大小而改變，也是恒定值。由于發(fā)電機(jī)輸出的有功功率只受調(diào)速器的控制，與勵(lì)磁電流的大小無關(guān)，只能通過調(diào)節(jié)他的勵(lì)磁電流來改變發(fā)電機(jī)無功功率的數(shù)值。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性：在運(yùn)行中受到干擾后，發(fā)電機(jī)組能夠恢復(fù)到原來的運(yùn)行狀態(tài)或過渡到另一個(gè)新的運(yùn)行狀態(tài)，則系統(tǒng)穩(wěn)定。分為靜態(tài)穩(wěn)定（小擾動(dòng)）和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定（大擾動(dòng)）。都與勵(lì)磁調(diào)節(jié)有關(guān)。9、對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的要求（1）時(shí)間常數(shù)較小，能迅速相應(yīng)輸入情況的變化。（2）系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器能反映發(fā)電機(jī)電壓高低，以維持發(fā)電機(jī)電壓在給定水平。（3）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能合理地分配機(jī)組的無功功率。（4）對(duì)遠(yuǎn)距離輸電的發(fā)電機(jī)組，為了能在人工穩(wěn)定區(qū)域運(yùn)行，要求勵(lì)磁調(diào)節(jié)器沒有失靈區(qū)。（5）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)能迅速反應(yīng)系統(tǒng)故障，具備強(qiáng)行勵(lì)磁等控制功能，以提高暫態(tài)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)運(yùn)行條件。10、對(duì)勵(lì)磁功率單元的要求

（1）要求勵(lì)磁功率單元有足夠的可靠性并具有一定得調(diào)節(jié)容量，以適應(yīng)電力系統(tǒng)各種運(yùn)行工況的要求。

（2）具有足夠的勵(lì)磁頂值電壓和電壓上升速度。勵(lì)磁頂值電壓是在勵(lì)磁功率單元強(qiáng)行勵(lì)磁時(shí)可能提供的最高電壓；勵(lì)磁上升電壓速度是勵(lì)磁系統(tǒng)快速響應(yīng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)有直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)、交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)自并勵(lì)交流勵(lì)磁系統(tǒng)。直流缺點(diǎn)：直流勵(lì)磁機(jī)由于存在機(jī)械換向器和電刷，功率過大時(shí)，換向困難。交流優(yōu)點(diǎn)：響應(yīng)速度快自并勵(lì)優(yōu)點(diǎn)：不需要同軸勵(lì)磁機(jī)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠性高，縮短機(jī)組長(zhǎng)度，減少投資，響應(yīng)速度快，機(jī)組過電壓較低。缺點(diǎn)：發(fā)電機(jī)出口近端短路而故障切除時(shí)間較長(zhǎng)，缺乏強(qiáng)行勵(lì)磁能力。12、電力系統(tǒng)和無功功率電壓的靜態(tài)特性（如何理解，參數(shù)改變會(huì)怎么辦）額定電壓時(shí)，系統(tǒng)無功功率Q同電壓U的關(guān)系如曲線1所示，負(fù)荷的無功電壓特性為曲線2，兩者的交點(diǎn)a確定了負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓Ua。無功負(fù)荷增加時(shí)，曲線2移到了曲線2’，無功電源沒有增加，電源無功特性保持曲線1.曲線1和2’的交點(diǎn)a’就是新的無功功率平衡點(diǎn)，Ua’<Ua，負(fù)荷增加后，系統(tǒng)的無功功率電源不能滿足在電壓Ua下的無功功率平衡，只能降低電壓運(yùn)行，取得較低電壓下的無功功率平衡。如果無功電源充足，通過補(bǔ)償，電源無功特性上移到曲線1’，使1’和2’的交點(diǎn)所確定的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓達(dá)到或接近原來的數(shù)值Ua。采用無功補(bǔ)償后的系統(tǒng)無功功率電源比較充足，系統(tǒng)就能具有較高的運(yùn)行電壓水平。