信息工程技术在新能源领域的应用

课程设计说明书新能源结课作业信息工程技术在新能源领域的应用课程设计说明书第I页摘要随着经济的飞速发展及社会的不断进步，作为一个能源消耗大国，能源供应和环境污染已成为我国亟待解决的问题，开发和利用新能源势在必行。电力电子技术作为发电方面的关键技术将直接关系到新能源发电技术的发展，并推动整个社会的发展和前进。本文在阐述新能源发展状况的基础上，论述了电力电子技术的应用现状，并对电力电子技术在新能源领域的应用进行了分析和总结。随着经济和社会的不断发展，电力电子技术的重要性越来越高，如何运用电力电子技术解决能源和环境方面的问题越来越受到研究者们的重视。现今，电力电子技术的应用涉及到很多方面。尤其在发展新能源的各种工程中。电力电子技术正发挥着不可代替的作用关键词：电力电子技术,新能源,应用课程设计说明书第II页AbstractWiththedevelopmentoftechnologyandpeopledemandcontinuestoimprove,isappliedmoreandmorewidelyinpowerelectronictechnology.Powerelectronictechnologyasabridgebetweeninformationindustryandtraditionalindustry,itplaysveryimportantroleinthenationaleconomy.China'senergysupplyandenvironmentalpollutionproblemshavebecomeincreasinglyprominent,thedevelopmentandutilizationofnewenergysourcesbecomemoreandmoreurgentneeds.Powerelectronictechnologyisthekeytechnologyofnewenergypowergeneration,relatedtothedevelopmentandProspectofnewenergypowergenerationtechnologyindirect,closecontactwiththesocialprogressandthedemand,therefore,thepowerelectronictechnologyplaysadecisiveroleincertaintoenergypowergenerationtechnology.Keywords:powerelectronictechnology,newenergy,application课程设计说明书第III页目录1引言.........................................................................................................................12新能源概述.................................................................................................................13电子电力技术在新能源领域中的应用.....................................................................14电力电子技术在可再生能源中的应用....................................................................34.1关键技术.....................................................34.1.1电能变换...............................................34.1.2电能储存...............................................44.1.3电能管理...............................................44.1.4电能质量控制...........................................5结语...............................................................6参考文献............................................................7课程设计说明书第1页1引言从目前世界的能源结构来看，以资源有限、污染严重的石化能源为主的能源结构将逐步转变为以资源无限、清洁干净的可再生能源为主的能源结构。太阳能、风能、水能、海洋能、生物质能、地热能、燃料电池等可再生能源作为新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染、不受地域资源限制等优点，正得到迅速的推广应用。电力电子技术作为可再生能源发电技术的关键，直接关系到可再生能源发电技术的发展。可再生能源发出大小变化的直流电或频率变化的交流电，需要电力电子变换器将电能进行变换。由于太阳能、风能、水能、海洋能、生物能、地热能等非化石类能源均属于过程性能源，不仅可再生，且清洁无污染或低污染，蕴藏量巨大。因此，国内外在新能源开发和利用方面，将风力发电、太阳能电池和燃料电池等作为当前电气工程重要的研究领域和发展方向，并且已取得了重要的进展和成果。但是，新能源的应用人存在许多问题需要研究和解决。2新能源概述社会的发展离不开能源，经济的进步也与能源的使用息息相关。能源支撑着社会经济的发展。我国能源生产总量和消费总量均排在全球前三位。新能源因其具有清洁、少污染或无污染、蕴藏量大的特点越来越受到人们的重视。