小型水風光互補系統(tǒng)設計全解

畢業(yè)設計（論文）題目小型水風光互補系統(tǒng)設計學生姓名學號專業(yè)班級指導教師評閱教師完畢日期:10月22日畢業(yè)設計（論文）開題報告題目：小型水風光互補系統(tǒng)設計學生姓名：專業(yè)：電力系統(tǒng)及自動化指導老師：課題來源煤、石油、天然氣等不可再生能源的使用量在世界各國不停上升，能源危機將成為人類最重要，最大的危機，發(fā)展可再生能源越來越成為世界各國的主攻研發(fā)方向和競爭目的，誰能領先，誰就會成為將來新貴，新霸主。電力作為重要的二次清潔能源，它的生產(chǎn)將重要依靠可再生能源，從而如何運用可再生能源發(fā)電將是一種重大課題。二、研究目的及意義1、運用水能、風能、太陽能的互補性，能夠獲得比較穩(wěn)定的輸出，系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性和可靠性;2、在確保同樣供電的狀況下，可大大減少儲能蓄電池的容量;3、通過合理地設計與匹配，能夠基本上由水風光互補發(fā)電系統(tǒng)供電，極少或基本不用啟動備用電源如柴油機發(fā)電機組等，可獲得較好的社會效益和經(jīng)濟效益。三、研究的內容、途徑及技術線路水風光互補發(fā)電系統(tǒng)重要由水力發(fā)電機組、風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、交流直流負載等部分構成，系統(tǒng)構造圖見附圖。該系統(tǒng)是集水能、風能、太陽能及蓄電池等多個能源發(fā)電技術及系統(tǒng)智能控制技術為一體的復合可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。1、水力發(fā)電部分是運用水能機將水能轉換為機械能，通過水力發(fā)電機將機械能轉換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，通過逆變器對負載供電;2、風力發(fā)電部分是運用風力機將風能轉換為機械能，通過風力發(fā)電機將機械能轉換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，通過逆變器對負載供電;3、光伏發(fā)電部分運用太陽能電池板的光伏效應將光能轉換為電能，然后對蓄電池充電，通過逆變器將直流電轉換為交流電對負載進行供電;4、逆變系統(tǒng)由幾臺逆變器構成，把蓄電池中的直流電變成原則的220v交流電，確保交流電負載設備的正常使用。同時還含有自動穩(wěn)壓功效，可改善風光互補發(fā)電系統(tǒng)的供電質量;5、控制部分根據(jù)日照強度、風力大小及負載的變化，不停對蓄電池組的工作狀態(tài)進行切換和調節(jié):首先把調節(jié)后的電能直接送往直流或交流負載。另首先把多出的電能送往蓄電池組存儲。發(fā)電量不能滿足負載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負載，確保了整個系統(tǒng)工作的持續(xù)性和穩(wěn)定性;6、蓄電池部分由多塊蓄電池構成，在系統(tǒng)中同時起到能量調節(jié)和平衡負載兩大作用。它將風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉化為化學能儲存起來，以備供電局限性時使用。四、發(fā)展趨勢中國擁有世界上最多的人口，近年來經(jīng)濟快速增加。但中國現(xiàn)在的能源構造重要依賴燃煤發(fā)電，從而對環(huán)境產(chǎn)生了許多負面影響，特別是對空氣和水資源的污染。國際能源機構（IEA）曾預測從到2030年中國新增加的溫室氣體排放（42%）將和世界上其它國家排放總量（不涉及印度，44%）相稱。中國會取代美國成為世界上最大的溫室氣體排放國。發(fā)展可再生能源技術是減少溫室氣體排放和改善環(huán)境的有效方法之一。可再生能源發(fā)電技術的應用，既涉及大型的發(fā)電廠，如我國已經(jīng)大規(guī)模發(fā)展的并網(wǎng)風力發(fā)電場、正在發(fā)展的太陽能并網(wǎng)發(fā)電場、也涉及獨立運作的用于西部無電地區(qū)電力建設的集中供電系統(tǒng)（村落電站）和戶用系統(tǒng)。數(shù)年來，在我國各級政府的努力下，我國的無電人口已經(jīng)從的5%左右減少到局限性1%，獲得了舉世矚目的成就。但是，不容無視的是，這些尚未解決用電問題的人口重要分布在西北地區(qū)和孤島，經(jīng)濟欠發(fā)達，交通不便利，生產(chǎn)性負載小，延伸電網(wǎng)的經(jīng)濟性非常差，甚至不可能。