曹仁贤_可再生能源发电与智能电网

Page1可再生能源发电与智能电网合肥阳光电源有限公司曹仁贤研究员全国太阳光伏能源系统标准化技术委员会09年年会Page2曹仁贤，电源变换、可再生能源发电技术专家、研究员、博士生导师作者简介：●中国可再生能源学会理事●中国电源学会常务理事●中国青年科技工作者协会理事●中国农机协会风能设备分会副理事长●安徽省自动化学会副理事长●安徽省政协委员●享受国务院特殊津贴●五四青年奖章获得者●省科技进步一等奖、二等奖获得者●省优秀民营企业家●安徽省纳税先进个人Page3一、智能电网概述二、光伏并网发电技术三、风力并网发电技术四、分布式发电、储能技术与智能电网五、阳光公司及产品介绍六、结论Page4•智能电网定义:通过信息化手段，使能源资源开发、转换（发电）、输电、储电、配电、供电、售电及用电的电网系统各个环节，进行智能交流，实现精确供电、互补供电，在保证供电安全的前提下，提高能源利用效率，最大限度地接纳可再生能源，以节省用电成本、降低环境压力。一、智能电网概述Page5火力风力水力发电—变电—输电—储电—配电—用电太阳能……智能电网就是对这一过程实现自动、可视、互动、智能化Page6Page7•可再生能源技术：燃料电池、太阳能、风能、生物质能•集成通信：电力宽频通信技术、无线通信技术、光纤通信•传感与测量：智能电卡（分时定价，实时监测）、传感器•高级电力设施：电力电子装置（交流直流变换器）、超导装置（超导电缆）•储能技术：抽水储能，蓄电池储能，飞轮储能，超级电容储能，蓄冷储能，超导储能，压缩气体储能等•高级控制（自动控制系统，停电管理、资产优化等应用，电网监测分析）•决策支持（可视化技术，优化电网管理）智能电网的关键技术Page8Page9•根据美国能源局现代电网发展报告，目前的论述普遍采用这一说法：•1)具有自我修复的能力（自愈性）2)激发用户主动参与电网的运作（激励性）3)抵御袭击（安全性）4)提供高质量的电能，减少停电损失（高质量）5)能够容纳各种发电和蓄电形式，特别是新能源6)繁荣电力市场7)优化设备运行，降低电网运行费用智能电网的七大特征Page10IT让电网更智能通过IT创建开放的系统和建立共享信息模式的基础，整合系统中的数据，可以优化电网的运行和管理，让电网更智能，从三个层次提高电网的可靠性、管理效率和服务水平。高级分析决策传输和集成电力企业信息实时监测电网运行状态、资产设备状态和电力信息Page11•通过大量光伏组件串并联多台逆变器分布式上网发电•安装、扩容、移动、维修方便•低压发电、逆变器自身输出端电压仅270V～400V•日电，仅在白天发电，受资源影响，满发小时低，平均每天3～5小时二、光伏并网发电某一个晴天多云天气Page12●独立供电系统－PV组件－蓄电池－充放电控制器●并网发电系统－PV组件－并网逆变器－计量装置－公用电网●混合供电系统－分布电网－储能电池DC负载逆变器+AC负载Page131.直接逆变系统光伏并网逆变技术Page14直接逆变系统的优缺点优点：•省去了笨重的工频变压器：特高的效率（98%左右）、重量轻、结构简单。缺点：(1)太阳电池板与电网没有电气隔离，太阳电池板两极有电网电压，对人身安全不利。(2)直流侧MPPT电压需要大于350V。对于太阳电池组件乃至整个系统的绝缘有较高要求，容易出现漏电现象。Page152.工频隔离系统Page163.高频隔离系统Page174.高频不隔离（Boost升压）系统Page18优点：•同高频不隔离系统•由于具有多个DC-DC电路，适合多个不同倾斜面阵列接入，即阵列1～n可以具有不同的MPPT电压，十分适合应用于光伏建筑。缺点：•高频不隔离系统5.多DC-DC（MPPT）、单逆变系统Page196.半桥逆变技术优点：注入电网的直流分量较小、电路简单缺点：功率器件利用率低Page207.三电平、半桥逆变技术Page218.双向DC/DC+三电平逆变技术Page229.多重叠加技术10MW系统Page2310.