由于我国现阶段以煤炭为主要使用资源．煤炭资源占到所有能源的67％，石油约占22．7％，而美国能源消耗中，煤炭只占约12％，我国煤炭的能源消耗率大大超出了美国及欧洲发达国家，所以我国废气污染的排放也一直排在全球首位。当前，我国启动了发展新能源的战略规划与部署。太阳能、水能、风能、生物质能、热泵、绿色建筑等成为了新能源发展的关键领域。3电子电力技术在新能源领域中的应用3．1在风能发电中的应用近几年来，全球风电机组容量每年的增长率都在35％左右。我国对全国装课程设计说明书第2页机容量也提出了明确的要求，截止2013年底，我国风电并网容量已达到7700万千瓦。对风电系统的研发中。尤其是在以下系统中均使用了电力电子技术：MW级直驱式风电机组变流器及双馈式风电机组变流器：风力发电机组控制系统；利用电力电子变换装置实现的变速恒频风力发电系统；利用电子电力变换装置实现的风力发电机无功控制系统：风电交流并网控制：风电直流输电；风电电能储存。3．2在光能发电中的应用光能发电是新能源的重要组成部分．光能发电技术可以用于所有场合，从家用电器到航空航天器，从玩具电源到兆瓦级电站，光能电源可以用在任何有需要的场所。到21世纪末，太阳能发电将占到能源结构的50％以上。光能发电具有良好的发展前景．且逐渐会在能源领域中占据重要地位。光能发电系统主要是由太阳能电池、蓄电池、充放电控制器、并网控制、电控柜及太阳跟踪系统等组成。除了太阳能电池方阵不需要电力电子技术的支持，其他设备和系统均需要电力电子技术提供相应的支撑。3．3在新能源汽车领域中的应用新能源汽车指的是纯电动汽车、燃料电池汽车、太阳能汽车等高效储能汽车。在这些新能源汽车中，都将采用一定的电力电子技术如电动机制动控制、电能转换及电能管理系统。新能源汽车的发展和普及将会极大地改善大气环境污染状况，是未来汽车的发展趋势。3．4在地热发电中的应用地热系统利用浅层地能来提供能量．是一种新能源利用技术。由于不可再生能源的不断枯竭以及为了达到减排的目的，地热系统的开发和利用被提上日程。地热系统中需要对压缩机进行控制，还需要对提水泵进行控制，这些都需要电力电子技术的支持，另外，对于热源、冷源的循环控制也需要电力电子技术的支撑。3.5混合能源发电系统利用风能资源和太阳能资源天然的互补性而构成的“风力—太阳能混合发电系统”,可以弥补因风能、太阳能资源间歇性不稳定所带来的可靠性低的缺陷,在一定程度上提供稳定可靠电能。各发电装置的合理协调运行，还可有效减少配课程设计说明书第3页置的蓄电池容量。风力一太阳能混合发电系统是一个分布式的能量系统，其各组成部分都具备了单元控制的功能。因而将它们做为主体(Agent)，再加入若干管理Agent，从而构成一个分散式的智能化能量管理系统，使之在负荷、风力、光照等外界条件发生变化时．进行协调控制实现最优调度策略，成为未来研究的一个热点。将风力与太阳能技术加以综合利用，从而构成一种互补、可控、优质、可分散布点的新型能源，将是本世纪能源结构中一个新的增长点。3．6在生物能中的应用植物能是对地球上的植物如秸秆、木材和海水里的海藻等生物质材料的利用，通过将这些生物质材料进行干燥、压缩、成形等一系列处理，再将处理后的材料送人锅炉进行加热，可将产生的蒸汽用于发电[51。植物能源能够利用无法利用或只能直接焚烧的“废料”，是一种可再生资源，在生物能转变为电能的过程中需要对植物材料进行切碎、干燥、燃烧等处理，这些处理过程都需要使用到电子电力技术。3．7在其他系能源中的应用上述新能源将会在未来的发展中占到能源结构的绝大部分。电力电子技术的应用不仅局限于以上所述的几种领域，还可以将其应用到新能源中的很多其他领域．这些领域包括抽水蓄能发电、超导储能、超级电容储能、低谷电储能。4电力电子技术在可再生能源中的应用4.1关键技术4.1.1电能变换众所周知，新能源电力系统的共同特征是需要进行电源变换，即通过电力变换装置使发电设备输出的电能在形式上与现有的用电设备的要求相匹配，在品质上满足用户的需求。图5给出了一个采用多电平逆变拓扑构成的组合式三相交流电源。由于新能源电力系统中电能变换主要是依赖DC/DC变换和AC/DC变换两种方式，因此，提高变流效率和功率密度显得尤为重要。课程设计说明书第4页4.1.2电能储存由于太阳能、风能等能源受自然环境和气候条件的影响较大，具有不稳定性和不确定性。为了提高电源质量，应该在新能源发电系统中设置储能装置，以便在外部能源充足时储存多余的电能，而在能源不足时提供电能。比如：风力发电机可以通过电感储能器存储风能，改善电网供电质量。除了传统的蓄电池和电感等储能方式外，现代的储能装置有超级电容和飞轮等方式。与电解电容相比，超级电容利用碳电板表面产生的双层电极储能，具有非常高的功率密度和实质的能量密度。如今，超级电容功率密度可高达20kw/kg，充放电时间各为0.1～100分钟。在过去几年，这些器件已应用在消费电子、工业和汽车等许多领域。飞轮储能是利用高速旋转的飞轮惯性存储电能。如果与风力发电机结合，可以在风速很高时，带动飞轮高速旋转；风速降低时，飞轮驱动发电机输出电能。当前如何降低飞轮的摩擦损耗是提高储能效率的关键，利用磁悬浮技术使飞轮转轴稳定地悬浮于空间是一种有效的解决方案。预计飞轮储能装置将在国防、电力、交通等领域具有应用前景。4.1.3电能管理电源管理系统(PMS)技术是提高电源效率和系统可靠性的新方法。PMS将智能控制和管理的思想引入电力系统，从发电、配电及用电等各个层次，对电能进行分配、监测、控制、管理和安全保护等。其主要功能包括：(1)电能分配；（2)优化控制；(3)状态监测；(4)故障诊断；(5)容错控制。实现上述功能的核心技术是：计算机技术，如数据库、网络通信、现场总线等；自动控制技术，如过程监控、最优化算法、容错控制等；人工智能，如模式识别、专家系统、模糊逻辑、神经网络、遗传算法等。特别重要的是这些技术的融合，包括各种技术内部自身的融合，以及各种技术之间的融合。例如：整个系统可以采用网络化控制，通过三层网络结构：底层采用现场总线和基