另外，我國尚有大量的邊防哨所，移動通信基站等，遠離電網(wǎng)，迫切需要提供問穩(wěn)定可靠的電力供應?？稍偕茉椽毩㈦娬緸闈M足這些需求提供了現(xiàn)實的可行性。五、工作進度起始日期規(guī)定完畢的內容及質量1、.6.1~.6.31、完畢開題報告2、.6.3~.6.52、完畢畢業(yè)生及（論文）初稿，指導老師審核3、.6.5~.6.63、完畢畢業(yè)設計（論文），裝訂成冊，連同電子文檔一并上交指導老師。4、.6.6~.6.94、指導老師完畢畢業(yè)設計（論文）的批閱，評閱小組完畢畢業(yè)設計（論文）的評閱。5、.6.9~.6.105、畢業(yè)答辯六、參考文獻書籍：1.《光伏發(fā)電》雜志2.風力發(fā)電技術3.水力發(fā)電技術4.電氣設備5.直流系統(tǒng)設計6.電氣逆變技術7.《電機技術》8.網(wǎng)絡資源三峽電力職業(yè)學院畢業(yè)設計（論文）課題任務書（----年）學院名稱：課題名稱小型水風光互補系統(tǒng)設計學生姓名專業(yè)發(fā)電廠及發(fā)電系統(tǒng)學號指導教師任務書下達時間.5課題概述：分布式電源，是指位于顧客附近，所發(fā)電能就地運用，以10千伏及下列電壓等級接入電網(wǎng)，且單個并網(wǎng)點總裝機容量不超出6兆瓦的發(fā)電項目。涉及太陽能、天然氣、生物質能、風能、地熱能、江河海洋能、資源綜合運用發(fā)電等類型。水風光互補發(fā)電系統(tǒng)重要由水力發(fā)電機組、風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、交流直流負載等部分構成，系統(tǒng)構造圖見附圖。該系統(tǒng)是集水能、風能、太陽能及蓄電池等多個能源發(fā)電技術及系統(tǒng)智能控制技術為一體的復合可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。(1)水力發(fā)電部分是運用水能機將水能轉換為機械能，通過水力發(fā)電機將機械能轉換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，通過逆變器對負載供電;(2)風力發(fā)電部分是運用風力機將風能轉換為機械能，通過風力發(fā)電機將機械能轉換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，通過逆變器對負載供電;(3)光伏發(fā)電部分運用太陽能電池板的光伏效應將光能轉換為電能，然后對蓄電池充電，通過逆變器將直流電轉換為交流電對負載進行供電;(4)逆變系統(tǒng)由幾臺逆變器構成，把蓄電池中的直流電變成原則的220v交流電，確保交流電負載設備的正常使用。同時還含有自動穩(wěn)壓功效，可改善風光互補發(fā)電系統(tǒng)的供電質量;(5)控制部分根據(jù)日照強度、風力大小及負載的變化，不停對蓄電池組的工作狀態(tài)進行切換和調節(jié):首先把調節(jié)后的電能直接送往直流或交流負載。另首先把多出的電能送往蓄電池組存儲。發(fā)電量不能滿足負載需要時，控制器把蓄電池的電能送往負載，確保了整個系統(tǒng)工作的持續(xù)性和穩(wěn)定性;(6)蓄電池部分由多塊蓄電池構成，在系統(tǒng)中同時起到能量調節(jié)和平衡負載兩大作用。它將風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電能轉化為化學能儲存起來，以備供電局限性時使用。風光互補發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)風力和太陽輻射變化狀況，能夠在下列七種模式下運行:風力發(fā)電機組單獨向負載供電;光伏發(fā)電系統(tǒng)單獨向負載供電;水力發(fā)電機組單獨向負載供電;水力發(fā)電機組和光伏發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合向負載供電。風力發(fā)電機組和水力發(fā)電機組聯(lián)合向負載供電;風力發(fā)電機組和光伏發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合向負載供電；三組同時聯(lián)合向負載供電。水、風、光互補發(fā)電比單獨水力、發(fā)電或光伏發(fā)電有下列優(yōu)點:1、運用水能、風能、太陽能的互補性，能夠獲得比較穩(wěn)定的輸出，系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性和可靠性;2、在確保同樣供電的狀況下，可大大減少儲能蓄電池的容量;3、通過合理地設計與匹配，能夠基本上由水風光互補發(fā)電系統(tǒng)供電，極少或基本不用啟動備用電源如柴油機發(fā)電機組等，可獲得較好的社會效益和經(jīng)濟效益。