太阳能和风能
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工作。
5.主从结构
• 控制主协同开光，来动态决定 不同外部环境下的并网结构；
• 光照很低，变成集中式； • 光照很高，最佳能量利用；
不同功率等级下体系结构
太阳光伏发电系统组成
• 太阳能电池； • 储能环节（蓄电池，超级电容器）及其充电器；（并网没有） • 最大功率跟踪装置（MPPT)，----(maximium power point tracking)； • 逆变装置；
防孤岛技术(anti-island)
• 孤岛 • 被动（幅值，频率检测） • 主动 a主动偏移， b正反馈频率偏移 C自动移相法
定义：所谓孤岛现象是指：当电网供电因 故障事故或停电维修而跳脱时，各个用户 端的分布式并网发电系统（如：光伏发电、 风力发电、燃料电池发电等）未能即时检 测出停电状态而将自身切离市电网络，而 形成由分布电站并网发电系统和周围的负 载组成的一个自给供电的孤岛，如图1 所
2.变速恒频
• 发电机的转速随风速变化，但是输出电能频率不 变，目前主流的风机所采用的模式。分三种（1.双 馈式，2.直驱，3.半直驱（混合型）
• 优点: (1)可以是适应于不同的风速区； (2)保持最佳叶尖速比，最大利用风能； (3）降低主轴和传动机构的应用，延长寿命； (4）发电机：永磁同步发电机和双馈发电机
太阳能电池特性
电 压 源 区 和 电 流 源 区 200W光伏电池的伏安特性
200W光伏电池的功率曲线
MPPT最大功率跟踪方法
• 固定电压跟踪法CVT (constant voltage tracking)； • 扰动观测法（perturb and observe P&O）； • 导纳微增法（Incremental impedance）； • 间歇扫描法；
光伏独立供电系统的构成
• 非隔离 • 工频 • 高频 • 单相/三相 • 一定用储能环节
太阳能并网系统
• 非隔离 • 工频 • 高频 • 单相/三相 • 没有储能环节
逆变器
• 单相 • 三相 • 高压？
2005年8月投入 应用的西藏羊八井100KW高压电站
单相并网系统
单相并网控制系统构成
DC/DC 控制构成 DC/AC 控制构成
太阳能光伏发电
• 独立发电（电压源模式）
（1）直流负载独立系统； （2）交流负载独立系统； （3）人口分散，无电网地区； （4）要有储能环节，蓄电池，超电容等。
• 并网发电（电压源或电流源模式） （1）负载是电网
三种系统的对比及应用
光伏系统的体系结构
• 集中式 • 集成式 • 串行结构 • 多重串行结构
• 直接功率控制
1991年日本学者提出了异步电子直接转矩控制，推广产生直接功率控制概念。
2.2永磁直驱全功率变流
• 永磁同步发电机为多极； • 变流器要处理全功率； • 齿轮箱可以没有； • 解决转速和电网频率之
间的耦合；
双馈与永磁同步发电机对比
1.固定电压跟踪法(CVT)法
• 光伏电池的输出为一固定电压，一般是光电池最大开路电压的0.8 倍。
2.扰动观测法
• 首先工作在一个电压，扰动（UPV +ΔU)，观测功 率变化
• 功率增加，扰动方向正确。 • 功率减少，相反方向扰动。 特点： 优点：跟踪方法简单， 容易实现； 缺点：在最大功率点附 近振荡，跟踪步长无法兼 顾跟踪速度和精度， 会出现判断错误。
2.1双馈发电机的变速恒频
• 变流器只处理励磁的功率，根 据风机的转速与同步速的关系， 存在三种情况：
（1）小于同步速； （2）等于同步速； （3）大于同步速；
d2
工作原理
• 风机亚同步，取+号
发电机转速
风机超同步，取-号，风 机同步速f2=0,提供直流 励磁。
f1 pn 60 f2
定子频率
转子电流频率
最大风能捕获 风能利用系数：
叶尖速比：
叶轮半径
风轮机机械转 速
作用于风力机 的迎面风速。
风机功率调节
• 定桨距失速型;（风力机功率调节完全依靠叶片的气动特性） (1)风能利用系数小；（2）装置简单； • 变桨矩控制;（依靠与叶片攻角（气流方向与叶片横截面余弦的夹角来
进行调节）） （1）风能装置复杂；（2）风能利用系数高；（3）风机在各种工况下按
3.导纳微增法
• 工作在电流源区？ 电压增加
• 工作在电压源区？ 电压减少。
4.间歇扫描法
• 定时地扫描一段电压（0.5—0.9倍开路电压） • 会引起振荡
MPPT如何实现原理?