第六章生物質(zhì)能發(fā)電與控制技術(shù)1、生物質(zhì)能是可再生能源，其原料通常包括6個(gè)方面：木材及森林工業(yè)廢棄物，農(nóng)作物及其廢棄物，水生植物，油料植物，城市和工業(yè)有機(jī)廢棄物，動(dòng)物糞便。2、物化轉(zhuǎn)換方式主要有三方面：干餾技術(shù)，汽化制取生物質(zhì)能可燃?xì)怏w，熱解制生物質(zhì)油。3、生物質(zhì)能發(fā)展?fàn)顩r4、生物質(zhì)汽化發(fā)電技術(shù)原理：把生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成燃?xì)?，再利用可燃?xì)怏w推動(dòng)燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備進(jìn)行發(fā)電。生物質(zhì)在汽化爐中氣化生成可燃?xì)怏w，經(jīng)過凈化后驅(qū)動(dòng)內(nèi)燃機(jī)或小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電。5、典型的沼氣內(nèi)燃機(jī)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的工藝流程。6、燃料電池是一種將儲(chǔ)存在燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，當(dāng)源源不斷地從外部向燃料電池供給燃料和氧化劑時(shí)，它就可以連續(xù)發(fā)電。依據(jù)電解質(zhì)的不同，分為堿性燃料電池，磷酸型燃料電池，熔融碳酸鹽燃料電池，固體氧化物燃料電池，質(zhì)子交換膜燃料電池。沼氣燃料電池是將沼氣化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種裝置，它所用的“燃料”并不燃燒，而是直接產(chǎn)生電能。第七章分布式能源的利用與控制技術(shù)1、分布式能源的定義：由高效利用發(fā)電產(chǎn)生的廢能而生產(chǎn)熱和電以及現(xiàn)場(chǎng)端的可再生能源系統(tǒng)以及包括利用現(xiàn)場(chǎng)廢氣、廢熱以及多余壓差來發(fā)電的能源循環(huán)利用等發(fā)電系統(tǒng)組成，能夠在消費(fèi)地點(diǎn)或很近的地方發(fā)電的系統(tǒng)，成為分布式能源系統(tǒng)，而不考慮這些項(xiàng)目的規(guī)模、燃料或技術(shù)，及該系統(tǒng)是否聯(lián)網(wǎng)等條件。2、分布式能源的主要特征：高效性，環(huán)保性，資源利用的多樣性，調(diào)峰作用，安全性和可靠性，減少國(guó)家輸配電投資，解決邊遠(yuǎn)地區(qū)供電。3、分布式能源轉(zhuǎn)換設(shè)備及裝置：小型燃?xì)廨啓C(jī)，微型燃?xì)廨啓C(jī)，燃料電池，微型蒸汽輪機(jī)，微型水輪機(jī)和微型抽水蓄能電站，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，余熱制冷系統(tǒng)，熱泵系統(tǒng)，能源回收系統(tǒng)。4、分布式能源的主要應(yīng)用形式：熱-電-冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)，微燃?xì)鈾C(jī)發(fā)電系統(tǒng)，氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，小水電發(fā)電系統(tǒng)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)，地?zé)崮芫C合利用熱-電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，生物質(zhì)能源發(fā)電系統(tǒng)。5、電源變換與控制系統(tǒng)的構(gòu)成和功能（1）100KW三相AC-DC變換器（整流器）將永磁中頻發(fā)電機(jī)輸出的三相500~1200HZ、400~900V變化的交流電壓經(jīng)整流變換為540V的直流電壓。在微型燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)，整流器開關(guān)器件（晶閘管）截止，使整流器與發(fā)電機(jī)輸出脫離；正常工作時(shí)控制AC-DC變換器將發(fā)電機(jī)輸出的500~1200HZ、400~900V大范圍波動(dòng)的交流電壓可控整流成540V穩(wěn)定的直流電壓。（2）100KW三相DC-AC變換器（逆變器）將540V的直流電壓逆變?yōu)槿?0HZ、400V恒頻、恒壓的工頻交流電壓。