新能源系统模型及应用概述

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1、新能源系统模型及应用概述第一章绪论1.1研究背景与意义分布式发电是相对传统集中式供电方式而言，是为满足某些特定用户的需求或支持现有配电网系统的经济运行，分散布置在电力用户附近，发电功率在数千瓦至数十兆瓦之间，可以接在配电网上联网运行或者独立运行，采用先进信息控制技术的高效、经济、可靠、环保的小型模块化、分散式发电单元[14]。分布式发电可就近组网，分布式组网可有利于能源就地利用，减少了输送损耗，也有助于突发大面积停电发生带来的不安全因素。分布式发电技术可以减少电网的总容量，改善电网的峰谷性能，提高供电可靠性，作为大电网的

2、有效补充和支持[5],近年来受到国内外专家学者的重视，研究发展迅速。分布式再生源主要包括太阳能、风能、海洋潮欢能、波浪能，生物质能等可再生能源。随着分布式发电渗透率的增加，分布式式电源自身的弊端及接入传统配电网所产生的负面影响限制了其大规模发展[6]。一方面，分布式电源相对于大电网可控度相对较差，容易受到环境因素的影响的一类电源。目前电网多采用限制、隔离方式来隔离分布式电源以减少其对大电网冲击。另一方面，大电网系统的无源辖射状结构以及能力流动的单向、单路径特征，使得分布式发电必须以负荷形式并入和运行，即发电量需要小于安装

3、地用户负荷，从而导致分布式电源的能力在结构上受到限制[78]。.1.2新能源与微电网参数预测研究现状上世纪以来，全球性的能源枯竭危机与环境恶化使得世界各国都将目光聚集到了可持续利用开发且对环境危害小的新能源上。除核能外，目前倍受关注的可再生新能源有：太阳能、风能、海洋能（波浪、潮汝）及生物能（沼气）等。纵观发展趋势，以太阳能、风能、海洋能为代表的新能源在很多国家已被成功开发利用。欧洲、美国及日本等发达国家起步较早，新能源开发微电网组网技术研究较深入，已有一定规模和特色，已初步形成了一套可对分布式微电源和各类用户合理组合成

4、电网能有效调控，供电品质可以较好满足用户需求的技术。我国对太阳能、风能等新能源研究有着悠久的历史。由于各种原因，实际应用，特别是将分布式电源组合为微电网，并实现有效调控的研究尚处于起步阶段，如电源组网设计投切控制技术、实时预测调控技术等方面都有不少工作要做。国家十二五规划将微电网发展作为我国配电网重要发展战略[15]，目前正加快建设微电网研究开发。中国科学院研究所的国家863高技术基金研究课题分布式能源系统微电网技术研究和天津大学国家973项目分布式发电功能系统相关基础研究[10]等都取得了好的成果。第二章太阳能、风能互

5、补的微电网系统结构2.1引言目前可再生新能源主要指太阳能、风能、海洋能、地热能及其它生物能。这些能源的基本特点：分布式、能量分布及收集受地理位置和环境影响明显，曰发电量受季节气候、当日天气影响以及能量转换装置位置影响。因此，再生能源电力的开发、控制与传输利用都和传统电力系统有明显不同。传统电力系统由大电厂集中发电，而后升高电压、远跑离输送。系统内电源容量大，有长期运行实践和调度经验；系统负荷相对稳定，除特殊情况外供、配电一致性较好。然而，正如《中国的能源政策（2012)》白皮书指出我国经济的快速发展必须以足够的能源供给为

6、基础，勘探和高效开发利用可再生能源迫在眉睫。所以，首先要考虑的问题，是在尽可能对环境有好的开发条件下，提高新能源的有效开发，并提高能量转化效率；研究提高分布式能源的供配电可靠性，如各类分布电源间的有效互补以及分布式发电单元所发富裕电量存储，并入大电网可靠切换、提髙经济效益等问题。本章首先介绍了太阳能、风能电源的基本工作原理；而后依据其明显的互补优势设计了太阳能、风能和储能一体的微电网的主接线结构图；剖析了主要环节的工作原理，给出了有特色的最大效率转换太阳能装置。..2.2太阳能、风能功率互补研讨太阳能有其它能源不具有的众

7、多优势，据测算太阳每年给地球的能量约为100亿亿KW.h，，总量巨大，真可以说是取之不尽、用之不竭的大能源。但调査资料表明：我国太阳能资源分布并不均匀，如图2-1和表2-1所示。由此可见太阳能资源分布是受气候和地理条件影响的[37]，设计架构好电网，利用好太阳能还有很多事情要做。现实制约因素不少，能量转换技术和转换装置创新设计降低成本等都有待探索。目前将光能转换成电能主要用半导体太阳能电池，产生电能的多少和其自身品质有关外还和阳光照度、照射角度有关。由于转换光能所用的太阳能光伏发电电池生产成本较高]8?25元/W。因此提

8、高光能转换效率，减低发电系统成本有着现实意义。针对2.2.1节所说传统太阳能电池板固定角度方式布置光能利用率差。依据光电转换特点，若能使电池板对太阳光始终保持垂直，光电转换效率将最大。众所周知，太阳每天东升西落，光线射角每时每刻在变。东升、西落周率看似不变，每天、每月、一年四季的日照时间及太阳南、北移动位置是有明显改