分布发电，多支路并联上网技术1—50MWPage2411.多电平直接逆变技术50～100MW系统Page2512.共用变压器逆变技术•优化直流母线电压、升压变压器配置和变比，避免重复升压，提高系统效率•优先考虑当地用电负荷，避免过多电能的远距离传送Page26具有应急发电\调峰功能的混合供电系统(一)Page27具有应急发电\调峰功能的混合供电系统(二)Page28光伏阵列的最大功率跟踪技术（MPPT）a.跟踪方法b.跟踪动态时间c.跟踪精度d.跟踪器效率Page29Page30•所谓孤岛效应是指当电网的部分线路因故障或维修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛的现象。孤岛效应的定义：孤岛效应发生的机理光伏并网发电系统的功率流图孤岛效应保护技术Page31•被动检测：电网电压的幅值、频率和相位。当电网失电时，会在电网电压的幅值、频率和相位参数上，产生跳变信号，通过检测跳变信号来判断电网是否失电。孤岛效应检测技术•主动式检测：指对电网参数产生小干扰信号，通过检测反馈信号来判断电网是否失电，其中一种方法就是通过在并网电流中注入很小的失真电流。通过测量逆变器输出的电流的相位和频率，采用正反馈的方案，加大注入量。从而在电网失电时，能够很快地检测出异常值。解决方案Page32SG100K3:3%在额定负载时SG250K3:3%在额定负载时SG500KTL:3%在额定负载时电能质量：输出电流总谐波输出电流谐波抑制方法：1.拓扑结构选择：L-C，L-C-L2.电感和电容参数的设计3.控制算法，PWM驱动方式4.采样精度5.运算精度目前国际标准要求5%，但许多用户要求3%Page33电磁兼容技术.电磁干扰电网对逆变器产生的干扰：电压涨跌，频率漂移，电气噪声，浪涌等。要求逆变器不能损坏。逆变器对于电网产生的干扰：电流谐波，电压波动、电压闪变、无功功率、电网阻抗、干扰叠加等。必须符合相关标准。逆变器对于其他电器的干扰：传导干扰，空间辐射干扰等。必须符合相关标准。Page34群控、调度技术1、并网逆变器的启动和停止控制——“早出晚归”●小型电站，逆变器自己运算解决●大型电站，加装日照控制、群体控制解决2、并网逆变器轻载时的效率问题●按需要逆变器逐个并联投运●按光伏阵列并联支路分配逆变器Page353、并网逆变器的信息交流技术●计量认定、认证●通讯技术RS232RS485CANOPENInternetGSM4、电网调度技术●正常电网时的限功率运行●电网检修时的停机（计划性）●电网故障时的急停（随机性）●弱网时的调度策略Page36弱电时的调度策略Page37弱网时ZN或ZL导致UL策略：当发现电网电压是由于日照增强而升高时，应进入逆变器限功率运行，确保弱电网时电压升高在允许值范围。Page381、瞬时功率计算2、分钟及小时功率预测3、基于天气预报的天功率预测4、日、月、季、年发电量预测光伏并网发展趋势Page39•高可靠、长寿命逆变技术——普通逆变器5～8年——长寿命逆变器12～20年•高效逆变技术ηmax最大效率98.5%ηEuro欧洲效率98%ηcec以最佳直流母线电压计算效率•多用途逆变技术——无功补偿功能（SVC）——电网失电后的应急供电功能（EPS）——动态电压支撑功能（DPS）——动态电压补偿（ＤＶＲ）——频率补偿Page40•装机容量未来10年200万KW，单个电站•直流系统电压3000VDC•逆变效率≥99%•组件功率500Wp/块•分布式发电•低电压穿越•全球联网30年以后Page41有何影响？如何解决？