【導(dǎo)讀】近幾年，世界范圍內(nèi)各種大面積停電事故充分暴露了大電網(wǎng)的脆弱性?；谔岣吣茉蠢寐屎蜏p輕環(huán)境污染的目的，分布式發(fā)電技術(shù)是維持可持續(xù)。發(fā)展的必然選擇，并受到前所未有的廣泛關(guān)注。目前，正在開(kāi)發(fā)的分布式發(fā)電具有污染少，電能質(zhì)量高，能源利用效率高。及安裝地點(diǎn)靈活等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)它與大電網(wǎng)互為備用也使供電可靠性得以改善。網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)其靈活性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)。典型算例，包括電力系統(tǒng)接線圖和元件的技術(shù)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)中存在的諸多問(wèn)題已經(jīng)成為研究者們頭等的問(wèn)題。模型并使用PSCAD進(jìn)行仿真，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。結(jié)構(gòu)也將面臨重大挑戰(zhàn)。目前，全球化石能源日漸緊缺，能源壓力越來(lái)越大。重要地位，全球各國(guó)均把清潔能源作為自身能源變革的重要發(fā)展方向。

　　

【正文】 放部分能量 ,從而提高傳動(dòng)系統(tǒng)的柔性 ,使得功率輸出更加平穩(wěn) ,以獲得最大功率產(chǎn)出。 (3) 直驅(qū)式的市場(chǎng)份額會(huì)越來(lái)越大 直接驅(qū)動(dòng)可省去 齒輪箱 ,減少傳動(dòng)鏈能量損失 ,減少停機(jī)時(shí)間、發(fā)電成本和噪聲 ,降低了維護(hù)費(fèi)用 ,提高了風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率和可靠性。 (4) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)無(wú)刷化 無(wú)刷化可提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性 ,實(shí)現(xiàn)免維護(hù) ,提高發(fā)電效率。 (5)大型風(fēng)機(jī)系統(tǒng)和小型風(fēng)機(jī)系統(tǒng)并列發(fā)展 在開(kāi)發(fā)大型機(jī)的同時(shí)還重視小型機(jī)。用于海洋時(shí) ,在景觀、噪聲等方面的問(wèn)題不突出 , 適于采用數(shù) MW的大型機(jī)組 。當(dāng)受地形、系統(tǒng)等外部條件限制時(shí) ,應(yīng)用小型機(jī)較有利。 (6) 并網(wǎng)大型化與離網(wǎng)分散化互補(bǔ)運(yùn)行 發(fā)展中國(guó)家 ,雪原、孤島、偏僻地區(qū)等電網(wǎng)較小 ,仍舊適用于離網(wǎng)分散型電力系統(tǒng)。 2. 3 風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng) 用同步發(fā)電機(jī)發(fā)電是今天最普遍的發(fā)電方式 ,變頻器的使用解決了風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和電網(wǎng)頻率間的耦合問(wèn)題。通過(guò)對(duì)變頻器電流的控制 ,就可以控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩 ,從而控制風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速 ,使之運(yùn)行在最佳狀態(tài)。相同條件下 ,同步電機(jī)比異步電機(jī)調(diào)速范圍更寬。異步電機(jī)的并網(wǎng)技術(shù)主要有 :直接并網(wǎng)、準(zhǔn)同期并網(wǎng)、降壓并網(wǎng)、捕捉式準(zhǔn)同步快速并網(wǎng)、軟并網(wǎng)方式等。 3 結(jié)論 風(fēng)電可再生 ,且清潔無(wú)污染 ,對(duì)保護(hù)環(huán)境 ,改善能源結(jié)構(gòu)具有重要意義。在地球溫室效應(yīng)日益嚴(yán)重及全球性能源危機(jī)的今天 ,應(yīng)加大投資力度 ,加快研究、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的步伐 ,促進(jìn)風(fēng)電事 業(yè)的快速發(fā)展。 風(fēng)力機(jī)是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換的首要部件，它用來(lái)捕獲流動(dòng)空氣所具有的動(dòng)能，并將風(fēng)力機(jī)葉片迎風(fēng)掃掠面積內(nèi)的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。