新能源发电技术 课件 于立军 第3、4章 风力发电、太阳能发电

3.1风资源与风能利用基础目录Contents风的形成风的常见形式风向

风速风能风电厂选址原则3.1.13.1.23.1.33.1.43.1.53.1.6目录Contents风的形成风的常见形式风向

风速风能风电厂选址原则3.1.13.1.23.1.33.1.43.1.53.1.63.1.1风的形成

由于地球上不同高度处大气层压力分布不均以及地球自转的影响，空气处于永不停息的运动状态，空气的流动即形成了风。3.1.1风的形成

大气环流是地球大气层内气流沿着稳定的路径进行不同规模运动的总称。A.太阳辐射强度的差异空气受热膨胀上升单圈环流空气受冷压缩下降3.1.1风的形成B.地球自转的影响热带-赤道信风圈中纬盛行西风圈极地东风圈目录Contents风的形成风的常见形式风向

风速风能风电厂选址原则3.1.13.1.23.1.33.1.43.1.53.1.63.1.1风的形成C.海陆间热力性质的差异D.地表地形起伏

夏季，由于海陆热容量不同，陆地升温快，陆地相对低压，海洋相对高压，地表空气从海洋流向陆地。冬季则相反。夏季青藏高原

青藏高原相对于四周自由大气来说，夏季时高原面是热源，冬季时是冷源，这种热力效应对南亚和东亚季风环流的形成、发展和维持有重要影响。3.1.2风的常见形式

由于海陆热容量差异，在大陆和海洋之间形成的大范围的、风向以及气压分布随季节有规律变化的风，称为季风。季风3.1.2风的常见形式（热带地区）白天（海风）夜晚（陆风）风速4-7m/s1-3m/s水平伸展50-100km20-30km向上伸展1-2km200-300m白天吹海风，夜晚吹陆风，一般情况下海风更强盛。在温度日变化明显和昼夜温差比较大的地区，海陆风表现得更为强盛。B.海陆风3.1.2风的常见形式山坡和山谷接受的热辐射量差异导致山坡和山谷间形成温差，从而形成山谷风。山谷越深，温差越大，山谷风越强盛。C.山谷风目录Contents风的形成风的常见形式风向

风速风能风电厂选址原则3.1.13.1.23.1.33.1.43.1.53.1.63.1.3风向气象台观测：45°划分用8个方位表示陆地观测：22.5°划分用16个方位表示海面上观测：10°划分用36个方位表示高空中风向：用角度表示，北风（N）是0°，东风（E）是90°风向：风吹来的方向A.表示方法3.1.3风向风向标结构风向标的设计要求：足够的灵敏度（快速反应）一定的稳定性（惯性摆动小）常见的几种风向标：双叶型、菱形、流线型和单叶型B.测量方法3.1.3风向风向频率：

一段观测时间内，风在每一方位出现的次数除以总的观测次数。风向玫瑰图（风频图）C.统计特性目录Contents风的形成风的常见形式风向

风速风能风电厂选址原则3.1.13.1.23.1.33.1.43.1.53.1.63.1.4风速风力等级风的名称风速陆地现象海面状态(m/s)(km/h)0无风0-0.2小于1静，烟直上。平静如镜1软风0.3-1.51-5烟能表示风向，但风向标不能转动。微浪2软风1.6-3.36-11人面感觉有风，树叶有微响，风向标能转动。小浪3微风3.4-5.412-19树叶及微枝摆动不息，旗帜展开。小浪4和风5.5-7.920-28能吹起地面灰尘和纸张，树的小枝微动。轻浪5清劲风8.0-10.729-38有的小树枝摇摆。内陆水面有小波。中浪6强风10.8-13.839-49大树枝摆动，电线呼呼有声，举伞困难。大浪7疾风13.9-17.150-61全树摇动，迎风步行感觉不便。巨浪8大风17.2-20.762-74微枝折毁，人向前行感觉阻力甚大。猛浪9烈风20.8-24.475-88建筑物有损坏（烟囱顶部及屋顶瓦片移动）。狂涛10狂风24.5-28.489-102陆上少见，见时可使树木拔起将建筑物损坏严重。狂涛11暴风28.5-32.6103-117陆上少见，有则必有重大损毁。非凡现象12飓风32.7-36.9118-133陆上少见，其摧毁力极大。非凡现象13-17飓风37.0-61.2134-220陆上少见，其摧毁力极大。非凡现象A.风速与风级

3.1.4风速B.风速的测量a)旋转式风速计

3.1.4风速B.风速的测量b)压差式风速计静压探头总压出气静压出气总压探头毕托管风速计

v为风速，p0、p分别为总压和静压，ρ为空气密度3.1.4风速B.风速的测量c)热线式风速计原理：

利用一根被加热的金属丝置于空气中，散热速率与周围空气的流速有关的特性来测量风速。3.1.4风速C.风速的脉动脉动风速=瞬时风速-平均风速

σ为脉动风速的方差湍流强度：

风速记录3.1.4风速D.风速的统计特性风速频率：一段观测时间内某一风速出现的时间与总刮风时间之比目录Contents风的形成风的常见形式风向

风速风能风电厂选址原则3.1.13.1.23.1.33.1.43.1.53.1.6平均风能密度3.1.5风能A.风能的计算风能密度:气体在单位时间内通过单位横截面积的风能的大小

