可再生能源发电与智能电网.ppt

1、,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,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,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,智能电网定义: 通

2、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,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,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

3、，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,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,IT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

4、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,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270V400V 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, 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,1.直接逆变系

5、统,光伏并网逆变技术,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。,2.工频隔离系统,3.高频隔离系统,4.高频不隔离（Boost 升压）系统,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1n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

6、变系统,6.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,7.三电平、半桥逆变技术,8. 双向DC/DC+三电平逆变技术,9.多重叠加技术 10MW 系统,10.分布发电，多支路并联上网技术 150MW,11.多电平直接逆变技术 50100MW 系统,12.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,具有应急发电调峰功能的混合供电系统(一),具有应急发电调峰功能的混合供电系统(二),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.

7、跟踪器效率,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,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

8、网失电时，能够很快地检测出异常值。,解决方案,SG100K3: 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： 拓扑结构选择： L-C ，L-C-L 电感和电容参数的设计 控制算法，PWM驱动方式 采样精度 运算精度 目前国际标准要求5%，但许多用户要求3%,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

9、扰： 传导干扰，空间辐射干扰等。必须符合相关标准。,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,3、并网逆变器的信息交流技术 计量认定、认证 通讯技术 RS232 RS485 CAN OPEN Internet GSM 4、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,弱电时的调度策略,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

10、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。,1、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,高可靠、长寿命逆变技术 普通逆变器 58年 长寿命逆变器 1220年 高效逆变技术 max 最大效率 98.5% Euro 欧洲效率 98% cec 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（） 频率补偿,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 50

11、0Wp/块 分布式发电 低电压穿越 全球联网 30年以后,有何影响？,如何解决？,光伏发电的LVRT,保持并网,允许脱网,提供无功,T1,T2,低电压穿越与孤岛保护的矛盾,功率调节与频率控制,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,全球光伏联网设想图,(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,(一)、大型风力发电机组的变速运行,(二)、双馈型变流器,双馈电机四象限运行状态,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

12、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,(三)、全功率变流技术,1、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。,2 、晶闸管整流 + 晶闸管有源逆变,3 、多相发电机 + 多相整流,4 、（PWM）整流 + IGBT逆变,1、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

13、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,1、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,Three independent 4Q drives in parallel, with separate transformer windings,1. 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、

14、多电平变换技术,三电平变换与两电平变换的比较：,8、新型功率器件IGBT、IGCT、ETO、SiC的应用, 直流电容容量小，寿命长 高效变换,9、新型拓扑结构及电路的应用,风力机串联型高压直流输电,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利用。,四、分布式发电、储能技术与智能电网,可再生能源发电的共性问题,2、储能

15、技术 抽水蓄能 蓄电池蓄能 飞轮储能 超级电容 超导线圈 储氢、储气、蓄冷,3、抽水储能电站,传统定速发电、电动机,中小型抽水蓄能电站的水头变化,水轮机的变速运行,大型双馈电动/发电机组,10MW双馈变流器组成的100MW双馈水泵系统,4、海上风场储氢技术,5、光伏并网、储能技术,合肥阳光电源有限公司成立于1997年，是专业从事太阳能/风力发电电源、回馈式节能负载、电力系统电源、绿色节能电源研究、开发、生产、销售和服务的高新技术企业。 现有员工：300人 注册资本：3000万元 总 资 产： 1.78亿元 08年销售额：1.15亿元 现有技术人员：,六、阳光电源公司及产品介绍,预计2009年的

16、销售目标：2.5亿元,一流的研发中心 每年10%的研发投入 合工大“产、学、研”合作 安徽省产学研联合培养研究生基地 安徽省可再生能源电源工程技术研究中心的支撑,先进的生产检测设备,阳光承担的科研项目,1、“十五”国家科技攻关计划“并网光伏发电用系列逆变器的产业化” 2、国家发改委新能源高技术产业化项目“光伏发电逆变及控制装置的产业化” 3、科技部科技型中小企业技术创新基金“基于双向逆变技术的小型并网光伏逆变器” 4、“十五”安徽省科技攻关计划“风力发电用交直交并网变流器” 5、“十一五”国家科技支撑计划项目“大功率风电机组”课题“双馈式风电机组大功率双向变流器及控制技术开发”和“大功率直驱式

17、风电机组控制系统及变流器的研制与产业化” 6、国家科技成果推广计划“光伏/风能发电控制逆变系统” 7、安徽省2006年科技攻关计划“大型并网光伏发电系统及关键技术” 8、世界银行/全球环境基金/中国可再生能源发展项目“小功率风光互补供电系统的优化”、“光伏/市电提水用逆变器” 9、“十一五”国家863计划项目“MW级并网光伏电站系统” 课题“兆瓦级BIPV并网系统关键技术及工程化应用研究”和“甘肃武威荒漠治理区MW级和高压电网并网集中光伏示范电站及关键设备研制开发” 10、国家科技支撑计划世博会4.5MW光伏电站用500KW逆变器,目前已申报专利25项，取得专利证书16项。 其中发明专利4项

18、SUNGROW完成了国际商标注册 完成2项国家标准的负责起草,品牌、知识产权,“正弦波并网充/放电装置”2002年6月通过安徽省科技厅组织的鉴定。 “光伏/风能发电控制逆变系统”2002年12月通过安徽省科技厅组织的鉴定。 “多功能双向逆变装置”(省科技攻关计划)2004年6月通过安徽省科技厅组织的鉴定。“ “并网光伏发电用系列逆变器”(“十五” 国家科技攻关计划项目成果)于2005年7月通过安徽省科技厅鉴定。 “大型风力发电交直交并网变流器”2006年1月通过安徽省科技厅组织的鉴定。 “100KW并网光伏逆变器”2007年9月通过安徽省科技厅组织的鉴定。 国家发改委新能源和可再生能源高技术产

19、业化项目“光伏发电逆变及控制装置的产业化”2008年9月通过验收 “250KW/500KW并网光伏逆变器”2009年3月1日通过省科技厅组织的鉴定。,科研成绩、成果 、认证,光伏并网产品,TUV证书: SG100K3，WG100K3,中国电力科学研究院测试报告 ,金太阳认证证书,测试报告： SG10K3SG500KTL,意大利DK5940 认证,SG30K3,50K3,SG100K3,SG250K3 ,SG500KTL,SG100K,SG250KTL,SG250K3,SG500K3,SG500KTL,SG1000KHV-MW级光伏电站整体解决方案,SG1000KHV-MW级光伏电站整体解决方案,1. 两台SG500KTL逆变器 2. 中压变压器 3. 环境数据采集系统 远程数据监控系统 接地和防雷保护 交直流配电系统,主要部件包括,SG1000KHV-MW级光伏电站整体解决方案,监控软件界面,监控软件和附件,通讯协议采用MODBUS协议。,提供基于Windows 2000和xp的多机版监控软件。,可提供包括逆变器在内的整个光伏发电系统的“三遥” 方案。,中英文界面，操作直观友好。,自动翻屏功能，具有良好地展示效果。,可监控其他站控层设备