PDF《新能源电力系统规划与运行》

新能源电力系统规划与运行 主讲人:王秀丽/刘俊单位:电力工程系 西安交通大学电气工程学院 时间:2018.

4~2018.6 课程简介 课程名称:《新能源电力系统规划与运行》 英文名称:《Planning and Operation of Power Systems with Renewable Energy》 学时:

32 +

8 学分:

2 适用对象: 电气工程专业

三、四年级本科生 先修课程:《电路》、《电磁场》、《电机学》、《电力 系统稳态分析》

2 参考书目 1. 课程讲义及PPT 2. 刘长,冯双磊 译,《风电并网――联网与系统运行》, 机械工业出版社,2011. 3. 徐青山,《分布式发电与微电网技术》,北京:人民邮电 出版社,2011. 4. 张兴,曹仁贤,《太阳能光伏并网发电及其逆变控制》, 北京:机械工业出版社,2010. 5. 王锡凡 主编,《电力系统规划基础》,西安:西安交通 大学出版社,1994. 6. 夏道止 主编,《电力系统分析》(第二版),北京:中 国电力出版社,2010.

3 课程性质和目的 1. 性质:专业基础课 2. 目的: ① 掌握新能源风电、光伏发电的原理. ② 掌握以电路学原理进行新能源电力系统稳态分析. ③ 熟悉计算机求解含新能源电力系统潮流的方法. ④ 熟悉对随机波动性新能源的数学建模方法. ⑤ 掌握含新能源发电系统规划领域的重要概念和方法. ⑥ 培养分析实际系统运行中频率和电压调整的思想.

4 课程资源 ? 西安交通大学教师个人主页- http://gr.xjtu.edu.cn/web/eeliujun ? 课程教学-"《新能源电力系统规划与运行》 课程资料下载"文件夹

5 联系方式 ? Office: 东二楼-电力工程系137 ? Email: [email protected] ?

电话: 029-82668782 ? 答疑: 每周五7-8节6考核?平时表现占

10 % ? 实验、思考题、课程报告占

20 % ? 考试成绩占

70 %

7 Lecture

1 主讲:刘俊电力工程系

第一章 新能源电力系统基本概念 1.1新能源发电概述 理解能源结构和各种新能源的发电原理. 1.2新能源发电的并网 掌握并网变换器的级联方式及拓扑结构. 1.3含新能源发电的微电网和智能电网 掌握微电网、智能电网的基本概念. 1.4新能源电力系统的特点 了解新能源发电并网对电力系统运行的影响.

9 1.1 新能源发电概述

一、背景:能源危机、雾霾笼罩

10 能源种类 世界 中国 太阳能 无穷大 无穷大 石油 约45年约15年 天然气 约61年约30年 煤炭 约230年约81年铀约71年约50年 世界常规能源储备状况及剩余使用年限(自2000年开始计算) ? 世界能源结构预测 世界能源结构预测(资料来源:欧盟联合研究中心,2004年)

11 ? 太阳能在能源结构中的比例预测 能源利用: 2050年2100年 可再生能源 52% 86% 太阳能(包括太阳能热利用) 28% 64%

12 据欧盟联合研究中心预测,未来太阳能在发电 能源结构中的比重将逐步上升,到2100年将占64%的 比重,成为最广泛的发电模式. 目前可再生能源发电占世界发电总量不到25%, 增长潜力巨大.

二、新能源发电的类型 ?风力发电 ?光伏发电 ?核电 ?生物质能 ?海洋能 ?地热能 ?氢能等

13 热点、重点 问题:新能源是否都是可再生能源? 风力发电(Wind Power) ? 能量转换过程:风能-机械能-电能 ? 风能的来源:太阳能 ? 利用最早的新能源:风车汲水、磨坊 ? 最早利用风力发电: C 上世纪三十年代,丹麦、瑞典、苏联和美国应用航空 工业的旋翼技术,成功地研制了一些小型风力发电装置. C 目前应用较多的是水平轴风力机,且多用螺旋桨型叶 片.水平轴风力机包括风轮、塔架、机舱等部分.