有效风能密度

3.1.5风能B.风能资源的分布世界风能资源主要集中在沿海地区和开阔大陆的收缩地带。3.1.5风能B.风能资源的分布目录Contents风的形成风的常见形式风向

风速风能风电厂选址原则3.1.13.1.23.1.33.1.43.1.53.1.63.1.6风电厂选址原则选址原则选择风能资源丰富区全年风向稳定避开自然灾害频发地带地势平坦，交通便利，风电上网条件好湍流强度要小根据实地情况选择风机安装方式请简述风的形成过程，并列举风的常见形式。请说明风有哪些主要特征？请给出风能的数学计算式，并解释影响风能大小的最主要因素。思考题与习题谢谢！3.2风力发电机组的构成目录Contents风力机传动系统制动系统、变桨距系统、液压系统

偏航系统发电机控制系统3.2.13.2.23.2.33.2.43.2.53.2.63.2.7支撑设备与安全保护

目录Contents风力机传动系统制动、变桨距系统、液压系统

偏航系统发电机控制系统3.2.13.2.23.2.33.2.43.2.53.2.63.2.7支撑设备与安全保护

风力机的分类风轮转动轴与地面的相对位置垂直轴风力机与水平轴风力机叶片工作原理升力型风力机与阻力型风力机风轮转速定速型与变速型功率调节定桨距与变桨距风力机容量大、中、小、微等型号垂直轴风力机主要由转子、中心塔柱、上下轮毂、上下轴承等组成一般适用于中小型容量机组主要部件为风轮、机舱与塔架水平轴风力机风力机叶片与轮毂风轮叶片：主梁、外壳、填充料空气动力学特性可靠的结构强度合理的叶片刚度和叶尖变形位移结构动力学特性和气动稳定性将风轮所受的力和力矩传递给传动装置对于变桨风力发电机来说，轮毂也是控制叶片桨距的装置目录Contents风力机传动系统制动、变桨距系统、液压系统

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作用：将风轮吸收的能量以机械能的形式传递给发动机主轴支撑风轮并将力矩传递给齿轮箱齿轮箱增大转速联轴器实现轴与轴之间的连接轴承转动与固定部分的连接

传功系统

主轴轴承位于风力机主轴采用调心滚子轴承结构偏航轴承位于机舱底部调节风力机的迎风角度变桨轴承位于轮毂与叶片的连接部位调整叶片的迎风角度

轴承目录Contents风力机传动系统制动、变桨距系统、液压系统

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3.2.3制动、变桨距系统、液压系统制动系统主要由制动器、驱动装置和控制装置组成实现正常情况下的运动制动以及突发故障时的紧急制动变桨距系统调节叶片对气流的攻角，改变风力机的能量转换效率主要包括连续变桨和全顺浆两种工作状态液压系统以液压油为介质实现控制和传动功能提供制动动力，控制变桨距机构，机械制动及偏航驱动液压系统及系统间联接在定桨距风力发电机组中，液压系统可为空气动力制动（叶尖扰流器）和机械制动提供动力，实现开机与停机。在变桨距系风力发电机组中，液压系统主要用于控制变桨距机构，实现功率控制，同时也用于机械制动及偏航驱动利用动力装置将电动机的机械能转换为液压能，在通过液压能将油的压力能转换为机械能，进而实现动力传递与控制功能。刹车，变桨控制偏航控制子系统间联接液压系统变桨距系统制动系统偏航系统液压系统变桨距系统制动系统偏航系统变桨距系统可通过改变叶片桨距在机组需要停机时提供空气动力制动液压系统为制动系统、偏航系统提供动力偏航系统通过改变对风方向，来实现制动目录Contents风力机传动系统制动、变桨距系统、液压系统

偏航系统发电机控制系统3.2.13.2.23.2.33.2.43.2.53.2.63.2.7支撑设备与安全保护

3.2.4偏航系统又称对风装置。当风速矢量的方向变化时，能够快速平稳地对准风向，以便风轮获得最大的风能。与控制系统相互配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态充分利用风能提供必要的锁紧力矩，保证风力发电机组的安全运行3.2.4偏航系统主动偏航采用电力或液压拖动完成对风动作齿轮驱动与滑动被动偏航依靠风力完成风轮对风动作尾舵、舵轮下风向对于并网型风力发电机组来说，通常都采用主动偏航的齿轮驱动形式目录Contents风力机传动系统制动、变桨距系统、液压系统

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3.2.5发电机直流发电机永磁直流发电机励磁直流发电机交流发电机双馈异步发电机直驱型发电机双馈异步发电机双馈异步发电机又称交流励磁异步发电机，是当前使用最广泛的风力发电机双馈异步发电机双馈异步发电机通过转子侧输入交流励磁，利用导线切割磁力线感应出电动势，将机械能转化为电能特点：转子的转速与励磁频率有关，既可以输入电能又可以输出电能，同时具备同步发电机与异步发电机的特性n=n1

同步运行状态，与同步发电机相同n>n1

超同步运行状态，转子向电网输出功率n<n1

亚同步运行状态，电网向转子输入功率目录Contents风力机传动系统制动、变桨距系统、液压系统

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3.2.6控制系统控制系统制动系统液压系统无人值守运行实时监测与反馈远程操控根据风速大小自动进入启动状态或从电网切出当电网故障时，能确保机组安全停机能对电网、风况和机组的运行状态进行检测与记录远程通信，可实现异地遥控操作提高发电效率与发电质量目录Contents风力机传动系统制动、变桨距系统、液压系统