光伏发电的LVRTPage42保持并网允许脱网提供无功T1T2低电压穿越与孤岛保护的矛盾Page43Page44功率调节与频率控制Page45全球并网技术，彻底改写太阳能为“日电”历史未来的太阳能发电技术Page46全球光伏联网设想图Page47Page48(一)、大型风力发电机组的变速运行(二)、双馈型变流器(三)、全功率变流器(四)、变流器的发展方向三、风电变流技术Page49(一)、大型风力发电机组的变速运行Page50Page51Page52Page53(二)、双馈型变流器Page54双馈电机四象限运行状态Page5521fpffm定子电频率、转子电频率和转速对应的频率满足：当发电机的转速变化时，即fm变化时，若控制f2随之相应变化，可保持f1恒定不变，从而实现了双馈电机的变速恒频运行。变流励磁双馈电机变速恒频运行原理Page56(三)、全功率变流技术Page571、不可控整流优点：简单可靠缺点：a)发电机功率因数低，1MW以下适合；b)在发电机输出电压低于电网电压（低风速）时无法将能量馈入电网。Page582、晶闸管整流+晶闸管有源逆变Page593、多相发电机+多相整流Page604、（PWM）整流+IGBT逆变Page611、双馈变流器与全功率变流器将长期并存2、变流器电压等级越来越高3、变流器单机功率越来越大4、变流器效率越来越高5、四象限变流器将取代二象限变流器6、变流器的移相、并联技术将广泛应用7、多电平变换技术8、新型功率器件IGBT、IGCT、ETO、SiC的应用9、新型拓扑结构及电路的应用(四)、变流器的发展方向Page621、双馈变流器与全功率变流器将长期并存Page632、变流器电压等级越来越高Page643、变流器单机功率越来越大Page654、变流器效率越来越高Page665、四象限变流器将取代二象限变流器Page67Page68+-LCDu/dtFILTER+-LCDu/dtFILTER+-LCDu/dtFILTER3SystemBusModbus-Mikätahansasaavikaantua-Pienellätuulella1-2moduliakäytössä-Vuorottelueliniänkasvattamiseksi-Erotusgen.puolelta(vikatilanteessa)sulakkeilla-Ylimääräinencontrol-box,jokanäyttääasiakkaanjärjestelmälleyhdeltäisoltataajuusmuuttajalta3336、变流器的移相、并联技术将广泛应用Page69Threeindependent4Qdrivesinparallel,withseparatetransformerwindings+-LCDu/dtFILTER+-LCDu/dtFILTER+-LCDu/dtFILTER333SystemBusModbus-Mik?tahansasaavikaantua-Pienell?tuulella1-2moduliak鋣t鰏s?-Vuorotteluelini鋘kasvattamiseksi-Erotusgen.puolelta(vikatilanteessa)sulakkeilla-Ylim滗r鋓nencontrol-box,jokan鋣tt滗asiakkaanj鋜jestelm鋖leyhdelt?isoltataajuusmuuttajalta-KaapelointisuuntaalhaaltaPage701.交直交高压直接并网技术，变换效率可达98%。2.三电平变换技术。3.直流环节低电容技术。4.多DSP控制技术。5.光纤驱动技术。7、多电平变换技术Page71三电平变换与两电平变换的比较：Page728、新型功率器件IGBT、IGCT、ETO、SiC的应用Page73①直流电容容量小，寿命长②高效变换9、新型拓扑结构及电路的应用Page74风力机串联型高压直流输电Page75小型、微型燃气轮机燃料电池往复式发动机小型水轮机太阳能光伏发电风力发电斯特林发动机太阳能热发电、地热发电蓄电池（BESS）小型抽水蓄能电站超导贮能(SMESS)飞轮(FWESS)1、共性问题：分布发电技术——在用户端或附近，采用各种能源发电，实现多能源的容错，以保证能源最大限度的综合