規(guī)定閱讀或檢索的參考資料及文獻（涉及指定給學生閱讀的外文資料）：1.《光伏發(fā)電》雜志2.風力發(fā)電技術3.水力發(fā)電技術4.電氣設備5.直流系統(tǒng)設計6.電氣逆變技術7.《電機技術》8.網(wǎng)絡資源設計（論文）成果規(guī)定：（涉及外文翻譯、開題報告、設計或論文正文的數(shù)量和質量等規(guī)定等）一、小型光伏發(fā)電系統(tǒng)二、小型風力發(fā)電系統(tǒng)三、小型水力發(fā)電系統(tǒng)四、三能互補系統(tǒng)其它規(guī)定：（如設計型課題的原始資料及重要參數(shù)規(guī)定或論文型課題的論點、論據(jù)、邏輯性規(guī)定等）進度及規(guī)定起止日期規(guī)定完畢的內容及質量1、.6.1~.6.32、.6.3~.6.53、.6.5~.6.64、.6.6~.6.95、.6.9~.6.101、完畢開題報告2、完畢畢業(yè)設計（論文）初稿，指導老師審核。3、完畢畢業(yè)設計（論文），裝訂成冊，連同電子文檔一并上交指導老師。4、指導老師完畢畢業(yè)設計（論文）的批閱，評閱小組完畢畢業(yè)設計（論文）的評閱。5、畢業(yè)答辯。審核（教研室主任）同意（系主任）目錄摘要…………………1前言………………………11小型光伏發(fā)電系統(tǒng)………11.1光伏發(fā)電的基本原理…………………11.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的構成……………………21.3小型獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)………………32小型風力發(fā)電系統(tǒng)………32.1風力發(fā)電系統(tǒng)的基本原理……………32.2風力發(fā)電系統(tǒng)的構成………………42.3小型獨立風力發(fā)電系統(tǒng)…………53小型水力發(fā)電系統(tǒng)………63.1水力發(fā)電系統(tǒng)基本原理……………63.2水力發(fā)電系統(tǒng)的構成…………………73.3小型獨立水力發(fā)電系統(tǒng)………………74水風光三能互補系統(tǒng)……………………84.1水風光三能互補系統(tǒng)基本原理………84.2水風光三能互補系統(tǒng)的構成…………94.3水風光三能互補系統(tǒng)發(fā)電……………104.3.1水風光三能互補系統(tǒng)發(fā)電分析其運行模式………105.水風光優(yōu)缺點……………13致謝…………14參考文獻…………………15小型水風光互補系統(tǒng)學生：吳迪指導教師：李玉清（三峽大學職業(yè)技術學院）摘要水風光互補發(fā)電系統(tǒng)重要由水力發(fā)電機組、風力發(fā)電機組、太陽能光伏電池組、控制器、蓄電池、逆變器、交流直流負載等部分構成，系統(tǒng)構造圖見附圖。該系統(tǒng)是集水能、風能、太陽能及蓄電池等多個能源發(fā)電技術及系統(tǒng)智能控制技術為一體的復合可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。核心詞：發(fā)電機組、并網(wǎng)發(fā)電、基本原理、控制器、逆變器，交直流負載前言本論文重要敘述太陽能獨立發(fā)電系統(tǒng)，風力獨立發(fā)電系統(tǒng)，水力獨立發(fā)電系統(tǒng)和水風光互補發(fā)電系統(tǒng)的有關重要問題，介紹了各自發(fā)電技術的基本原理，各自電力系統(tǒng)的重要構成等，重要的是及水風光互補系統(tǒng)、有關問題分析以及運行管理等知識。1小型光伏發(fā)電系統(tǒng)本章摘要：光伏發(fā)電部分運用太陽能電池板的光伏效應將光能轉換為電能，然后對蓄電池充電，通過逆變器將直流電轉換為交流電對負載進行供電。本章核心詞：光伏發(fā)電、太陽能、電池板、逆變器、(直流電轉換為交流電)1.1光伏發(fā)電的基本原理太陽光照在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n結內建電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光-熱-電轉換方式，另一種是光-電直接轉換方式。(1)光-熱-電轉換方式通過運用太陽輻射產(chǎn)生的熱能發(fā)電，普通是由太陽能集熱器將所吸取的熱能轉換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發(fā)電。