偏航系统发电机控制系统3.2.13.2.23.2.33.2.43.2.53.2.63.2.7支撑设备与安全保护

管状锥形，外形美观，结构可靠3.2.7支撑设备与安全保护塔架桁架式锥筒式用铆钉、螺栓装配钢材杆件机舱与底盘保护齿轮箱、传动系统、发电机等主要设备免受风沙、雨雪的侵害机舱与底盘构成一个封闭的壳体，底盘连接到塔架上，起固定承载作用。同时通过轴承连接着偏航系统，使底盘旋转来实现对风风速变化过电流过电压保护转速变化超速保护振动控制器抗干扰保护风力发电机的安全保护叶片防雷系统叶片内敷设导线，叶片的金属根部连接到轮毂并引至机舱在通过接地线连接至机舱和塔架机舱防雷系统金属机舱本身相当于一个法拉第笼机舱内部件均通过铜导线与塔架连接，将雷电导向地面风力机的主要类型及其基本组成结构。为什么要在风力发电机组中会用到偏航系统？偏航系统的工作原理是什么？请简述风力发电机组的主要组成部分，并说明其工作原理。思考题与习题谢谢！3.3储能电池目录Contents3.3.1电池的基本组成3.3.2储能电池主要性能参数3.3.3几种储能电池3.3.4储能电池在新能源发电系统中的应用3.3储能电池用途：平稳电能输出，减少对电网的影响优点：1、效率高；2、体积小；3、易安装储能电池分布式光伏建筑光伏电站独立光伏微电网风电场目录Contents3.3.1电池的基本组成3.3.2储能电池主要性能参数3.3.3几种储能电池3.3.4储能电池在新能源发电系统中的应用3.3.1电池的基本组成定义：电池是盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能够将化学能转化成为电能的装置。基本组成包括：外壳、电极与极板、隔膜、电解质等。正极负极电解液3.3.1.1

外壳电池槽支撑固定凹槽紧密结合胶粘密封电池盖封顶密封预留空位密封不漏气电解液不外泄耐腐蚀抗冲击保证电池稳定安全的第一道防线：电池外壳的组成：3.3.1.2

电极与极板组成活性物质：发生电化学反应导电骨架：传导电子，支撑活性物质电极材料（很大程度上决定电池性质）正极：金属氧化物，盐类，硫化物负极：铅、锌、锂等金属材料或碳材料极板结构多层极板：增大电极电解液接触面积多孔结构：增大接触面积，留出体积变化空间3.3.1.3隔膜要求对电子绝缘一定的孔隙率和孔径力学性能：不能轻易被刺穿拉断化学稳定性：耐受电解液腐蚀浸润性和吸液保湿性尽可能薄，易于制造，价格便宜常用材料半透膜微孔膜编织物非编织物隔膜的作用：防止由于正负极板靠的太近引起的短路、电池烧毁等问题。例如：锂电池，由于电解液是有机溶剂，因此隔膜为耐有机溶剂的高强度聚烯烃多孔膜3.3.1.4电解质电解质定义：水溶液或熔融状态下可以产生自由离子的物质充满电池内部流动于正负极板之间决定电池性能的优劣实现电池内部的连接参与内部电化学反应功能：强酸，如铅酸电池中的硫酸（H2SO4）强碱大多数盐类，如锂电池中的六氟酸锂（LiPF6）通常选用导电性强的强电解质目录Contents3.3.1电池的基本组成3.3.2

储能电池主要性能参数3.3.3

几种储能电池3.3.4储能电池在新能源发电系统中的应用3.3.2

储能电池主要性能参数性能参数电压容量功率寿命充电效率性能参数决定应用场景主要性能参数包括：3.3.2.1电压电压表示形式开路电压：电池开路状态下电压值,电池的开路电压与电池的设计有关端电压：充电或放电时的电压值,与储能电池的工况有关标称电压：电池放电过程中最稳定的电压值,用于鉴别电池的类型终止电压：电池充放电过程中电压上下限理论容量：根据电化当量和活性物质的量，理论计算得到的电池容量大小用于设计阶段理想状态下获得的最大容量额定容量：根据相关标准的要求，在一定规定条件下进行测试得到能够输出的最低容量用于电池选型实际容量：在实际工况下电池输出的电量，代表电池在实际工况下的储能能力。受到设计、生产、使用等多方面因素影响比容量：容量与质量或体积的比值用于对比电池性能单位：A•h/Kg或A•h/L3.3.2.2容量定义：指电池在一定条件下能够容纳或释放的电量，单位：A•h或mA•h。3.3.2.2容量补充说明：关于额定容量的测量方法在IEC标准规定下，镍镉/镍氢电池的额定容量是在20±5℃下，以0.1C电流充电16小时后，以0.2C电流放电至电压1.0V所放出的电量。充放电倍率：规定时间内放出其额定容量所输出的电流值,以数字后加C表示。例如，额定容量为100mAh的电池经5小时放电完毕，则放电倍率为1/5=0.2C，放电电流为100*0.2=20mAIEC：InternationalElectrotechnicalCommission，国际电工委员会制定有关电气、电子和相关技术的国际标准和合格评定3.3.2.3功率定义：在一定的放电条件下，单位时间输出的能量，称为电池的输出功率，单位用瓦（W）或千瓦（kW）来表示。计算公式：其中：P：实际功率（W）；U：端电压（V）；I：放电电流（A）随放电电流增加输出功率有先升后降的趋势质量比功率/体积比功率：单位质量或体积下储能电池的放电能力单位：W/Kg或W/L功率和容量的区别：容量：决定电池能储存多少电能功率：决定电池能带动多大负载

