第五章新能源发电中的逆变电源技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PPT,文档演模板,Office,PPT,05 十一月 2026,第五章新能源发电中的逆变电源技术,第五章 新能源发电中 的逆变电源技术,2,主要内容,5.1 新能源发电兴起的背景,5.2 逆变电源技术在光伏发电系统中的应用,5.3,逆变电源技术在风光互补发电系统中的应用,3,80煤炭在山西、陕西、内蒙古和新疆,60%水能在西部,大部分天然气在西部,缺乏石油、天然气资源,探明总资源量8230亿吨标准煤，探明剩余可采总储量1390亿吨标准煤,1.新能源发电兴起的背景,1.1日益严重的能源危机,1.1.1国内常规能源的现状,4,能源消费 Energy Consumption,2003年，一次能源消费总量为16.8亿吨标准煤,5,1.1.2国内可再生能源的现状,太阳能,理论资源储量每年17000亿吨标准煤,2/3的陆地年日照小时超过2200，每平方米年接受太阳辐射能5000兆焦,6,1.1.2 可再生能源资源,小水电：1.25亿千瓦，65%在西部,风能 Wind,陆地：2.5亿千瓦,海面：7.5亿千瓦,7,1.2 世界能源供求关系紧张,新兴工业国家的经济发展：,1）中国、印度、东南亚人口大国经济发展迅猛，纷纷从能源出口国变为进口国；,2）我国经济的能源弹性系数快速攀升，重工业化趋势明显；,3）石油、天然气和煤炭等化石燃料消耗加速，市场价格居高不下，成为制约国家经济与安全的关键因素；,4）现有的能源供给模式已不能保证经济的可持续发展。,争夺能源已成为国际争端和战争的最大诱因。,8,1.3 世界能源供求关系紧张,环保意识的抬头：,京都议定书：,“主要经济体承诺未来十年间CO2及有害气体的减排量”,欧洲国家：8%，已签署。,日本：7%，已签署。,美国：6%，拒绝签署。（排放第一大国）,中国：未限制，已签署。（排放第二大国）,国际压力：,美国人的拒签理由是要求以中国承诺减排为前提。,9,2.逆变电源技术,在光伏发电系统中的应用,10,光伏发电系统组成,独立供电系统,PV组件,蓄电池,充放电控制器,DC负载（或AC负载）,并网系统,PV组件,逆变器,电网,AC负载,11,光伏并网发电系统的分类,目前常用的光伏并网发电系统可以按照系统功能分为,两类,：,1、不含蓄电池环节的“不可调度式光伏并网发电系统”；,2、含有蓄电池组的“可调度式光伏并网发电系统”。,12,不可调度式光伏并网发电系统,不可调度式光伏并网发电系统中，并网逆变器将光伏阵列产生的直流电能转化为和电网电压同频、同相的交流电能。,当主电网断电时，系统自动停止向电网供电。,白天，当光伏系统产生的交,流电能超过本地负载所需时，超过部分馈送给电网。,其它时间，特别是夜间，当本地负载大于光伏系统产生的交流电能时，电网自动向负载提供补充电能。,13,可调度式光伏并网发电系统,核心逆变器一般,由并网逆变器和蓄电池充电器,两部分组成。,系统中核心逆变器配备有主开关和重要负载开关。对重要交流负载而言，系统,兼具不间断电源的作用。,可调度系统不仅能向电网馈送同频同相的正弦波电能，而且还可作为电网终端的,有源功率调节器,用于补偿电网终端缺乏的无功分量以稳定电网电压，同时亦可抵消有害的高次谐波分量。,大功率可调度式光伏并网发电装置可以根据运行需要自由确定并网电流的大小，有益于,电网调峰,。提高电网的运行质量。,14,可调度式光伏并网发电系统的现状,可调度式光伏并网系统的储能环节目前主要为蓄电池，将来可能逐步为制氢、燃料电池等新技术所替代。其应用规模当前还很难与不可调度式相比较，因为：,1.