它不僅決定了整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的有效輸出功率，而且直接影響機(jī)組的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵部件之一 . 根據(jù)貝茲理論，單位時(shí)間內(nèi)風(fēng)力機(jī)輸出捕獲的風(fēng)能為： 2311[ ( ) ]22m p pP S v v C C S v??? ? ? ? （ 31） 式中： ρ 為空氣密度， 3/kgm ； V 為空氣進(jìn)入風(fēng)力機(jī)掃掠面以前的速度； S 為風(fēng)力機(jī)葉片迎風(fēng)掃掠的面積； pC 為風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)，它是葉尖速比λ 和葉片槳距角β的函數(shù)。 由于通過(guò)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)面的風(fēng)能不是全部都能被風(fēng)輪吸收利用的，所以定義風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù) pC ，根據(jù)定義， /p m inC P P? （ 32） 式中： inP 為單位時(shí)間內(nèi)輸入風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能。它是表征風(fēng)力機(jī)效率的重要參數(shù)。為了便于討論 pC 的特性，定義風(fēng)力機(jī)的另一個(gè)重要參數(shù)葉尖速比λ，即葉片的葉尖線速度與風(fēng)速之比， 30rrR R nvv??? ???? （ 33） 式中： R 為葉片的半徑； r? 為葉片的旋轉(zhuǎn)角速度； rn 為葉片的轉(zhuǎn)速。 風(fēng)力機(jī)可以分為變槳距和定槳距兩種。風(fēng)力機(jī)的特性通常由一簇風(fēng)能利用系數(shù) pC 的無(wú)因次性能曲線來(lái)表示。風(fēng)能利用系數(shù) pC 是葉尖速比 λ 和葉片槳距角 β的函數(shù)，即 pC （λ , β）。當(dāng)葉片槳距角β一定時(shí)， pC λ 曲線如圖 ，這就是定槳距風(fēng)力機(jī)的性能曲線。圖 ：對(duì)于任一β角，總有 唯一一個(gè)λ 對(duì)應(yīng)著最大風(fēng)能利用系數(shù) maxpC ，此時(shí)的 λ 稱(chēng)之為最佳葉尖速比，用 opt? 表示，此刻風(fēng)力機(jī)的能量轉(zhuǎn)換效率最高。當(dāng)葉尖速比 λ 大于或小于 opt? 時(shí)，風(fēng)能利用系數(shù) pC 都會(huì)小于最大風(fēng)能利用系數(shù) maxpC ，這樣就會(huì)降低風(fēng)力機(jī)組的效率。 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 60 . 10 . 20 . 30 . 40 . 5 m a xpCopt?pCλ0 圖 31定槳距風(fēng)力機(jī)的性能曲線 根據(jù)貝茲理論，實(shí)際的風(fēng)能利用系數(shù) pC 。一般的水平軸風(fēng)力機(jī)， pC ，同時(shí)考慮到在風(fēng)場(chǎng)中風(fēng)力機(jī)會(huì)受到風(fēng)速與風(fēng)向波動(dòng)的影響，高速風(fēng)輪實(shí)際的 maxpC 大致在 左右，很難超過(guò) 。在某一固定的風(fēng)速下，隨著風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速 n的變化，風(fēng)能利用系數(shù) pC 的值相應(yīng)地會(huì)發(fā)生變化，從而使風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械功率 mP 變化，也就是說(shuō)，轉(zhuǎn)速 n 變化，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能的能力有所不同。我們可以取幾個(gè)不同的風(fēng)速，從圖 應(yīng)的風(fēng)能利用系數(shù)，并將該風(fēng)力機(jī)的額定參數(shù)代入式 (31)中，即得不同風(fēng)速下的輸出機(jī)械功率，風(fēng)力機(jī)的功率 轉(zhuǎn)速曲線如圖 32所示，圖中虛線為風(fēng)力機(jī)的最大輸出功率曲線 圖 32風(fēng)力機(jī)的功率轉(zhuǎn)速特性 在定槳距情況下，同一風(fēng)速下不同的轉(zhuǎn)速會(huì)使風(fēng)力機(jī)輸出不同的功率。