3.3.2.4寿命标准循环寿命电池容量衰减到某一规定值循环次数不同电池对应不同的测试标准工况循环寿命功率较大、工作负载变化较大的储能系统按照工况图谱测试日历寿命被大众广泛认知的电池“寿命”从生产日期到寿命终止经历的时间3.3.2.5充电效率定义：在规定条件下，放电期间对外输出的电量与通过充电恢复到初始状态所需电量之比称为储能电池的充电效率。电量以安·时或瓦·时为单位计量，所以也常常被称为“安时效率”或“瓦时效率”。直观反应了储能电池的能量转换效率。

目录Contents3.3.1电池的基本组成3.3.2

储能电池主要性能参数3.3.3

几种储能电池3.3.4储能电池在新能源发电系统中的应用3.3.3几种储能电池各电池的特性与性能参数不同，目前技术比较成熟、应用较为广泛的储能电池包括铅酸蓄电池、锂离子电池、全钒液流电池、钠硫蓄电池等。3.3.3.1铅酸电池人们最早使用的储能电池技术之一目前最成熟的储能电池技术正极主要成分为二氧化铅（PbO2）负极成分为海绵状金属铅（Pb）优点：单体容量大、成本低、易控制、安全可靠、技术成熟度高、市场应用广泛缺点：比能量较低、循环寿命短、易产生环境污染铅酸电池仍大量用在电瓶车上

铅蓄电池反应方程式3.3.3.2

锂离子电池

圆形、方形、扣式锂离子电池优点·能量密度大·工作电压高·清洁缺点·价格高·内阻大·需要保护电路·稳定性差

锂离子电池反应方程式3.3.3.3全钒液流电池将具有与不同价态的钒离子溶液作为正极和负极的活性物质，分别储存在各自的电解液储罐中正极活性电对是VO2+/VO2+，负极活性电对是V2+/V3+避免了正负半电池间不同种类活性物质相互渗透产生的交叉感染全钒液流电池反应方程式

3.3.3.3全钒液流电池

对工作温度要求严格，比容量较低，价格过高需要配置循环泵，降低了实际效率使用同种元素的电池系统，避免交叉感染功率和容量的调整在结构上独立，易于模块化组合钒离子电解液可以回收重复使用和再生利用3.3.3.4钠硫电池一般电池由固体电极和液体电解液组成，但是与一般电池不同，钠硫电池由熔融的液态电极和固体电解质组成。负极：熔融金属钠

正极：硫和多硫化钠熔盐钠硫电池外壳能量密度高寿命长充放电效率高工作温度高安全性问题钠硫电池反应方程式

目录Contents3.3.1电池的基本组成3.3.2

储能电池主要性能参数3.3.3

几种储能电池3.3.4储能电池在新能源发电系统中的应用3.3.4储能电池的应用实例新能源发电特点波动性随机性储能电池的作用平滑功率波动、满足并网要求减少弃风弃光绿提高稳定性和可调控性改进方向大型化动态响应安全易维护成本低效率高3.3.4储能电池的应用实例名称地点发电量储能电池应用Tehachapi风电场美国加州约为8亿kWh锂离子电池储能系统全美国最大的电池储能系统国家风光储输示范工程河北省张北县500MW风电场100MW光伏发电站70MW储能电站功率14MW、容量63MWh铁锂电池功率2MW、容量8MWh全钒液流电池功率2MW、容量8MWh的钠硫电池储能装置能量型：高能量输入与输出功率型：瞬间高功率的输入与输出3.3.4储能电池的应用实例6种组态运行模式风电系统光伏系统风电、光伏联合风电、储能联合光伏、储能联合风电、光伏、储能联合提高可控性降低弃风弃光率提升系统可靠性参与系统调频国家风光储输示范工程：从结构上来说，储能电池一般有哪些主要的组成部分？在储能电池选型过程中，需要注意哪些主要性能参数？储能电池的开路电压、端电压、标称电压和终止电压有什么区别？请列举3-4个可以用于新能源发电系统中储能系统的电池技术，并比较他们各自的优劣。思考题与习题谢谢！3.4智能电网目录Contents智能电网概述智能电网应用展望3.4.1智能电网基础技术3.4.23.4.3目录Contents智能电网概述智能电网应用展望3.4.1智能电网基础技术3.4.23.4.3

电网是电力网络的简称，一般是指通过输电线路和配电线路，将电力供应与电力用户连接起来，通过一个或多个控制中心运行的同步电力系统。电网定义供应用户输电配电控制中心3.4.1.1电网的发展和挑战第一座发电厂建成并开始供电1882年

1954年我国自行设计、施工的220kV高压输电线路建成第一条330kV超高压输电线路建成1972年1981年第一条500kV超高压输电线路投入运行1000kV特高压交流输电线路投运2009年到2016年底全国装机容量超过16亿kW，居世界第一孤立电网逐步发展成为规模较大的互联电网传统电网的问题获取的数据有限

阻碍了需求侧的管理，无法发挥负载在电网调度中的作用。一般只能记录使用了多少电量，无法按时间区分使用情况、电压、功率等参数。供应方和终端用户之间的通讯限制3.4.1.2智能电网的概念

不同国家或地区的科研机构，结合自身国家电网的特点，从不同角度阐述了智能电网的内涵。Loremipsumdolorsitamet,consecteturadipisicingelit

美国电力科学研究院协调、有效和可靠地自动化输电和配电。具有自愈功能，快速响应需求。具有智能化的通信架构，信息流实时、安全和灵活。美国《电网2030规划》完全自动化监视和控制每个节点实现信息和电能的双向流动美国欧洲