蓄电池组的寿命较短：,目前免维护蓄电池在良好环境下的工作寿命通常估计为5年，而光伏阵列稳定工作的寿命则在2530年左右,2.蓄电池组的价格在目前仍相对昂贵；,3.蓄电池组较为笨重,，需占用较大空间，如有漏液，则会泄漏出腐蚀性液体；此外报废的蓄电池必须进行后处理，否则将会,造成“铅污染”；,4.不可调度式光伏并网发电系统的集成度高，其,安装和调试相对方便，可靠性也高。,15,光伏并网逆变器的分类,光伏并网系统逆变器按控制方式分类，可分为,电压源电压控制,、,电压源电流控制,、,电流源电压控制,和,电流源电流控制,四种方法。,以电流源为输入的逆变器，其直流侧需要串联一大电感提供较稳定的直流电流输入，但由于此一大电感往往会导致,系统动态响应差,，因此当前世界范围内大部分并网逆变器均采用以电压源输入为主的方式。,逆变器与市电并联运行的输出控制可分为电压控制和电流控制。如果逆变器的输出采用电流控制，则只需,控制逆变器的输出电流以跟踪市电电压,，即可达到并联运行的目的。由于其控制方法相对简单，因此使用比较广泛。,综合以上所述原因，光伏并网逆变器一般都采用,电压源输入、电流源输出,的控制方式。,16,并网逆变器的分类,工频变压器隔离并网逆变器,高频变压器隔离并网逆变器,无变压器绝缘并网逆变器,17,光伏并网逆变电源关键技术,并网电流控制方式,光伏阵列的最大功率跟踪,多机并联群控优化,孤岛效应,电磁噪声,EMC和EMI,系统的各种保护措施,高效率的电路结构和控制方式,远程数据通讯和管理,18,并网电流控制,滞环控制的电流瞬时值比较方式,把指令电流,i*,和实际输出电流i的偏差,i*-i,作为滞环比较,器的输入.,通过比较器的输出控制器件V1和V2的通断.,V1（或VD1）通时，,i,增大,；,V2（或VD2）通时，,i,减小,；,19,并网电流控制,环宽过宽时，开关频率低，跟踪误差大；,环宽过窄时，跟踪误差小，但开关频率过高，开关损耗增大；,输出侧电抗L大时，i的变化率小，跟踪慢；,输出侧电抗L小时，i的变化率大，开关频率过高；,滞环控制的电流瞬时值比较方式,20,并网电流控制,硬件电路简单易控；,实时控制，电流响应快；,毋需斩波，输出电压中不含特定频率的谐波分量；,若滞环的宽度固定，电流跟随的误差范围是固定的，但电力半导体器件的开关频率却是变化的，这将导致电流频谱较宽，增加了滤波器设计的难度，可能会引起间接的谐波干扰。,采用滞环比较器的瞬时值比较方式,滞环控制的电流瞬时值比较方式的特点：,21,并网电流控制,定时控制的电流瞬时值比较控制方式,不用滞环比较器，而是设置一个固定的时钟,以固定采样周期对指令信号和被控制变量进行采样，根据偏差的极性来控制开关器件通断在时钟信号到来的时刻，,如i i*，V1断，V2通，使i减小,每个采样时刻的控制作用都使实际电流与指令电流的误差减小,22,并网电流控制,该方式可以避免器件开关频率过高的情况发生,。器件的最高开关频率为时钟频率的1/2。,不足之处在于：补偿电流的跟随误差是不固定的。精度相对较低。,定时控制的电流瞬时值比较方式,定时控制的电流,瞬时值比较控制方式的特点：,23,并网电流控制,跟踪实时电流的三角波比较方式,该控制方式原理如图所示，它将指令电流ic*和并网电流ic的实时值进行比较，两者的偏差ic经放大器A后与三角波进行比较，以输出PWM信号。,放大器A多采用比例或比例积分放大器,，其系数直接影响电流跟踪特性,24,并网电流控制,跟随误差较大；,软硬件相对复杂；,输出电压中含有主要与三角载波相同频率的谐波；,放大器的增益有限；,功率器件的开关频率固定地等于三角载波的频率；,电流响应相对于瞬时值比较方式为慢。