在微型燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)，三相DC-AC變換器將蓄電池經(jīng)DC-DC雙向（可逆）變換器提供的直流電源逆變?yōu)?~500HZ、400V的交流工頻電壓，作為燃機(jī)發(fā)電機(jī)的交流變頻軟啟動(dòng)電源，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而帶動(dòng)微型燃機(jī)工作，燃機(jī)起動(dòng)結(jié)束后，Q1斷開，Q2閉合，系統(tǒng)進(jìn)入正常發(fā)電工況，三相DC-AC變換器將三相AC-DC變換器輸出的540V直流逆變控制為50HZ、400V恒頻、恒壓電能。（3）3KW三相DC-AC變換器（逆變器）將540V的直流電壓逆變?yōu)槿?~50HZ、400V交流變頻電源，驅(qū)動(dòng)燃料增壓泵電動(dòng)機(jī)，控制燃料增壓泵電動(dòng)機(jī)作變頻調(diào)速運(yùn)動(dòng)，燃機(jī)起動(dòng)階段由蓄電池供電。DC-DC雙向（可逆）變換器為蓄電池充電或放電提供雙向變換通道，并根據(jù)蓄電池的充電特性限制充放電電流。蓄電池采用多電池串聯(lián)方式，以便使電壓達(dá)到540V左右。100KW三相隔離變壓器由于100KW三相DC-AC變換器輸出的是PWM脈寬調(diào)制電壓波形，富含高頻諧波，通常需要在逆變器與負(fù)載或電網(wǎng)之間加工頻隔離變壓器進(jìn)行濾波和隔離，同時(shí)減緩操作沖擊；利用變壓器一、二次繞組的感性特征，還可對(duì)輸出電流低通濾波，使其變?yōu)槠交恼也ㄐ?；變壓器二次繞組通常采用星形聯(lián)結(jié)，帶中心抽頭，以便構(gòu)成三相四線的供電制式。6、電源變換與控制系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)（1）100KW三相AC-DC變換器和常規(guī)的整流器不同，它工作在500~1200HZ的中頻可控整流狀態(tài)，必須選用快速晶閘管；并且觸發(fā)電流的同步信號(hào)必須快速跟蹤發(fā)電機(jī)的電壓頻率，因此觸發(fā)電路應(yīng)具有頻率鎖相功能。（2）100KW三相DC-AC變換器它主要承擔(dān)兩種工況：起動(dòng)時(shí)為發(fā)電機(jī)提供寬范圍的變頻電源，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行，頻率在0~500HZ范圍內(nèi)變化，使發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的軟起動(dòng)；起動(dòng)結(jié)束后，為負(fù)載提供50HZ、400V的三相四線制恒頻恒壓電源。它的工作頻率變化范圍大，對(duì)控制電流PWM調(diào)制的動(dòng)態(tài)特性要求高，控制較復(fù)雜。系統(tǒng)采用微機(jī)協(xié)調(diào)控制和故障診斷采用微機(jī)協(xié)調(diào)控制和故障診斷預(yù)測(cè)可能發(fā)生的故障，及時(shí)顯示、報(bào)警，提高系統(tǒng)的可靠性。主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)額定功率為100KW；機(jī)組輸出的交流電壓有效值為400V、三相四線制；穩(wěn)態(tài)輸出電壓調(diào)整率≤±1%；瞬態(tài)輸出電壓調(diào)整率為-15%~20%；起動(dòng)時(shí)電壓穩(wěn)定時(shí)間≤1.5s；電壓波動(dòng)率≤0.8%;線電壓正弦波總畸變率≤3%；輸出額定頻率50HZ；穩(wěn)態(tài)輸出頻率調(diào)整率≤3%‘瞬態(tài)輸出頻率調(diào)整率≤±7%；起動(dòng)時(shí)頻率穩(wěn)定時(shí)間≤5s；頻率波動(dòng)率≤1.0%。典型單元電路組成及工作原理（1）100KW三相AC-DC變換器

在微型燃機(jī)起動(dòng)過程中，AC-DC變換器的控制電路把觸發(fā)延遲角α推到180°，使晶閘管截止，輸出電壓為零。待燃機(jī)進(jìn)入自持狀態(tài)后，發(fā)電機(jī)輸出中頻電壓，變換器開始整流工作；為了防止發(fā)電機(jī)投入時(shí)的負(fù)載沖擊，可控制α由180°緩慢減小，使輸出直流電壓按固定斜率增大到穩(wěn)態(tài)值；AC-DC變換器的輸出電壓最終穩(wěn)定在直流（540±40）V，電壓源型AC-DC變換器的輸出端需要并聯(lián)大電容，起儲(chǔ)能、穩(wěn)壓和濾波的作用。

（2）100K