高效整合用户行为与行动运营经济、高效、可持续供电安全、低损耗、高质量欧洲智能电网工作小组

欧洲电力工业联盟智能整合用户行为和活动供电经济、安全、可持续灵活性较高

中国基础：坚强网架支撑：通信信息平台手段：智能控制功能：实现“电力流、信息流、业务流”的高度一体化融合特点：坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开发、友好互动可观测采用先进的传感与量测技术，可以实现对电网的准确感知可控制可以对观测的对象进行有效控制实时分析和决策可以实现从数据、信息到智能化决策的提升自适应和自愈可以实现自动优化调整和故障自我恢复。智能电网之“智能”1233.4.1.3智能电网研究现状拨款、贷款刺激强调电动汽车的重要战略地位电动汽车及充电设施、电池等相关技术需求侧响应智能电网标准研究与制定储能技术的研发发布需求响应行动计划，成立了国家行动计划联盟

建立美国新能源创新中心，研究先进的储能及电池技术，发展社区能源存储成立了“P2030”工作组，提出通用接口标准，规定各项参数美国智能电网研究现状1欧盟委员会协调推动欧盟委员会从多方面来推动智能电网的部署。2推动可再生能源接入2030年气候与能源政策目标要求可再生能源在欧盟能源结构中所占比例不低于27%3重视用户参与重视物联网技术的发展，鼓励推进用户端设备尤其是智能电表的安装欧洲智能电网研究现状日本：1）强调能源系统从集中控制转变为分布式控制，大力发展可再生能源；2）要求提高电网抵御灾害的能力，利用信息技术和储能技术维持区域供电平衡；3）鼓励通过建设“智能社区”发展新的产业模式；积极促进电动汽车的普及，推动电动汽车快速充电网络建设韩国分三个阶段完成智能电网建设：第一阶段，完成智能电网示范建设；第二阶段，在韩国七大城市推进智能电网建设，2015年前完成智能电表在全国的普及应用，2017年前完成七大城市电动汽车充电站建设；第三阶段，全面完成智能电网的建设，实现整体电网智能化发展目标。开展坚强智能电网发展规划工作，制定技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制一方面，智能电网的各类试点继续全面铺开，另一方面智能电网的各项标准也密集出台我国将初步建成安全可靠、开放兼容、双向互动、高效经济、清洁环保的智能电网体系智能电网研究现状2009年-2010年规划试点阶段2011年-2015年全面建设阶段2016年-2020年引领提升阶段中国目录Contents智能电网概述智能电网应用展望3.4.1智能电网基础技术3.4.23.4.3传感器

传感器是能感知被测量并按照一定的规律转换成可用信号的装置。传感器通常由敏感元件、转换元件和辅助电路组成，其中敏感元件能够捕获被测量的变化并响应，转换元件用于将响应转化成可用信号。同步测量技术同步相量测量技术依靠卫星导航系统提供高精度同步时钟信号，主要是使用全球定位系统（GlobalPositioningSystem，GPS）。广域测量技术是在同步相量测量技术基础上发展起来的，可以实现对地域广阔的电力系统进行动态监测和分析。3.4.2.2传感与量测技术3.4.2.2电力电子技术（1）功率器件串并联技术获得更大的额定电流

更换容量更大的器件通过器件串并联

单个功率器件的容量不满足要求串联提高半导体开关的阻断电压并联（2）冷却散热技术冷却介质的选择散热器的结构设计散热设计体积辅助设备的能耗可靠性重量电气绝缘性化学稳定性对材料的腐蚀性对环境的影响如果缺少合适的散热措施，就可能使半导体结温超过允许范围，导致器件损坏。（3）多重化技术作用：能成倍提高FACTS装置总容量方法：2、4或者8个三相桥逆变器或者三单相桥逆变器组合考虑的因素：交流侧变压器的连接方式、不同逆变器间的移相角度、谐波特性、动态响应3.4.2.3数据通信技术组成部分实际设备信号源变压器变流器发射台远程终端设备（RTU）通信频道以太网（LAN）收发器网络接口卡目的地址图形显示工作站智能电子设备（IED）保护与控制

任何电力系统都需要依托大量有效连接的通信设备开展协调控制。下表给出了一般情况下电力通信系统中的实际设备。数据通信技术

电力系统通信基础设施一般是由数据采集与监视控制系统（SCADA系统）和广域网（WAN）组成。SCADA系统连接了电力系统所有的主要运行设备，WAN控制企业和市场运行之间的通信。配电变电站与设有家庭局域网络（HAN）的用户之间建立双向的通信，并通过邻域网（NAN）覆盖整个区域。3.4.2.4信息安全技术相比传统的电力系统，在智能电网中确保信息的安全变得更加复杂，因为在智能电网中，电网系统要与其他信息网络深度集成。对电力系统操作信息的非授权访问是电力系统信息安全面临的重要威胁。私密性只有消息发送者和消息接受者可以理解消息内容。完整性确保信息不会被篡改或在信息篡改后能后迅速发现并解决问题消息认证消息接受者可以确认发送者身份不可否认性该发送者不能否认自己发送消息的行为和消息内容信息安全技术3.4.2.5控制决策技术提高电力系统安全性的控制有两类：系统稳定运行时安全裕度不够，防止出现紧急状态考虑经济运行目标约束。调整发电机出力、负荷功率来实现系统已出现紧急状态，防止事故扩大根据系统的安全稳定性分析结果，生成紧急控制决策表低频减载、低压减载、高频切机、振荡解列、过载连切（1）预防控制决策技术

（2）紧急控制决策技术目录Contents智能电网概述智能电网应用展望3.4.1智能电网基础技术3.4.23.4.33.4.3.1智能电网试点工程（1）风光储输联合示范工程