• 光伏电池的U-I曲线
• 光伏电池外界负载的 U-I曲线
当等效电阻和光电池的内阻相等时，此时输出最大
功率。 本质就是改变占空比D实现虚线中等效电阻 和光电池内阻的匹配。
1.集中式结构
• 所有光伏组件串、并联，集中转换为 电能
• 大型光伏电站 • 缺点： （1）系统功率失配严重； （2）光伏阵列特性曲线复杂多波峰，
难以实现好的最大功率跟踪（MPPT）
2.集成式结构
• 又叫交流光伏模块系统（AC-module） • 优点： (1)每个模块独立运行； (2)高度模块化，容易扩容； (3)独立 MPPT，提高了光伏发电效率； (4)无高压直流母线，安全； (5)不需串联和反并联二极管；
电轴输入机械
P1P2 Pmec 功率
定子输出功率
转子绕组输入 电功率
P2 S • P1
Pmec (1 S)P1
Pout ?
f1 pn 60 f2
双馈风力发电机功率流向
变速恒频特点
• 允许原动机在一定范围内运行，简化调整装置，机组控制更加灵 活，提高了机组运行效率
• 调节励磁电流幅值，调节发出的无功，调节励磁电流相位，调节 发出的有功。实现有功和无功的独立调节。
最佳参数运行。
发电机并网方式
• 恒速恒频（CSCF）； • 变速恒频(VSCF)
1.恒速恒频风力发电系统
• 恒速恒频指在风力发电中，控制 发电机转速不变，从而得到频率 恒定的电能。
• 特点： （1）风能利用效率低； （2）风速变化不大的场合； （3）容易引起主轴、齿轮箱的疲
劳；
（4）多采用异步发电机，工作在 超同步，发出有功的同时要消耗 无功，所以需要电容器补偿；
示:
新技术
a.高压并网（大规模输电，降低损耗） （1）工频；（2）高频 b.DC-DC多电平，Boost逆变 c.先进的控制策略，无差拍,重复控制等。 d.功率调节器（合肥工大）
Secession 14 风力发电
风力发电并网系统构成
• 叶片 • 增速器（齿轮箱） • 风机功率调节系统（定桨距失速型；变桨矩控制） • 发电机并网类型。 （1）恒速恒频；（2）变速恒频； • 变流器 • 塔架 • 控制系统
Secession 10 太阳能发电技术
太阳能发电分类
• 光热 (1)槽式；
（2）塔式； （3）碟式；
• 光伏
太阳能电池原理及分类
• 太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场 的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后 就形成电流。
• 晶体硅电池板（单晶硅，多晶硅），非晶硅电池板。薄膜太阳能 电池、有机太阳能电池
3.串行结构
• 光伏组件通过串联构成光伏阵 列给并网光伏发电系统提供能 量；
• 特点： （1）仍然存在串联功率失配合 功率多波峰问题。但与集中式 相比，还是提高了利用率。
源自文库
4.多重串联结构
• 多个DC/DC 变换器和一个DC/AC逆变 器组成，分为：并联型多重串和串联 型多重串。
• 特点 （1）每个光伏阵列都可以工作在MPPT； （2）一个DC/DC出现故障，其他仍能
• 变流器处理的功率只是发电机容量的一部分，变频装置体积减小， 投资减少，成本降低.
变流器结构
• 背靠背（Back-to-Back）； （1）网侧变流器：a.高功
率因数b.维持母线电压恒 定 （2）转子侧变流器：a.