,跟踪实时电流的三角波比较方式,跟踪实时电流的三角波比较方式的特点,25,并网电流控制,瞬时值比较方式和三角波比较方式各有优缺点，,不能孤立地评价孰优孰劣，实际应用中必须根据,系统要求按需选择。两种方法在实际应用中大体,上各占一半，基本相当。,26,MPPT最大功率跟踪控制,太阳电池的原理与构造,太阳能电池的基本特性和二极管类似，可用简单的PN结来说明。电池单元是光电转换的最小单元，一般不单独作为电源使用。将太阳能电池单元进行串、并联并封装后就成为太阳能电池组件，功率一般为几瓦、几十瓦甚至数百瓦，众多太阳能电池组件按需要再进行串、并联后形成太阳能电池阵列，就构成了“太阳能发电机（Solar Generator）”。,27,MPPT最大功率跟踪控制,理想PN结单元太阳能电池的电流电压(IV)的关系如式所示：,I：PN结的电流(A)；,I0,：,反向饱和电流(A)；,V,：,外加电压(V)；,q,：,电子电荷(1.610-19C)；,K,：,是玻耳兹曼常数(1.3810-23J/K)；T是绝对温度(K)。,太阳电池的原理与构造,28,MPPT最大功率跟踪控制,太阳能电池阵列的I-V特性是并网逆变系统进行分析的最重要的技术数据 之一，如图所示，它具有非线性特质。,太阳电池的原理与构造,29,MPPT最大功率跟踪控制,太阳能电池阵列的几个重要技术参数,1、短路电流(Isc)：,在给定的日照强度和温度下的最大输出电流；,2、开路电压(Voc)：,在给定的日照强度和温度下的最大输出电压；,3、最大功率点电流(Im)：,在给定的日照强度和温度下相对应的最大功率点的电流；,4、最大功率点电压(Vm)：,在给定的日照强度和温度下相对应的最大功率点的电压；,5、最大功率点功率(Pm)：,在给定的日照强度和温度下可能输出的最大功率Pm=ImVm。,太阳电池的原理与构造,30,MPPT最大功率跟踪控制,MPPT的基本概念,由于光伏电池的光电转换效率比较低，光伏电池的输出功率受日照强度以及温度影响的特点，为了在限定的条件下有效利用光伏电池，就要进行最大功率跟踪(MPPTMax Power Point Tracking)。光伏并网逆变系统中通常会加入一MPPT跟踪器。,31,MPPT最大功率跟踪控制,几种常用的MPPT算法,由P-V特性曲线可以看出：,在最大功率点电压的左侧，光伏阵列电池率随其工作点电压的增加而增加；,在最大功率点电压的右侧，光伏阵列电池输出功率随其工作点电压的增加而减小。,最大功率跟踪(MPPT)的目的通过控制阵列端电压V,PV,，使阵列能在各种不同的日照和温度环境下智能化地输出最大功率。,32,MPPT最大功率跟踪控制,常见的最大功率跟踪控制方法主要有,定电压跟踪法(CVT)；,扰动观察法(P&O、爬山法)；,电导增量法；,间歇扫描法；,模糊控制算法。,33,MPPT最大功率跟踪控制,定电压跟踪法(CVT),不同照度下的PV特性曲线,在日照强度较高时，诸曲线的,最大功率点几乎分布于一条垂直线的两侧,，这说明当温度一定时，阵列的最大功率输出点大致对应于某个恒定电压，这就大大简化了系统MPPT的控制设计，即人们仅需从生产厂商处获得Vmax数据并使阵列的输出电压钳位于Vmax值即可。,CVT式的MPPT控制实际上就是把MPPT控制简化为,稳压控制,34,MPPT最大功率跟踪控制,CVT控制的优点：,控制简单，易实现，可靠性高；,系统不会出现振荡，有很好的稳定性；,可以方便地通过硬件实现。,CVT控制的缺点：,控制精度差，特别是对于早晚和四季温差变化剧烈的地区；,必须人工干预才能良好运行，更难于预料风、沙等影响。,采用CVT以实现MPPT控制，由于其良好的可靠性和稳定性，目前在光伏系统中仍被较多使用。,定电压跟踪法(CVT)的特点,35,MPPT最大功率跟踪控制,扰动观察法基本原理,扰动观察法是目前实现MPPT的常用方法之一。