风光储联合发电系统

概览 风光储联合发电系统背景 1 1 风光储联合发电系统介绍 2 2 风光储联合发电监控系统介绍 3 3 2 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 104112120128136144 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 时间（h） 功率（ MW ） 负荷曲线 风电功率曲线 等效负荷曲线 风光储联合发电系统背景 1.风电出力具有随机性、间歇性 风电出力随机性强、间歇性明显。风电出力波动幅 度大，波动频率也无规律性。 3 2.风电出力有时与电网负 荷呈现明显的反调节特性 风光储联合发电系统背景 4 3.受气象因素影响，风电出力日间可能波动很大。极端情况 下，风电出力可能在 0~100%范围内变化。 风光储联合发电系统背景 负荷 风电 1天 5 4.风电功率调节能力差 风光储联合发电系统背景 风机功率特性决定风机出力随风力变化而变化，风 机在采用不弃风方式下，只能提供系统故障状况下的有 限功率调节。 机组本身的运行特性和风资源的不确定性，使得风 电机组不具备常规火电机组的功率调节能力。 6 1.单机容量越来越大 受风资源、运输条件等因素限制，陆上风电场单机容量 一般在 3MW以下，海上风电场及近海陆地风电场单机容量可 达 5~6MW。 风电场：风机技术现状 7 2.机组性能不断提升 主要有三种风电机组类型： 恒速风电机组 双馈变速风电机组 永磁直驱风电机组 目前，市场上主流机型主要为 双馈变速风电机组和永磁直驱 风电机组。 风电场：风机技术现状 8  普通感应发电机  风机转速恒定  从电网吸收无功 其中： 恒速风电机组 风机技术水平 9  双馈电机  风机转速可变  具有提供无功支 撑的能力 双馈变速风电机组 风机技术水平 10 风风力机 LS 电网 AC/DC DC/AC 多极永磁发电机 N N NN SS SS  多极永磁同步 电机  转速可变  具有提供无功 支撑的能力 永磁直驱风电机组 风机技术水平 11  对于恒速风电机组，在配备快速无功补偿装置情况下具有低 电压穿越能力。  对于双馈变速和永磁直驱风电机组，可通过自身的控制系统 实现低电压穿越能力。 我国并网风电机组中双馈变速风电机组约占60%，恒速风 电机组约占30%，其他约占10%，由于未配备 快速无功补偿装 置或相应控制系统（我国没有这方面的要求） 均不具备低电 压穿越能力。 3.风电机组低电压穿越能力 风机技术水平 12 一般风电机组在风速达到 3米 /秒时切入运行，在 11-14米 /秒 达到额定出力，风速超过 25米 /秒切出。 机组出力随风的变化而变化，若系统对其提出有功调节要 求，只能通过弃风的方式来实现。 风机技术水平 4.风电机组功率曲线 对风机控制系统要求 风电机组控制系统要求 风电机组控制系统要求 风机主控通讯接口开放，协议符合项 目总体要求 风机变流器具备有功、无功调节功 能，主控开放相应接口 风机变流器具备符合电网规定的低电 压穿越能力 风机变流器具备恒电压调节功能，主 控开放相应接口 随国外引进机组的控制系统较难 符合项目要求 国内风机控制系统已经经过实际 长期运行考验 建议部分机组采用国产经过实用 的控制系统 14 （1）分散接入：主要用于风电开发规模小、以就地消 纳为主的情况。风电接入电压等级低，对系统运行影响较 小。 风电场：接入电网方式 1.风电接入电网主要有两种方式：分散接入、集中接入 … … 15 （2）集中接入：主要用于风电开发规模大、以异地消 纳为主的情况。风电接入电压等级高，远距离输送，对系统 运行影响较大。 风电场：接入电网方式 … … 16  目前，常规风电机组出口端电压为 0.69kV，通过机端变压器 升压至10kV或35kV，经风电场内集电系统汇集送出。  根据风电消纳 地区的不同，风电可直接接入10kV或35kV配电 网。对于需要中长距离外送的情况，风电经升压变升至 110kV、220k V或更高电压等级后，由输电网输送至受端网消 纳。 风电升压和汇集方式 风电场：接入电网方式 17 风电中长距离消纳示意图 风电就地消纳示意图 风电场：接入电网方式 ↓ ↑ → → 单晶PV 多晶PV 逆变器 10KV开关柜 110KV 多路光伏阵列经汇流箱进入 1台 Satcon 500KW逆变器； 38组逆变器经过升压后汇流 到 10KV交流母线，在通过 10KV/110KV主变 输入电网 并网光伏发电系统——大型光伏电站实例 并网光伏发电系统——大型光伏电站实例 光伏电站：光伏电池 晶体硅晶体硅 电池电池 晶体硅电池 包括多晶硅、单晶硅、背 接触及HIT电池，其中多晶硅是目前 市场上的主流产品。 非晶非晶 电池电池 非晶电池 包括非晶硅薄膜、碲化镉、 铜铟加硒、砷化镓等，其中非晶硅薄 膜电池被认为具有良好的应用前景。 聚光聚光 电池电池 聚光电池 包括高倍聚光、低倍聚光电 池，技术还在发展完善过程中。 三种主要 技术路线 光伏电池技术—各类太阳能电池的效率 单晶硅太阳电池 实验室最高效率： 24.7% 商业化批量生产效率： 17% 多晶硅太阳电池 实验室最高效率： 20.3% 商业化批量生产效率： 16% 光伏电池技术—各类太阳能电池的效率 日本三洋 HIT电池商业化电池效率 23%， 超薄电池（ 98微米）效率 22.8％。 22 光伏电池技术—各类太阳能电池的效率 CIGS 薄膜太阳电池，最高效 率 19.9%，商业化 12%。 CdTe太阳电池 最高效率： 16.9% 商业化： 9‐11% 非晶硅 薄膜太阳电池，最高 效率： 12.8%（稳定） 商业化： 6‐8% 下一代 薄膜太阳电池 光伏逆变器关键技术介绍 太阳能电池相关特性介绍  太阳能电池特性曲线 辐照度影响短路电流（Isc）比较大，但对开路电压（Voc）的影响并不明显 光伏逆变器关键技术介绍 太阳能电池相关特性介绍  太阳能电池特性曲线 太阳能电池结温上升将使太阳能电池开路电压V oc下降，短路电流Isc则轻微增大 中功率：10-300kW 建筑一体化光伏 大功率：100kW-1MW 大型光伏电站 小功率：2-8kW 户用  按功率分类 光伏逆变器关键技术介绍 光伏逆变器分类 两级式(2)  按功率单元分类 单级式 两级式(1) 光伏逆变器关键技术介绍 光伏逆变器分类  技术要素-控制（1） 将原来两级实现的功能在单级上实现：包括有功和无功控 制、直流母线电压的控制等； 现有光伏系统的控制存在着不稳定因素； 单级式 两级式 光伏逆变器关键技术介绍 单级大功率并网光伏逆变器 技术要素-控制（2） 光伏电池阵列的实际输出特性(多峰问题)给MPPT控制策略 带来挑战 阴影遮挡 组件不匹配 光伏逆变器关键技术介绍 单级大功率并网光伏逆变器  技术要素-效率问题 效率是光伏发电系统中一个非常 “ 敏感 ” 的问题 光伏逆变器的效率定义：最高效率、欧洲效率、CEC效 率 … 光伏逆变器关键技术介绍 单级大功率并网光伏逆变器  技术要素-滤波器设计 滤波器 光伏逆变器关键技术介绍 单级大功率并网光伏逆变器