14 风力发电

15 轮毂 叶片 机舱 塔架 -风轮是由轮毂及安装于轮毂上的若 干叶片(桨叶)组成,是风力机捕获风能 的部件;

-塔架是风力机的支撑结构;

-机舱内集中放置调向装置、 控制装置、传动机构、发电机等. 风力发电机制造十大(2016) 1.金风科技:中国最早风机制造企业,新疆 2. (Vestas)风机制造领头羊――维斯塔斯:丹麦 3. (GE Energy)GE能源公司:美国 4. (Siemens) 西门子:德国 5. (Gamesa)歌美飒:西班牙 6. Enercon公司:德国 7.联合动力 8.远景能源 9.明阳风电 10.海装风电 来源:《可再生能源世界》(Renewable Energy World) 杂志.

16 太阳能发电(Solar Power) (1)太阳能热发电(Solar Thermal Power) ? 太阳能热发电就是利用太阳辐射所产生的热能发电,是在 太阳能热利用的基础上实现的. ? 一般需要先将太阳辐射能转变为热能,然后再将热能转变 为电能,实际上是"光-热-电"的转换过程. ? 太阳能热发电有两种类型:一类是蒸汽热动力发电,一类 是热电直接转换.

17 太阳能发电 (1)太阳能热发电 ? 塔式

18 太阳能发电 (1)太阳能热发电 ? 槽式

19 ? 太阳辐射能量――成份 C 红外线(>0.76μm): 约43%(热)->太阳能 热利用 C 可见光(0.4~0.76μm): 约50% ->太阳能 光伏发电 C 紫外线(非隔离型: ? 隔离型并网系统中,不管工频还是高频变 压器: C 电能-磁能、磁能-电能转化,必然导致能量损 耗;

C 数千瓦的小容量变压器能量损失可达5%甚至更 高. ? 非隔离型: C 结构简单、质量变轻、成本降低、效率较高.

60 ? 非隔离型 C 单级 C 多级

61 PV DC AC 电网 PV DC DC 电网 DC AC Boost变流器 单级不隔离型光伏并网逆变器结构图 多级不隔离型光伏并网逆变器结构图

二、光伏发电并网拓扑 不隔离的优缺点: ? 优点: C 提高效率,可直接让逆变器工作在工频模式,直接耦合电 网;

C Boost变换器为升压变换器,可使光伏阵列工作在一个较 宽的电压范围内,因而使直流侧的电压配置更灵活,驱动 较简单;

C 可以提高最大功率点跟踪的精度;

? 缺点: C 光伏组件需要较高绝缘等级.

62 非隔离型需要注意的问题: ? 大面积光伏电池组件,不可避免地与地之 间存在较大的分布电容,因而会产生对地 的共模漏电流. ? 无工频和高频隔离变压器,容易向电网注 入直流分量. ? 需采取适当的控制和保护措施以保证运行 的可靠性与安全性.

63 课后阅读 ? 参考书目4:张兴,曹仁贤.《太阳能光伏并 网发电及其逆变器控制 》 C

第三章 C

第四章

64 ? 发展障碍 C 成本障碍(远高于火电、市场较小) C 技术障碍(缺乏自主研发创新、关键技术) C 产业障碍(集中程度低、产业布局乱) C 融资障碍(产业新、缺乏信用) C 政策障碍(政府鼓励、竞争机制、补偿机制、 交易机制、管理服务机制) C 体制障碍(分散在多个部门)

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三、新能源发展及并网政策 ? 经济上 C 政策: ? 上网电价补贴,如光伏:$1.09/kWh ? 税收 C 研发、生产、消费的投资 ? 技术上 C 电力系统如何在电网输电侧、配电侧接入新能 源: ? 新能源的运行条件、规模等 ? 技术上更细化的要求,如LVRT等66

三、新能源发展及并网政策