其原理是先扰动输出电压值(UPV+U)，再测量其功率变化，与扰动之前功率值相比，若功率值增加，则表示扰动方向正确，可朝同一（+U）方向扰动；若扰动后的功率值小于扰动前，则往相反（-U）方向扰动。,36,MPPT最大功率跟踪控制,扰动观察法,37,MPPT最大功率跟踪控制,扰动观察法的优点：,模块化控制回路；,跟踪法则简明，容易实现；,扰动观察法的缺点：,只能在阵列最大功率点附近振荡运行，导致部分功率损失；,初始值及跟踪步长的给定对跟踪精度和速度有较大影响。,有时会发生程序在运行中的失序（“误判”）现象。,扰动观察法的特点,38,MPPT最大功率跟踪控制,扰动观察法的误判,假设日照下降，则对应Vb的输出功率可能为Pc0，工作点在最大功率点左边；,当dP/dV0，工作点在最大功率点右边。,光伏电池P-V和dP/dV-V关系,41,MPPT最大功率跟踪控制,电导增量法的优点：,当光伏电池上的光照强度产生变化时，输出端电压能平稳地追随其变化，电压波动较扰动观察法小。,电导增量法的缺点：,依赖于高精度的电压电流检测且算法较为复杂，计算量大，对硬件(尤其是处理器和存储器)要求比较高，因而整个系统的硬件造价也会比较高。,电导增量法的特点,42,MPPT最大功率跟踪控制,间歇扫描法基本原理,间歇扫描法实现MPPT的核心思想是,定时地扫描,一段(一般为0.50.9倍的开路电压)阵列电压，同时记录下不同电压下对应的阵列电流值，经过,比较不同点的太阳能电池阵列的输出功率,就可以方便地得出最大功率点，而不需要一直处于搜寻状态。,在一天的运行过程中，光伏阵列在短时间内的工作点变化不大，根据太阳能电池的伏安特性曲线，并结合光伏发电系统盼实际运行情况，在较短时间间隔内只在缩小的跟踪范围内扫描一次；,每隔较长一段时间后，才在整个跟踪范围内对各工作点扫描一次。,这样控制的目的是当光照变化不大时，就延长扫描间隔时间，从而进一步减少工作点被扰动的次数，提高系统运行的稳定性，改善系统控制性能。,43,MPPT最大功率跟踪控制,间歇扫描法,44,MPPT最大功率跟踪控制,间歇扫描法的优点：,这种方法一般不会产生振荡，同时避免了其它各种方案需要由于搜索振荡引起的功率损失。在太阳电池阵列容易产生遮挡的应用中，如光伏建筑、太阳能汽车、太阳能游艇等，这种MPPT方案具有较高的应用价值。,间歇扫描法的缺点：,需要有连续输出的光伏系统中无法应用，如光伏水泵、不可调度式光伏并网系统；同时该方法需要有较大的存储空间和运算能力。,间歇扫描法的特点,45,MPPT最大功率跟踪控制,模糊控制算法,由于日照变化的不确定性、光伏电池阵列的温度的变化、负载的变化和光伏电池的I-V曲线的非线性，所以固定光伏电池的最大功率点是随环境和负载的变化而时刻变化的。针对这样的非线性系统，使用模糊控制方法进行控制，将会取得理想的控制效果。,基于模糊集合和模糊算法的模糊理论可以得出一系列的模糊控制规则，由DSP十分简明地执行。该法过程直观、简单，无需被控对象的精确数学模型,且设计的模糊控制器规则少。,46,MPPT最大功率跟踪控制,简单、直观，无需被控对象的精确数学模型。,使用模糊逻辑控制进行光伏系统的MPPT。具有很好的动态性能和精度。有着十分广阔的应用前景。,模糊控制算法,的特点,47,孤岛效应,孤岛效应是指由于电气故障、误操作或自然因素等原因使并网逆变器与电网之间连接的断路器跳闸时，光伏并网系统未能及时检测出停电状态并脱离电网，太阳能发电系统和周围负载组成一个电力公司无法掌控的供电孤岛。,48,孤岛效应,一般来说，孤岛效应会对整个配电系统的设备和用户端设备产生不良影响，主要有：,由于并网逆变器一直处于供电状态，相连的电网处于带电状态，可能危及电网线路维护人员的安全。