所以要追蹤 maxP 曲線，必須在風(fēng)速變化時(shí)及時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)速 r? ，以保持最佳葉尖速比 opt? ，即最大風(fēng)能捕獲的過(guò)程可以理解為風(fēng)力機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過(guò)程，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的性能決定了最大風(fēng)能追蹤的效果。 風(fēng)力機(jī)在追蹤最大風(fēng)能運(yùn)行的過(guò)程中，機(jī)組的功率配合調(diào)節(jié)如圖 ：假設(shè)原來(lái)風(fēng)速為 1v 時(shí)，風(fēng)力機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在 optP 曲線的 A 點(diǎn)上，此時(shí)風(fēng)力機(jī)的輸出功率和發(fā)電機(jī)的輸入機(jī)械功率相平衡，都為 aP ，風(fēng)力機(jī)將穩(wěn)定運(yùn)行在轉(zhuǎn)速 1? 上。如果某時(shí)刻風(fēng)速升高至 2v ，風(fēng)力機(jī)運(yùn)行至 B點(diǎn)，其輸出功率由 aP 突變至 bP ，由于調(diào)節(jié)過(guò)程的滯后和機(jī)械慣性，發(fā)電機(jī)仍將暫時(shí)運(yùn)行在 A點(diǎn)，此時(shí)風(fēng)力機(jī)的機(jī)械功率 (B點(diǎn) )大于電功率 (C點(diǎn) )，過(guò)剩功率將使轉(zhuǎn)速上升 (產(chǎn)生加速功率 baPP? )。在轉(zhuǎn)速增加的過(guò)程中，風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)分別沿著 B→ C和 A→ C曲線增速，到達(dá)風(fēng)力機(jī)功率曲線與最佳曲線相交的 C點(diǎn)時(shí)，功率將再一次達(dá)到平衡，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在對(duì)應(yīng)于風(fēng)速 2v 的最佳轉(zhuǎn)速 2? 上。同理也可 以分析風(fēng)速?gòu)?3? 到 2? 的逆調(diào)節(jié)過(guò)程 2v1v 3vWmP ? ??aP?bPcdP ?ABCDEoptP2? 3?1? ? ?/rad s?0 圖 34最佳功率和風(fēng)輪轉(zhuǎn)速曲線 總之，變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)運(yùn)行控制的總體方案是：額定風(fēng)速以下風(fēng)力機(jī)按優(yōu)化槳距角定漿距運(yùn)行，由發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)控制轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)葉尖速比，從而實(shí)現(xiàn)最佳功率曲線的追蹤和最大風(fēng)能的捕獲；在額定風(fēng)速以上風(fēng)力機(jī)變漿距運(yùn)行，由風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié)距角來(lái)改變風(fēng)能系數(shù)，從而控制風(fēng)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速和功率 ，防止風(fēng)電機(jī)組超出轉(zhuǎn)速極限和功率極限運(yùn)行而可能造成的事故。額定風(fēng)速以下運(yùn)行是變速恒頻發(fā)電運(yùn)行的主要工作方式，也是經(jīng)濟(jì)高效的運(yùn)行方式，這種情況下變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的控制目標(biāo)就是追蹤與捕獲最大風(fēng)能。 風(fēng)力轉(zhuǎn)矩模型 風(fēng)推動(dòng)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械轉(zhuǎn)矩 mT 為： 30 , 。1 。2,W inWNm p in W ou tWNou t WVVVT C A V V VPVV? ????????????????????????? ??? ??? ????? ? ? ???? ? ???????????????????????? ? ? ??? 其中， pC 為風(fēng)能利用系數(shù)； ? 為空氣 密度； A為風(fēng)力機(jī)葉片掃風(fēng)面積， 2mAR?? ， mR 為風(fēng)機(jī)葉片半徑； WV 為風(fēng)速； N? 和 NP 為風(fēng)機(jī)額定機(jī)械角速度和額定功率，分別為 314 /rad s 和? ； W? 為風(fēng)機(jī)的瞬時(shí)機(jī)械轉(zhuǎn)速； inV? 