控制策略
• SVPWM
(1）20世纪70年，Simenze提出了“感应电机磁场定向控制原理” （2）同期美国学者：“感应电机定子电压坐标变换控制”
5.主从结构
• 控制主协同开光，来动态决定 不同外部环境下的并网结构；
• 光照很低，变成集中式； • 光照很高，最佳能量利用；
不同功率等级下体系结构
太阳光伏发电系统组成
• 太阳能电池； • 储能环节（蓄电池，超级电容器）及其充电器；（并网没有） • 最大功率跟踪装置（MPPT)，----(maximium power point tracking)； • 逆变装置；
防孤岛技术(anti-island)
• 孤岛 • 被动（幅值，频率检测） • 主动 a主动偏移， b正反馈频率偏移 C自动移相法
定义：所谓孤岛现象是指：当电网供电因 故障事故或停电维修而跳脱时，各个用户 端的分布式并网发电系统（如：光伏发电、 风力发电、燃料电池发电等）未能即时检 测出停电状态而将自身切离市电网络，而 形成由分布电站并网发电系统和周围的负 载组成的一个自给供电的孤岛，如图1 所
2.变速恒频
• 发电机的转速随风速变化，但是输出电能频率不 变，目前主流的风机所采用的模式。分三种（1.双 馈式，2.直驱，3.半直驱（混合型）
• 优点: (1)可以是适应于不同的风速区； (2)保持最佳叶尖速比，最大利用风能； (3）降低主轴和传动机构的应用，延长寿命； (4）发电机：永磁同步发电机和双馈发电机
太阳能电池特性
电 压 源 区 和 电 流 源 区 200W光伏电池的伏安特性
200W光伏电池的功率曲线
MPPT最大功率跟踪方法
• 固定电压跟踪法CVT (constant voltage tracking)； • 扰动观测法（perturb and observe P&O）； • 导纳微增法（Incremental impedance）； • 间歇扫描法；
光伏独立供电系统的构成
• 非隔离 • 工频 • 高频 • 单相/三相 • 一定用储能环节
太阳能并网系统
• 非隔离 • 工频 • 高频 • 单相/三相 • 没有储能环节
逆变器
• 单相 • 三相 • 高压？
2005年8月投入 应用的西藏羊八井100KW高压电站
单相并网系统
单相并网控制系统构成
DC/DC 控制构成 DC/AC 控制构成
太阳能光伏发电
• 独立发电（电压源模式）
（1）直流负载独立系统； （2）交流负载独立系统； （3）人口分散，无电网地区； （4）要有储能环节，蓄电池，超电容等。
• 并网发电（电压源或电流源模式） （1）负载是电网
三种系统的对比及应用
光伏系统的体系结构
• 集中式 • 集成式 • 串行结构 • 多重串行结构
• 直接功率控制
1991年日本学者提出了异步电子直接转矩控制，推广产生直接功率控制概念。
2.2永磁直驱全功率变流
• 永磁同步发电机为多极； • 变流器要处理全功率； • 齿轮箱可以没有； • 解决转速和电网频率之
间的耦合；
双馈与永磁同步发电机对比
1.固定电压跟踪法(CVT)法
• 光伏电池的输出为一固定电压，一般是光电池最大开路电压的0.8 倍。
2.扰动观测法
• 首先工作在一个电压，扰动（UPV +ΔU)，观测功 率变化
• 功率增加，扰动方向正确。 • 功率减少，相反方向扰动。 特点： 优点：跟踪方法简单， 容易实现； 缺点：在最大功率点附 近振荡，跟踪步长无法兼 顾跟踪速度和精度， 会出现判断错误。
2.1双馈发电机的变速恒频
• 变流器只处理励磁的功率，根 据风机的转速与同步速的关系， 存在三种情况：
（1）小于同步速； （2）等于同步速； （3）大于同步速；
d2
工作原理
• 风机亚同步，取+号
发电机转速
风机超同步，取-号，风 机同步速f2=0,提供直流 励磁。
f1 pn 60 f2
定子频率
转子电流频率
最大风能捕获 风能利用系数：
叶尖速比：
叶轮半径
风轮机机械转 速
作用于风力机 的迎面风速。
风机功率调节
• 定桨距失速型;（风力机功率调节完全依靠叶片的气动特性） (1)风能利用系数小；（2）装置简单； • 变桨矩控制;（依靠与叶片攻角（气流方向与叶片横截面余弦的夹角来
进行调节）） （1）风能装置复杂；（2）风能利用系数高；（3）风机在各种工况下按
3.导纳微增法
• 工作在电流源区？ 电压增加
• 工作在电压源区？ 电压减少。
4.间歇扫描法
• 定时地扫描一段电压（0.5—0.9倍开路电压） • 会引起振荡
MPPT如何实现原理?