,孤岛运行的局部电网可能与主电网不同步，因而与主电网再次相连时可能会造成很大的浪涌电流，损害电站和电网负载的用电设备。,干扰电网的正常合闸。,电网不能控制孤岛的电压和频率。因此可能造成用户用电设备的损坏。,电网必须具备向用户输送高质量电能的能力，这就要求分散供电电源必须具备防止孤岛效应发生的能力。随着越来越多的太阳能发电系统并网运行，孤岛效应发生的可能性也在增加，因此解决孤岛问题尤其的重要。,49,孤岛效应,孤岛效应检测技术一般可分成被动式及主动式两类。,被动式检测：一般是利用监测市电状态，如电压、频率作为判断市电是否故障的依据。,主动检测法：由电力逆变器定时产生干扰讯号，观察市电是否受到影响以做为判断依据，因为市电可以看为是一个容量无穷大的电压源。,50,孤岛检测方法,51,被动检测法,过/欠频检测法,是在PCC点电压的频率超过正常范围（f1,f2）时，,停止逆变器的并网运行的一种方法。,其中f1、f2为电网频率正常范围的上下限。,过/欠压检测法,过/欠压检测法是在公共耦合点（PCC）电压超出正常范围（U1,U2）时，停止逆变器并网的一种方法。,52,被动检测法,相位跳变检测法,相位突变检测是逆变器监测其端电压和输出电流之间相位是否发生突变,若突变超过设定阈值,则说明检测到孤岛。,电压谐波检测法,正常时公共耦合点电压的总谐波畸变率通常较低，孤岛时总谐波畸变率较高。可检测谐波畸变来判断孤岛。,被动检测法的共有缺点是存在非检测区。,53,主动检测法,输出电能变动方式,通过控制变流器的输出，施以系统周期性的有功电能或无功电能扰动，当市电中断时，由于系统失去稳定的参考电源，扰动将造成系统电压或频率明显的变动，而检测出孤岛现象。,加入电感或电容器,此方法是在电力系统输配线路上加装一电感或电容器，当市电中断或故障时，即将电感或电容器并入，通过无效功率破坏系统平衡状态，达到对电压、频率的扰动，使太阳能发电系统能检测到并与市电解除并联。其中插入的并联阻抗应容量小且短时间插入为宜，以免对系统造成过大影响而发生误动作。,54,主动检测法,有源频率偏移法,此方法是通过周期性的向PV 系统输出电流引入一个,微小的频率偏移量来实现对孤岛的检测。该方法可减,小非检测区方法引入的电流谐波会降低PV系统输出电,能的质量在多台PV 系统并网工作的情况下，若频率,偏移方向不一致，其作用会相互抵消。,滑差频率偏移法,SMS 和AFD 类似，两者主要区别在于AFD 引入频率偏,移f，而SMS 引入相角偏移SMS。同有源频率偏移,法一样也会产生负面影响,55,正反馈频率漂移法,主要思想是首先判断当前电网电压频率的漂移方向，然后周期性的对输出电流频率施以相应的扰动，同时观测实际的电流输出频率。当输出电流频率跟随扰动量变化时，即输出电流频率由并网逆变器控制而不是跟随电网电压频率时，就成倍的增加扰动量，以达到输出电流频率快速变化触发反孤岛频率检测的目的。,主动检测法,即输出电流频率由并网逆变器控制而不是跟随电网电压频率时，就成倍的增加扰动量，以达到输出电流频率快速变化触发反孤岛频率检测的目的。,56,OFR和UFR分别是过频和欠频检测；TlPR：生成PWM波时三角载波的定时器周期值；TlPR0：50HZ时的定时器周期值；Dert和Dert0是定时器周期值的调节量和调节初值；T（k）、T（k-1）是实测网压第k、k-1个周期的周期值。Num1、num2是欠频和过频的周期数。,57,锁相环,在光伏并网发电逆变电源中，为了保证并网电流和电网电压严格同频、同相（只有在功率调节器中出于无功功率补偿的需要，才可控地实现一定的相位差），必须使用锁相环（PLLPhase-Locked Loop)。