和 outV 分別為風(fēng)機(jī)的切入和切出風(fēng)速 第四 章 光伏逆變電源設(shè)計(jì) 隨著社會(huì)生產(chǎn)的日益發(fā)展，對(duì)能源的需求量在不斷增長(zhǎng)，全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)也日益突出，傳統(tǒng)的能源，尤其是煤炭、石油、天然氣三大化石燃料更是有限，它們?cè)?21世紀(jì)內(nèi)就會(huì)瀕臨枯竭，產(chǎn)生能源危機(jī)，還會(huì)造成全球的環(huán)境問(wèn)題。因此自然能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用受到越來(lái)越普遍的重視。太陽(yáng)能作為一種巨量的可 再生能源，每天到達(dá)地球表面的輻射能量相當(dāng)于數(shù)億萬(wàn)桶石油燃燒的能量。太陽(yáng)能直接輻射到地球的能量豐富，分布廣泛，可再生且不污染環(huán)境是國(guó)際社會(huì)公認(rèn)的理想替代能源。 光伏發(fā)電簡(jiǎn)介 太陽(yáng)能發(fā)電是指無(wú)需通過(guò)熱過(guò)程直接將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)變成電能的發(fā)電方式。它包含光伏發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電和光生物發(fā)電。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電是指利用太陽(yáng)能電池這種半導(dǎo)體電子器件有效地吸收 太陽(yáng)光輻射 能，并使之轉(zhuǎn)變成電能 的直接發(fā)電方式，是當(dāng)今太陽(yáng)光發(fā)電的主流。所以，現(xiàn)在人們通常說(shuō)的太陽(yáng)光發(fā)電就是指的太陽(yáng)能光伏發(fā)電。 太陽(yáng)能光伏發(fā)電光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏打效應(yīng)原理，利用太陽(yáng)電池將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)化為電能。不論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽(yáng)電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件，所以，光伏發(fā)電設(shè)備極為精煉，可靠穩(wěn)定壽命長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便。理論上講，光伏發(fā)電技術(shù)可以用于任何需要電源的場(chǎng)合，上至航天器，下至家用電源，大到兆瓦級(jí)電站，小到玩具，光伏電源可以無(wú)處不在。 太陽(yáng)能發(fā)電分光熱發(fā)電和光伏發(fā)電。不論產(chǎn)銷(xiāo)量、發(fā)展速度和發(fā)展前景、光熱發(fā)電都趕不上光伏發(fā)電?？赡芤蚬夥l(fā)電普及較廣而接觸光熱發(fā)電較少，通常民間所說(shuō)的太陽(yáng)能發(fā)電往往指的就是太陽(yáng)能光伏發(fā)電，簡(jiǎn)稱(chēng)光電。 光伏電源的優(yōu)劣 光伏電源具有以下優(yōu)勢(shì) ： (1）發(fā)電具有先進(jìn)性：即直接從光子到電子轉(zhuǎn)換，沒(méi)有中間過(guò)程和機(jī)械運(yùn)動(dòng)，發(fā)電形式極為簡(jiǎn)潔。太陽(yáng)能資源的無(wú)限和分布特性。 (2）沒(méi)有資源短缺和耗盡的問(wèn)題：所用的主要硅材料儲(chǔ)量豐富。 (3)光伏發(fā)電與自然關(guān)系：沒(méi)有燃燒過(guò)程，不排放溫室氣體和其他廢氣，環(huán)境友好，做到真 正的綠色發(fā)電。 (4)沒(méi)有機(jī)械轉(zhuǎn)換部件：無(wú)磨損，無(wú)噪聲。 (5)建造和拆卸特性：采用模塊化結(jié)構(gòu)易于建造安裝、拆卸遷移，規(guī)模大小隨意，而且易于隨時(shí)擴(kuò)大發(fā)電容量。 (6)使用性能和壽命問(wèn)題：經(jīng)數(shù)十年應(yīng)用實(shí)踐證明：光伏發(fā)電性能穩(wěn)定、可靠，使用壽命長(zhǎng)（ 30年以上）。 (7)維護(hù)管理問(wèn)題：實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，維護(hù)成本低。 另外，與常用的火力發(fā)電系統(tǒng)相比，光伏發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在： ①無(wú)枯竭危險(xiǎn)； ②安全可靠，無(wú)噪聲，無(wú)污染排放外，絕對(duì)干凈（無(wú)公害）； ③不受資源分布地域的限制，可利用建筑屋面的優(yōu)勢(shì)；例如，無(wú)電地區(qū)，以及地形 復(fù)雜地區(qū)； ④無(wú)需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電； ⑤能源質(zhì)量高； ⑥使用者從感情上容易接受； ⑦建設(shè)周期短，獲取能源花費(fèi)的時(shí)間短。 