并网型新能源功率输出间歇、波动（以风电和太阳能发电为代表）

通过常规电源的调节和储能系统来平衡。另一方面还可以根据风、光输出功率预测，控制电站出力，将其纳入系统自动电压控制和自动发电控制中。

通过风光储输联合示范工程来研究风光储功率容量的配比一方面可以实现对风光储电站多种组态运行方式下输出功率的平滑组态运行方式手段控制核心（1）风光储输联合示范工程风电单独、光伏单独风电+储能、光伏+储能风电+光伏+储能联合智能指挥调度系统根据电网负荷预测、风功率预测和光照预测，通过调节风、光、储三者的功率（1）风光储输联合示范工程

风光储输联合示范工程总装机容量为600MW，配套储能装置容量为110MW。第一期建设100MW风电，50MW光伏发电和20MW储能装置。取得的成就：（2）智能变电站试点工程手段：研发攻关一次设备智能化、高级应用等关键技术目的：提高一次设备智能化水平，优化系统结构设计提高变电站运行的安全性和稳定性12345全站信息数字化信息共享标准化标准制定统一化通信平台网络化高级应用互动化预期目标（2）智能变电站试点工程

2010年，我国启动了第一批智能变电站试点工程，共74个，包括新建46个和改造28个。第一批智能变电站试点工程共安排7个试点站。新建智能变电站4座，变电站智能化改造3座。取得的成就：

第二批智能变电站试点工程共安排67个试点站。按照每个试点单位“2（新建）+1（改造）”为上限，考虑技术和管理基础不同，新建智能变电站42座，变电站智能化改造25座。3.4.3.2智能电网应用展望01020304新能源发电控制及接入电网关键技术大电网监控和输配电智能化的关键技术电网安全与智能调度技术智能配电与用电关键技术

电网不仅仅是电能输送的载体和能源优化配置的平台，更有可能成为“第四次科技革命”的重要标志和引擎。通过能源互联网电网将能源流和信息流全面集成与融合，进而成为影响现代社会高效运转的“中枢系统”。请说明智能电网技术的开发背景，并概括说明其基本特征。请阐述智能电网中包括哪些基础技术？在智能电网的通信过程中，用户有哪些信息安全需求？为了实现智能电网的进一步发展还存在哪些需要攻克的关键技术？思考题与习题谢谢！4.1太阳能的利用基础与利用方式目录Contents4.1.1太阳的概况4.1.2日地天文关系4.1.3太阳辐射在地球大气层中的衰减4.1.4地球表面太阳辐射强度的计算4.1.5太阳能资源分布及利用途径目录Contents4.1.1太阳的概况4.1.2日地天文关系4.1.3太阳辐射在地球大气层中的衰减4.1.44.1.5太阳能资源分布及利用途径地球表面太阳辐射强度的计算太阳的主要成分是氢和氦，其中氢约占78.4%，氮约占19.8%，其他元素只占1.8%。太阳99%的能量是由中心核反应区的热核反应产生的。太阳自内向外可分为光球层、色球层和日冕三个层次。4.1.1太阳概况-太阳的结构名称名称红外辐射X射线微波紫外线无线电波可见光长电振荡表4-1电磁波谱各部划分

4.1.1太阳概况-太阳光谱表4-1电磁波谱各部划分4.1.1太阳概况-太阳光谱表4-1电磁波谱各部划分

4.1.1太阳概况-太阳辐射功率表4-1电磁波谱各部划分

4.1.1太阳概况-太阳辐射功率目录Contents4.1.1太阳的概况4.1.2日地天文关系4.1.3太阳辐射在地球大气层中的衰减4.1.4地球表面太阳辐射强度的计算4.1.5太阳能资源分布及利用途径地平圈；天顶和天底；周日运动；天球北极和天球南极；天轴；天球赤道；子午圈。（以观察者为圆心O）4.1.2日地天文关系-天球坐标系

4.1.2日地天文关系-赤道坐标系4.1.2日地天文关系-赤道坐标系赤纬角(𝜹)：与赤道平面平行的平面与地球的交线称为地球的纬度。通常将太阳直射点的纬度，即太阳中心和地心的连线与赤道平面的夹角称为赤纬角，常以𝛿表示。

4.1.2日地天文关系-地平坐标系4.1.2日地天文关系-地平坐标系

4.1.2日地天文关系-地平坐标系

4.1.2日地天文关系-日地距离目录Contents4.1.1太阳的概况4.1.2日地天文关系4.1.3太阳辐射在地球大气层中的衰减4.1.4地球表面太阳辐射强度的计算4.1.5太阳能资源分布及利用途径

4.1.3太阳辐射在地球大气层中的衰减-太阳常数大气质量：无量纲量，太阳光线透过地球大气层的实际行程长度与太阳光线在天顶角方向垂直透过地球大气层的行程之比。如写作AM1.5。大气质量越大，说明光线经过大气的路程越长，产生的衰减越多，到达地面的能量就越少。4.1.3太阳辐射在地球大气层中的衰减-大气质量

4.1.3太阳辐射在地球大气层中的衰减-大气质量

4.1.3太阳辐射在地球大气层中的衰减-大气透明度目录Contents4.1.1太阳的概况4.1.2日地天文关系4.1.3太阳辐射在地球大气层中的衰减4.1.4地球表面太阳辐射强度的计算4.1.5太阳能资源分布及利用途径