,锁相环是指能够自动追踪输入信号频率与相位的闭环控制系统。,58,锁相环,1932 年,由DeBellescize 所提出的同步检波理论，他本人率先发表了对锁相环概念的描述，但并未引起普遍重视。,1947年，锁相环才第一次被应用于电视接收机水平和垂直扫描的同步技术。由于技术相对复杂及成本较高，当时主要应用于太空领域。,七十年代，随著半导体及相关电路技术的发展，逐渐出现了多种单片锁相环芯片，逐渐降低了成本，为锁相技术的进步和发展提供了条件。,随著数字技术的发展，出现多种,数字式PLL,，目前高集成度的PLL也已在电机转速控制、电网频率调整、电力系统自动化、雷达技术、较为复杂的家用电器及其它一些高技术领域中得到广泛的应用，在光伏并网发电系统中它同样具有十分重要的作用。,59,锁相环,模拟锁相环（APLL）,数字锁相环（DPLL）,混合锁相环（HPLL）,软件锁相环(SPLL),APLL、DPLL、HPLL都是以硬件方式实现锁相功能的，有着较为复杂的硬件电路，还遇及一些硬件难以克服的难题，如直流零点漂移、器件饱和、必须初始校准等。基于以上原因，,软件锁相技术（SPLL）,作为一种较新的研究课题越来越受到重视。,60,软件锁相环,SPLL的基本组成如图所示，输入信号是经过整形的 TTL电平信号。鉴相软件可以识别出软件计数器输出的取样信号相位与输入信号相位之间的相位差；环路滤波软件控制着环路相位校正的速度与精度；PCC为可编程控制计数器，也可将其称为本地受控定时器，其计数周期受环路滤波软件的控制。,61,软件锁相环,F240芯片的捕获单元可以记录捕获输入引脚上的电平转换。,1、2、3、4四个捕获单元都有一个相应的捕获输入引脚。每个捕获单元均可选择GP定时器2或3作为其时间基准。,当在捕获输入引脚CAPx上检测到一个设定的转换时，GP定时器2或3的值被捕获并存储在相应的2级深度FIFO堆栈中。用户可自定义转换检测（上升沿、下降沿或两者均检测），捕获操作不影响与任何GP定时器对应的任何GP定时器操作。,从一个捕获输入的转换发生到选定GP定时器的计数器值被锁入的延迟为3.54.5个CPU时钟周期。,62,软件锁相环,锁相环的实质就是以Tref和Tin两个值作为参考输入和反馈输入，通过“锁相调节器”使输出到TPR中的值与参考输入Tref保持一致。其原理框图如下所示：,由于周期(或频率)与相位之间满足简单的积分关系，而周期(或频率)的检测在技术上较相位检测方便，因此在实际系统中往往取周期(或频率)为独立变量。,63,软件锁相环,软件锁相的具体实现由输入信号硬件采样和锁相软件配合实现。,锁相环的输入信号为电网电压采样后通过硬件电路整形成的与其同步的TTL方波信号。将该方波信号送入F240的CAP1引脚，F240内部软件为CAP1口分配一个计数时基，同时设定该时基为递增计数模式，只捕捉TTL信号的上升沿，这样每个电网电压周期都会在00相位处使得F240产生一次CAP中断。,软件设定每次CAP中断时复位计数器为0重新计数，这样CAP中断检测出了电网电压周期值和相位。,64,软件锁相环,环路滤波程序即软件锁相算法，实现Tin对Tref的跟踪功能。,环路滤波程序实时改变F240中SPWM载波周期寄存器TPR的值，可以实现输出并网电流的相位实时跟踪电网电压相位变化，从而达到相位跟踪的目的。,在并网系统中，根据F240的EV模块产生SPWM波的原理，EV模块及逆变器环节可理解为模拟锁相环中的压控振荡器。,65,电磁噪声,主要产生于逆变变压器和电抗器内的电磁力振动噪声，其频带在人的听觉范围内的。,原因：电流控制方式、开关频率、电抗器、变压器的设计和加工工艺。,66,EMC和EMI,原因：,并网电流波形叠加SPWM高频开关噪声，同时，由于大的电流变化率，系统存在高频电磁辐射。