光伏電源 的 不足 ： （ 1） 照射的能量分布密度小，即要占用巨大面積； （ 2） 獲得的能源同四季、晝夜及陰晴等氣象條件有關(guān)； （ 3） 產(chǎn)生的電力接入電網(wǎng)需要增加無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備； （ 4）儲(chǔ)能困難； 我國(guó)太陽(yáng)能資源豐富，尤其在西北地區(qū)及荒漠地區(qū)有著廣闊的應(yīng)用前景，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，其他能源應(yīng)用形式逐漸飽和，太陽(yáng)能作為可再生能源有著不可估量的發(fā)展?jié)撃堋? 國(guó)內(nèi)研究水平和發(fā)展方向 中國(guó)對(duì)太陽(yáng)能電池的研 究起步于 1958 年， 20 世紀(jì) 80 年代末期，國(guó)內(nèi)先后引進(jìn)了多條太陽(yáng)能電池生產(chǎn)線，使中國(guó)太陽(yáng)能電池生產(chǎn)能力由原來(lái)的 3個(gè)小廠的幾百 kW 一下子提升到 4個(gè)廠的 ，這種產(chǎn)能一直持續(xù)到 2021 年，產(chǎn)量則只有 2MW 左右。 2021 年后，歐洲市場(chǎng)特別是德國(guó)市場(chǎng)的急劇放大和無(wú)錫尚德太陽(yáng)能電力有限公司的橫空出世及超常規(guī)發(fā)展給中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇和示范效應(yīng) 。 目前，中國(guó)已成為全球主要的太陽(yáng)能電池生產(chǎn)國(guó)。 2021 年全國(guó)太陽(yáng)能電池的產(chǎn)量為 438MW， 2021 年全國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)量為 1188MW。中國(guó)已經(jīng)成超越歐洲、日本為世界太陽(yáng)能電池生產(chǎn)第一大國(guó)。 2021 年的產(chǎn)量繼續(xù)提高，達(dá)到了 200 萬(wàn)千瓦。 近 5 年來(lái)，中國(guó)光伏電池產(chǎn)量年增長(zhǎng)速度為 13倍，光伏電池產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的比例也由 2021 年 %增長(zhǎng)到 2021 年的近 15%。商業(yè)化晶體硅太陽(yáng)能電池的效率也從 3 年前的 13%14%提高到 16%17%。總體來(lái)看，中國(guó)太陽(yáng)能電池的國(guó)際市場(chǎng)份額和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力大幅提高。在產(chǎn)業(yè)布局上，中國(guó)太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了一定的集聚態(tài)勢(shì)。在長(zhǎng)三角、環(huán)渤海、珠三角、中西部地區(qū)，已經(jīng)形成了各具特色的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)集群。 目前我國(guó)國(guó)內(nèi)的逆變電源按變換方式 主要采用工頻變換。工頻變換逆變電源是先產(chǎn)生 50Hz 交流信號(hào)，然后利用工頻升壓器產(chǎn)生 220V 交流電。這種逆變器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，但這種逆變器體積大、笨重、噪音大、價(jià)格高、效率方面也有待進(jìn)一步提高。高頻變換逆變電源是通過(guò)高頻 DC— DC 變換技術(shù)，先將低壓直流變?yōu)楦哳l低壓直流，經(jīng)過(guò)高頻變壓器升壓后再整流成高壓直流，若對(duì)其進(jìn)行正弦變換，即可得到 220V、 50Hz 正弦波交流電。這種逆變器控制環(huán)節(jié)較多，電路復(fù)雜，但是因?yàn)椴捎昧烁哳l變換，因而體積小、重量輕、噪音小、效率高，是目前可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中首選產(chǎn)品。 近年來(lái)，現(xiàn) 代逆變技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)出以下幾種趨勢(shì)： (l)高頻化 理論分析和實(shí)踐表明 :變壓器、電感和電容的體積重量與供電頻率的平方根成反比。當(dāng)把頻率從工頻 50HZ 提高到 20KHZ，提高 400 倍的話，用電設(shè)備的體積大體下降至工頻設(shè)計(jì)的 5%一 10%，主要材料可以節(jié)約 90%，可以節(jié)電 30%之多。 (2)模塊化 模塊化有兩方面的含義，其一是功率器件的模塊化，其二是指電源單元的模塊化。近年，有