4.1.4地球表面太阳辐射强度的计算-水平面

4.1.4地球表面太阳辐射强度的计算-水平面

4.1.4地球表面太阳辐射强度的计算-倾斜面

4.1.4地球表面太阳辐射强度的计算-倾斜面不同地面的反射率地面类型反射率地面类型反射率地面类型反射率干燥黑土0.14森林市区湿黑土0.08干沙地0.18岩石干灰色地面湿沙地0.09麦地湿灰色地面新雪0.81黄沙0.35干草地残雪高禾植物区湿草地水田0.23海水水面对不同入射角的太阳直射辐射的反射率0102030405060708090反射率0.020.020.0210.0210.0250.0340.060.1340.3481

4.1.4地球表面太阳辐射强度的计算-倾斜面

4.1.4地球表面太阳辐射强度的计算-倾斜面目录Contents4.1.1太阳的概况4.1.2日地天文关系4.1.3太阳辐射在地球大气层中的衰减4.1.4地球表面太阳辐射强度的计算4.1.5太阳能资源分布及利用途径

4.1.5太阳能资源分布及利用途径-太阳能分布1.光热转换将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能并加以利用。主要有平板型集热器、真空管型集热器和聚焦型集热器3种。低温光热转换（小于200℃）主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等；中温光热转换（200-800℃）的主要设备有槽式光热系统、太阳灶和太阳炉等；高温光热转换（大于800℃）的主要设备有聚焦型集热器。4.1.5太阳能资源分布及利用途径-利用途径2.太阳能发电主要有两种技术手段：太阳能热发电及太阳能光伏发电技术。太阳能热发电技术是通过利用中高温集热器将太阳辐射能转换成热能，然后通过热力循环过程进行发电；太阳能光伏发电技术是通过光电器件利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能。4.1.5太阳能资源分布及利用途径-利用途径

4.1.5太阳能资源分布及利用途径-利用途径太阳能的主要特点是什么？有哪些主要的利用方式，请指出其应用领域。短波辐射与长波辐射的概念？什么是选择性吸收材料，举例说明其应用。什么是太阳常数和大气质量？为什么要引入太阳常数和大气质量等概念？习题与思考题谢谢！4.2太阳能集热器目录Contents4.2.1太阳能集热器概述4.2.2平板型太阳能集热器4.2.3真空管型太阳能集热器4.2.4聚焦型太阳能集热器目录Contents4.2.1太阳能集热器概述4.2.2平板型太阳能集热器4.2.3真空管型太阳能集热器4.2.4聚焦型太阳能集热器4.2.1太阳能集热器概述平板型产水量大，但热效率较低，只适合一般民用真空管型热效率比较高，但无法满足工业领域的中高温热用户聚焦型可将工质加热到很高的温度，能够适合中高温热用户目录Contents4.2.1太阳能集热器概述4.2.2平板型太阳能集热器4.2.3真空管型太阳能集热器4.2.4聚焦型太阳能集热器由透明盖板、保温材料、吸热板组成工质温度低于80℃，用于生活热水、采暖4.2.2平板型太阳能集热器-总体结构1-吸热板；2-透明盖板；3-隔热层；4-外壳管板式、翼管式、扁盒式、蛇管式等4.2.2平板型太阳能集热器-吸热板遮风挡雨减小对流热损失布置层数结合热损失和对太阳光减弱综合考虑4.2.2平板型太阳能集热器-透明盖板热导率低、绝热性好工作温度、使用地区的气候条件等因素来确定材料的导热系数越大、集热器的工作温度越高、使用地区的气温越低，则隔热层就越厚一般厚度30-50mm4.2.2平板型太阳能集热器-隔热层1-吸热板；2-透明盖板；3-隔热层；4-外壳一定的强度、刚度美观耐腐蚀性、成本、密封性4.2.2平板型太阳能集热器-外壳目录Contents4.2.1太阳能集热器概述4.2.2平板型太阳能集热器4.2.3真空管型太阳能集热器4.2.4聚焦型太阳能集热器将平板太阳能集热器吸热板和盖板间抽真空与联集管（或称为联箱）、尾托架一起组成一台真空管型太阳能集热器4.2.3真空管型太阳能集热器-总体结构4.2.3真空管型太阳能集热器-原理1-玻璃外管2-玻璃内管3-选择性吸收涂层4-真空5-弹簧支架6-消气剂7-保护帽目录Contents4.2.1太阳能集热器概述4.2.2平板型太阳能集热器4.2.3真空管型太阳能集热器4.2.4聚焦型太阳能集热器4.2.4聚焦型太阳能集热器-原理菲涅尔式集热器槽式太阳能集热器塔式太阳能集热器碟式太阳能集热器4.2.4聚焦型太阳能集热器-聚光比衡量其聚光程度的特征参数是聚光比，表示聚光器和接收器的有效面积比值L：有效长度，a：聚光器有效宽度，d：接收器直径聚光器的有效面积为：接收器的有效面积：聚光比：4.2.4聚焦型太阳能集热器-工质温度计算热平衡：接收器吸收热量和对外散发热量相等（假定工质不流动）Ac、Ar：聚光器、接收器有效面积I：辐射通量