,解决办法：,a.输出采用有效的高频带阻滤波器或限波器。,b.注意主电路功率器件布局、母线结构、机柜结构等。,67,3.逆变电源技术,在风光互补发电系统中的应用,68,发展风光互补发电系统的意义,目前我国现有的无电用户数量仍然很大，估计在700万户，3000万人左右，60%以上的有电县严重缺电，而且大部分分布在西北五省区以及内蒙古、西藏、云南、海南、四川等地区161。这些地区缺乏常规能源，也少有技术、经济上可开发利用的小水电资源，同时远离大电网。,另一方面，在这些地区架设常规电网造价昂贵，不具备竞争力。,但是很多这些地区的太阳能、风能资源非常丰富，具有利用风能、光伏发电解决其基本生活用电和少部分生产用电的自然资源条件。,风/光互补发电系统的应用不仅有利于改善当地农牧民、岛屿居民的生活，对于当地的环境保护也具有重要的现实意义。,69,独立运行风力发电系统结构,风力发电系统就是把风的动能转变成机械能，然后再把机械能转化为电能的装置。,独立运行风力发电系统主要由风力发电机组、蓄电池、风电控制器、逆变器、耗能负载和用户负载等组成。由于风机发出的一般是频率和电压不稳定的交流电能，需先转变成易于存储于蓄电池中的直流电能方可利用。,70,户用风/光互补发电装置结构,无论是风电还是光伏发电，都有各自的缺点，能量密度低、稳定性差、常受天气影响无法连续供电，如果两者结合在一起，能量同时处于较低值的几率就小得多，可最大限度地利用可再生能源。,71,风力发电机,风力发电机是一种将风能转化为机械能，再将机械能转化为电能的装置。,当风速小于起动风速时，风轮未获得足够的转矩而不能起动;,当风速达到起动风速后，风轮开始转动，带动发电机开始发电，输出电能给负载或者给蓄电池充电。,当风速超过截止风速时，风力发电机通过机械限速机构使风机在一定转速下极限运行的同时接入泄荷电阻，或停运行，以保证风力发电机不至于损坏。,72,光伏阵列,在独立运行系统中，白天有阳光时，光伏阵列经控制器对蓄电池充电。值得注意的是，在独立运行系统中，当光伏阵列输出功率较小或者基本没有输出时(比如阳光较弱，或者夜晚的时候)，为防止蓄电池对光伏阵列反向供电，在阵列输出端应串联防反二极管。,耗能负载,由于小型风力发电系统主要是解决当地居民生活用电问题，负载的用电时间主要在夜晚。在蓄电池充满电的时候，为了防止风力发电机组继续对蓄电池充电，此时需接入耗能负载，用它来消耗风力发电机发出的电能;耗能负载另外一个用途就是当风速过高，风力发电机的输出电压高于设定的保护电压时，也立即接入耗能负载，让耗能负载消耗掉风力发电机所获得的机械能。,73,蓄电池,风/光互补逆变电源的储能装置是蓄电池。常用的蓄电池主要是免维护铅酸蓄电池。电路设计时应考虑蓄电池的反接、过压、欠压等保护。,逆变器,逆变器是将直流电能转换成用户所需的交流电能的装置。它的转换效率和稳定性直接影响到整机的转换效率和稳定性。另外，由于蓄电池电压随充放电状态改变而变动较大，这就要求逆变器能在较大的直流电压变化范围内正常工作，而且保证输出电压的稳定。,74,控制器,控制器在系统中是一个非常重要的部件，它不但控制、协调整个系统的正常运行，而且实时检测系统各参数以防异常情况的出现，一旦检测到异常，它能够自动保护并报警。总的说来，控制器的主要作用有如下几个方面:,保证风机和光伏阵列向蓄电池充电，向负载供电的同时保证各种必要参,数的检测与显示:,当蓄电池过充电或过放电时，可以报警或自动切断线路，保护蓄电池;,按需要提供高精度的电压或电流;,当负载发生短路时，可以自动断开负载。,75,单相并网主电路,76,三相并网主电路,77,驱动电路,78,直流电压采样,79,交流电压采样,80,