• 光伏电池的U-I曲线
• 光伏电池外界负载的 U-I曲线
当等效电阻和光电池的内阻相等时，此时输出最大
功率。 本质就是改变占空比D实现虚线中等效电阻 和光电池内阻的匹配。
1.集中式结构
• 所有光伏组件串、并联，集中转换为 电能
• 大型光伏电站 • 缺点： （1）系统功率失配严重； （2）光伏阵列特性曲线复杂多波峰，
难以实现好的最大功率跟踪（MPPT）
2.集成式结构
• 又叫交流光伏模块系统（AC-module） • 优点： (1)每个模块独立运行； (2)高度模块化，容易扩容； (3)独立 MPPT，提高了光伏发电效率； (4)无高压直流母线，安全； (5)不需串联和反并联二极管；
电轴输入机械
P1P2 Pmec 功率
定子输出功率
转子绕组输入 电功率
P2 S • P1
Pmec (1 S)P1
Pout ?
f1 pn 60 f2
双馈风力发电机功率流向
变速恒频特点
• 允许原动机在一定范围内运行，简化调整装置，机组控制更加灵 活，提高了机组运行效率
• 调节励磁电流幅值，调节发出的无功，调节励磁电流相位，调节 发出的有功。实现有功和无功的独立调节。
最佳参数运行。
发电机并网方式
• 恒速恒频（CSCF）； • 变速恒频(VSCF)
1.恒速恒频风力发电系统
• 恒速恒频指在风力发电中，控制 发电机转速不变，从而得到频率 恒定的电能。
• 特点： （1）风能利用效率低； （2）风速变化不大的场合； （3）容易引起主轴、齿轮箱的疲
劳；
（4）多采用异步发电机，工作在 超同步，发出有功的同时要消耗 无功，所以需要电容器补偿；
示:
新技术
a.高压并网（大规模输电，降低损耗） （1）工频；（2）高频 b.DC-DC多电平，Boost逆变 c.先进的控制策略，无差拍,重复控制等。 d.功率调节器（合肥工大）
Secession 14 风力发电
风力发电并网系统构成
• 叶片 • 增速器（齿轮箱） • 风机功率调节系统（定桨距失速型；变桨矩控制） • 发电机并网类型。 （1）恒速恒频；（2）变速恒频； • 变流器 • 塔架 • 控制系统
Secession 10 太阳能发电技术
太阳能发电分类
• 光热 (1)槽式；
（2）塔式； （3）碟式；
• 光伏
太阳能电池原理及分类
• 太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结电场 的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后 就形成电流。
• 晶体硅电池板（单晶硅，多晶硅），非晶硅电池板。薄膜太阳能 电池、有机太阳能电池
3.串行结构
• 光伏组件通过串联构成光伏阵 列给并网光伏发电系统提供能 量；
• 特点： （1）仍然存在串联功率失配合 功率多波峰问题。但与集中式 相比，还是提高了利用率。
源自文库
4.多重串联结构
• 多个DC/DC 变换器和一个DC/AC逆变 器组成，分为：并联型多重串和串联 型多重串。
• 特点 （1）每个光伏阵列都可以工作在MPPT； （2）一个DC/DC出现故障，其他仍能
• 变流器处理的功率只是发电机容量的一部分，变频装置体积减小， 投资减少，成本降低.
变流器结构
• 背靠背（Back-to-Back）； （1）网侧变流器：a.高功
率因数b.维持母线电压恒 定 （2）转子侧变流器：a.
控制策略
• SVPWM
(1）20世纪70年，Simenze提出了“感应电机磁场定向控制原理” （2）同期美国学者：“感应电机定子电压坐标变换控制”