：聚光器反射率

、

：接收器吸收率、发射率

：波尔茨曼常数c=1000,T=1932K;c=3000,T=2540K实际因为工质流动达不到太阳能集热器有哪几种常见类型？各自有什么样的特点？简述平板型集热器与真空管型集热器的区别。为什么聚焦型集热器可以将工质加热到很高的温度？习题与思考题谢谢！4.3太阳能光热发电技术目录Contents4.3.1槽式光热发电系统4.3.2塔式光热发电系统4.3.3碟式光热发电系统4.3.4线性菲涅尔发电系统4.3.5太阳能储热技术目录Contents4.3.1槽式光热发电系统4.3.2塔式光热发电系统4.3.3碟式光热发电系统4.3.4线性菲涅尔发电系统4.3.5太阳能储热技术4.3.1槽式光热发电系统-系统组成槽式集热器储热罐热交换器汽轮机发电机4.3.1槽式光热发电系统-槽式聚光集热器集热管槽式反射镜支撑架光学跟踪系统目录Contents4.3.1槽式光热发电系统4.3.2塔式光热发电系统4.3.3碟式光热发电系统4.3.4线性菲涅尔发电系统4.3.5太阳能储热技术4.3.2塔式光热发电系统-系统组成聚光镜吸热塔储热罐蒸汽发生器汽轮发电机组4.3.2塔式光热发电系统-聚光系统汇聚太阳能至吸收器跟踪太阳位置阵列排列的平面镜占地面积大4.3.2塔式光热发电系统-熔盐系统熔盐——硝酸钠、硝酸钾混合物被加热至500℃-600℃左右，换热后温度降至250℃-300℃左右熔盐混合物的凝固点在220℃左右目录Contents4.3.1槽式光热发电系统4.3.2塔式光热发电系统4.3.3碟式光热发电系统4.3.4线性菲涅尔发电系统4.3.5太阳能储热技术4.3.3碟式光热发电系统-系统组成抛物面反射镜接收器斯特林机发电机4.3.3碟式光热发电系统-聚光镜多个小镜片组成高聚光比（可达3000）高集热温度（约1000℃）4.3.3碟式光热发电系统-斯特林机活塞式外燃机原理：热胀冷缩工作气体：氢气、氦气等目录Contents4.3.1槽式光热发电系统4.3.2塔式光热发电系统4.3.3碟式光热发电系统4.3.4线性菲涅尔发电系统4.3.5太阳能储热技术4.3.4线性菲涅尔发电系统-聚光镜和反射镜将抛物面镜离散化可处在同一平面二次反射镜再汇聚发电系统优势劣势槽式系统已经大规模商用，跟踪系统结构简单；占地面积比塔式系统小。工作温度较低，太阳能热电转换效率低。塔式系统聚光比高，容易达到更高的工作温度；太阳能热电转换效率高；对于地面的平整度要求不高，可在山坡上建设。每镜面需单独的跟踪系统以调整镜面角度；吸热塔建设成本较高；正处在示范工程阶段。碟式系统可单台运行，也可多套并联使用；可获得高工作温度；太阳能热电转换效率高。斯特林发动机重量大，需高强度支架结构；可靠性尚需加强，生产成本较高。线式菲涅尔系统聚光性较好，合理利用空间。目前只是示范工程。目录Contents4.3.1槽式光热发电系统4.3.2塔式光热发电系统4.3.3碟式光热发电系统4.3.4线性菲涅尔发电系统4.3.5太阳能储热技术4.3.6太阳能储热技术-显热储存物质在不发生气固液相变的情况下，由于温度升高或降低所吸收或释放的热量叫做显热我们把利用物质的显热来储存热量的方式，称为显热储存假设物性不变积分4.3.6太阳能储热技术-显热储存材料选择时需考虑储热材料工作温度范围、比热等因素液体显热储存——以水为主固体显热储存——使用熔沸点高材料、不易反应腐蚀4.3.6太阳能储热技术-潜热储存物质发生固-液或液-气等相变时所吸收或放出的热量称为相变潜热，把利用物质的相变潜热来进行储热的方式称为潜热储存，也称为相变储热。Q：储存热量m：工质质量λ：相变潜热4.3.6太阳能储热技术-化学储热利用可逆化学反应进行储热例如：澳大利亚国立大学提出一种储存太阳能的方式叫做“氨闭合回路热化学过程”，在这个过程里，氨吸收太阳能分解成氢气和氮气，储存太阳能，然后在一定条件下进行放热反应，重新生成氨。可逆反应平衡温度：温度高于平衡温度，进行吸热反应；低于平衡温度，进行放热反应。化学储热具有储能密度高，可长期储存等优点。用于化学储热的材料必须满足反应可逆性好、反应热大以及价格适中等条件。光热发电的基本原理是什么？光热发电系统一般由那几部分组成？简述塔式光热发电系统的组成结构和工作原理。有哪几种主要的太阳能储热方式？各种方式储热原理是什么？习题与思考题谢谢！4.4太阳能光伏发电技术目录Contents4.4.1太阳能电池4.4.2太阳能电池的光电转换特性4.4.3太阳能电池的工作特性

4.4.4几种典型的太阳能电池4.4.5太阳能光伏发电系统目录Contents4.4.1太阳能电池4.4.2太阳能电池的光电转换特性4.4.3太阳能电池的工作特性

4.4.4几种典型的太阳能电池4.4.5太阳能光伏发电系统1839年——发现光电效应1883年——第一个光伏器件1974年——第一个具有实用价值的单晶硅太阳能电池，效率6%1985年——能量转化效率第一次超过20%1990年——太阳能电池与建筑物结合，BIPV4.4.1太阳能电池目录Contents4.4.1太阳能电池4.4.2太阳能电池的光电转换特性4.4.3太阳能电池的工作特性

4.4.4几种典型的太阳能电池4.4.5太阳能光伏发电系统4.4.2.1

P型半导体和N型半导体-能带理论单个原子中的电子在绕核运动时，在各个轨道上的电子都各自具有特定的能量越靠近核的轨道，电子能量越低根据能量最小原理电子总是优先占有最低能级价电子所占据的能带称为价带价带的上面有一个禁带，禁带中不存在为电子所占据的能级禁带之上则为