前一種過程是光-熱轉換過程;后一種過程是熱-電轉換過程，與普通的火力發(fā)電同樣.太陽能熱發(fā)電的缺點是效率很低而成本很高，預計它的投資最少要比普通火電站貴5~10倍。(2)光-電直接轉換方式該方式是運用光伏效應，將太陽輻射能直接轉換成電能，光-電轉換的基本裝置就是太陽能電池。太陽能電池是一種由于光生伏特效應而將太陽光能直接轉化為電能的器件，是一種半導體光電二極管，當太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。當許多個電池串聯(lián)或并聯(lián)起來就能夠成為有比較大的輸出功率的太陽能電池方陣了。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，含有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點.太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就能夠一次投資而長久使用;與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引發(fā)環(huán)境污染。1.2系統(tǒng)構成太陽能電池方陣、直流操作箱、光伏監(jiān)控系統(tǒng)，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜1.3光伏獨立發(fā)電系統(tǒng)太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能通過太陽能電池組件的光生伏特效應轉化為直流電能，再通過光伏并網(wǎng)逆變器中的功率變換及控制系統(tǒng)將直流電能轉化為符合電網(wǎng)電能質量規(guī)定的交流電。2小型風力發(fā)電系統(tǒng)本章摘要：風力發(fā)電部分是運用風力機將風能轉換為機械能，通過風力發(fā)電機將機械能轉換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，通過逆變器對負載供電;核心詞：風車葉片、增速器、齒輪箱、塔架、蓄電池充電控制器、逆變器、卸荷器、并網(wǎng)控制器、蓄電池組2.1風力發(fā)電的基本原理風能含有一定的動能，通過風輪機將風能轉化為機械能，拖動發(fā)電機發(fā)電。風力發(fā)電原理是運用風帶動風車葉片旋轉，再通過增速器將旋轉的速度提高來促使發(fā)電機發(fā)電的。2.2風力發(fā)電系統(tǒng)構成風力發(fā)電電源由風力發(fā)電組、支撐發(fā)電機組的塔架、蓄電池充電控制器、逆變器、卸荷器、并網(wǎng)控制器、蓄電池組等構成;風力發(fā)電機組涉及風輪、發(fā)電機;風輪中含葉片、輪轂、加固件等構成;它有葉片受風力旋轉發(fā)電、發(fā)電機機頭轉動等功效。風速選擇:低風速風力發(fā)電機能有效提高風力發(fā)電機在低風速區(qū)域的風能運用，在年平均風速不大于3.5m/s,且無臺風的地區(qū)，推薦選用低風速產(chǎn)品。2.3小型獨立風力發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)在的風車技術，大概3m/s的微風速的風力發(fā)電機可由葉片和發(fā)電機兩部分構成如圖下所輪上，將動能轉換成機械能，輪的轉軸與發(fā)電機的轉軸相連就會帶動發(fā)電機發(fā)出電來。小型水力發(fā)電系統(tǒng)本章摘要：光伏發(fā)電部分運用太陽能電池板的光伏效應將光能轉換為電能，然后對蓄電池充電，通過逆變器將直流電轉換為交流電對負載進行供電;核心詞：水位、水輪機、傳動裝置、發(fā)電機、整流濾波、變壓3.1水力發(fā)電系統(tǒng)基本原理水力發(fā)電的基本原理是運用水位落差，配合水輪發(fā)電機產(chǎn)生電力，也就是運用水的位能轉為水輪的機械能，再以機械能推動發(fā)電機，而得到電力?？茖W家們以此水位落差的天然條件，有效的運用流力工程及機械物理等，精心搭配以達成最高的發(fā)電量，供人們使用便宜又無污染的電力。而低位水通過吸取陽光進行水循環(huán)分布在地球各處，從而恢復高位水源。3.2水力發(fā)電系統(tǒng)的構成水工建筑、水輪機、調速器、勵磁系統(tǒng)、發(fā)電機、變電場，電力網(wǎng)3.3小型獨立水力發(fā)電系統(tǒng)水力發(fā)電系運用河流、湖泊等位于高處含有位能的水流至低處，將其中所含之位能轉換成水輪機之動能，再藉水輪機為原動力，推動發(fā)電機產(chǎn)生電能。運用水力(含有水頭)推動水力機械(水輪機)轉動，將水能轉變?yōu)闄C械能，如果在水輪機上接上另一種機械(發(fā)電機)隨著水輪機轉動便可發(fā)出電來，這時機械能又轉變?yōu)殡娔?。水力發(fā)電在某種意義上講是水的位能轉變成機械能，再轉變成電能的過程。因水力發(fā)電廠所發(fā)出的電力電壓較低，要輸送給距離較遠的顧客，就必須將電壓通過變壓器增高，再由空架輸電線路輸送到顧客集中區(qū)的變電所，最后減少為適合家庭顧客、工廠用電設備的電壓，并由配電線輸送到各個工廠及家庭。

水風光三能互補系統(tǒng)本章摘要：我們懂得，任何能源都有其局限性，通過多個能源互補發(fā)電，可實現(xiàn)全天候無間斷供電。而水風光互補發(fā)電系統(tǒng)是根據(jù)時間、空間的變換而調節(jié)采用水、風、太陽能三種不同能源通過必要設備發(fā)揮作用轉換輸出電能，通過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網(wǎng)逆變器逆變成交流電供應建筑本身負載，多出或局限性的電力通過聯(lián)接電網(wǎng)來調節(jié)實現(xiàn)了全天候的發(fā)電功效，比單用水力、風機和太陽能更經(jīng)濟、科學、實用。本章核心詞：水利發(fā)電機、風力發(fā)電機、太陽能電池板，調節(jié)器，轉換器4.1水風光三能互補發(fā)電系統(tǒng)基本原理水風光互補，是一套發(fā)電應用系統(tǒng)，該系統(tǒng)是運用水輪機組、太陽能電池方陣、風力發(fā)電機(將交流電轉化為直流電)將發(fā)出的電能存儲到蓄電池組中，當顧客需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變?yōu)榻涣麟?，通過輸電線路送到顧客負載處。是水力機組、風力發(fā)電機和太陽電池方陣三種發(fā)電設備共同發(fā)電。4.2水風光三能互補系統(tǒng)的構成水力發(fā)電機組、風力發(fā)電機、太陽能電池組件、太陽能方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜等設備4.3水風光三能互補系統(tǒng)發(fā)電分布式水風光互補發(fā)電系統(tǒng)，又稱分散式發(fā)電或分布式供能，是指在顧客現(xiàn)場或靠近用電現(xiàn)場配備較小的水風光互補發(fā)電系統(tǒng)，以滿足特定顧客的需求，支持現(xiàn)存配電網(wǎng)的經(jīng)濟運行，或者同時滿足這兩個方面的規(guī)定。分布式水風光互補供電系統(tǒng)由水力發(fā)電系統(tǒng)、風力發(fā)電系統(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)構成;其基本設備涉及水力發(fā)電機組、風力發(fā)電機、太陽能電池組件、太陽能方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜等設備。另外尚有供電系統(tǒng)監(jiān)控裝置和環(huán)境監(jiān)測裝置。4.3.1水風光三能互補系統(tǒng)發(fā)電分析其運行模式是：在夜間和陰雨天無陽光時由風力發(fā)電系統(tǒng)將風能轉換輸出電能；在有太陽輻射時由光伏發(fā)電系統(tǒng)將太陽能轉換輸出電能；在即無風又沒有太陽的狀況下由水力發(fā)電系統(tǒng)將水能轉換輸出電能；在沒有水但有風又有太陽的狀況下兩者同時發(fā)揮作用轉換輸出電能。通過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網(wǎng)逆變器逆變成交流電供應建筑本身負載，多出或局限性的電力通過聯(lián)接電網(wǎng)來調節(jié)實現(xiàn)了全天候的發(fā)電功效，比單用風機和太陽能更經(jīng)濟、科學、實用。水力發(fā)電的優(yōu)缺點：優(yōu)點：(1)運用高處之水量持有位能轉換動能推動原動機。（2）運用引導水路及壓力水管將水量之位能轉換為動能。（3）有利之水力地點離負載中心遠，離電距離長，輸電費用高。（4）水力發(fā)電效率高達90%以上。（5）單位輸出電力之成本最低。（6）發(fā)電之起動快，數(shù)分鐘內能夠完畢發(fā)電。缺點：(1)因地形上之限制無法建造太大之容量。單機容量為300MW左右。(2)建廠期間長，建造費用高。（3）因設于天然河川或湖沼地帶易受風水之災害，影響其它水利事業(yè)。電力輸出易受天候旱雨之影響。(4)建廠后不易增加容量。風力發(fā)電的優(yōu)缺點：優(yōu)點：1、清潔，環(huán)境效