新能源发电并网技术

12013.9西安交通大学新能源发电并网技术2新能源发电并网技术新能源装置电力系统电力电子AC/DC变换电路DC/DC变换电路DC/AC变换电路AC/AC变换电路风力发电装置太阳能发电装置电力系统规划电力系统暂态分析电力系统稳态分析电力系统继电保护电力系统自动装置电力系统调度自动化电力设备3目录1新能源并网运行基础知识2新能源并网运行分析3新能源电力系统电压和频率4电力变换基础知识5电力变换电路6新能源发电并网技术4学习参考文献1．《电气工程基础》华中科技大学出版社.熊信银编著2.《电力系统分析》华中科技大学出版社.何仰赞编著3.《电力电子技术》机械工业出版社．王兆安，刘进军.4.《分布式发电技术》机械工业出版社．殷桂梁，杨丽君，王珺．5.《新能源转换与控制技术》机械工业出版社．惠晶．5目录1新能源并网运行基础知识2新能源并网运行分析3新能源电力系统电压和频率4电力变换基础知识5电力变换电路6新能源发电并网技术1新能源并网运行基础知识1.1新能源发电技术概述1.2电网基本元件模拟1.3电网额定电压和标幺值7能源资源1.1新能源发电技术概述1新能源并网运行基础知识能源资源是指为人类提供能量的天然物质。它包括煤、石油、天然气、水能等，也包括太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能、核能等新能源。能源资源是一种综合的自然资源。纵观社会发展史，人类经历了柴草能源时期、煤炭能源时期和石油天然气能源时期，目前正向新能源时期过渡，并且无数学者仍在不懈地为社会进步寻找开发更新更安全的能源。目前人们能利用的能源仍以煤炭、石油、天然气为主。8能源按使用情况进行分类，如表所示。凡从自然界可直接取得而不改变其基本形态的能源称为一次能源。由一次能源经过加工或转换成另一种形态的能源称为二次能源。在一定历史时期和科学技术水平下，已被人们广泛应用的能源，称为常规能源。那些虽古老但采用了新的先进的科学技术而加以广泛应用的能源称为新能源。凡在自然界中可以不断再生并有规律地得到补充的能源，称为可再生能源。经过亿万年形成的，在短期内无法恢复的能源称为非可再生能源。1.1新能源发电技术概述能源一次能源常规能源可再生能源：水力非可再生能源：煤、石油、天然气、核裂变新能源可再生能源：太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能非可再生能源：核聚变材料二次能源电力、焦炭、煤气、汽油、煤油、柴油、重油、沼气、蒸汽、热水能源分类9今天的人类，已经离不开电能了！！！电力也是人类文明和社会进步的象征,与我们的生活息息相关。生活，因为电力而绚丽……———哪些地方需要电呢?各种能源电能10发电厂1.1新能源发电技术概述电能指电以各种形式做功的能力。有直流电能、交流电能、高频电能等，这几种电能均可相互转换。发电厂是把各种一次能源转换成二次能源（即电能）的场所。按照发电厂所消耗一次能源的不同，常规发电厂分为以下几种:火力发电厂、水力发电厂、核电厂等。11火力发电：1.1新能源发电技术概述火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油、天然气或其他燃料的化学能生产电能的工厂。我国电源构成是以火电为主。火电厂按使用燃料的不同可分为燃煤、燃油和燃气等几类电厂。我国的煤炭资源比较丰富，燃煤火电厂是我国目前电能生产的主要方式。锅炉、汽轮机、发电机是常规火力发电厂的三大主机。锅炉将燃料的化学能转化为蒸汽热能，蒸汽机将蒸汽热能转化为机械能，发电机将机械能转化为电能。从能量转换观点分析，其基本过程都是：燃料的化学能→热能→机械能→电能。～1234567蒸汽动力发电厂原理图1－锅炉；2－汽轮机；3－发电机；4－凝汽器；5－凝结水泵；6－回热加热器；7－给水泵1213水力发电：1.1新能源发电技术概述水电站示意图1－水库；2－压力水管；3－水电站厂房；4－水轮机5－发电机；6－尾水渠道水电站是将水能转变成电能的工厂，其能量转换的基本过程是：水能→机械能→电能。按利用能源的种类，水电站可分为：（1）将河川中水能转换成电能的常规水电站，也是通常所说的水电站；（2）调节电力系统峰谷负荷的抽水蓄能式水电站；（3）利用海洋能中的水流的机械能进行发电的水电站，即潮汐电站、波浪能电站、海流能电站等。14中国最大水电站——三峡电站15抽水蓄能式水电站：1.1新能源发电技术概述抽水蓄能电站是特殊形式的水电站，具有水轮机-发电机和电动机-水泵两种可逆的工作方式。抽水蓄能：当电力系统内负荷处于低谷时，它利用网内富余的电能，带动泵站机组将下库的水抽到上库(电动机+水泵)，以水的势能形式贮存起来。放水发电：系统负荷高时，将上库的水放下来推动水轮发电机组(水轮机+发电机)发电，以补充系统中电能的不足。因此，在电力系统中抽水蓄能电站既是电源又是负荷，是系统内唯一的削峰填谷电源，具有调频、负荷备用、事故备用的功能。16黑麋峰抽水蓄能电站下水库上水库发电系统17核电站：1.1新能源发电技术概述核电厂发电的原理与火电厂相似，都要有一个热源，将水加热成蒸汽，进而推动汽轮机旋转并带动发电机转动而发出电能。不同的是核电厂所用的热源不是煤或石油，它的热源是原子核的裂变能。核电厂是利用核裂变能转化为热能，再按火电厂的发电方式，将热能转换为电能，它的原子核反应堆相当于锅炉。利用铀(或钚）在反应堆核裂变热能→（汽轮机）机械能→电能核电是一种清洁的能源，利用它可以大大地节约煤和减少污染。一个1000MW的火电厂一天燃烧的煤是9600t，而相应1000MW的核电厂，一天只要3.3kg的U235，同样容量的电厂其用燃料量竟相差300万倍。压水堆核电厂发电方式示意图18大亚湾核电站19电力系统的构成及其功能发电厂输电线路升压站配电线路枢纽、降压站照明、动力配变1.1新能源发电技术概述20电力系统的概念1.1新能源发电技术概述电力系统——是由发电厂、变电所、输电线、配电系统及负荷组成的。是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。电力网络——是由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。动力系统——在电力系统的基础上，把发电厂的动力部分（例如火力发电厂的锅炉、汽轮机和水力发电厂的水库、水轮机以及核动力发电厂的反应堆等）包含在内的系统。21电力系统组成----由图指出电力网,动力系统！1.1新能源发电技术概述22电力系统的概念1.1新能源发电技术概述输电——从发电厂或发电中心向消费电能地区输送大量电力的主干渠道或不同电网之间互送电力的联络渠道。配电——消费电能地区内将电力分配至用户的分配手段，直接为用户服务。输电和配电设施都包括变电站、线路等设备。输电网——所有输电设备连接起来组成输电网。配电网——从输电网到用户之间的配电设备组成的网络，称为配电网。231.1新能源发电技术概述电力系统组成：发电部分（各类发电厂）变电部分（包括升降压变电所）输电线路（220KV及以上输电线路组成）配电线路（110KV及以下配电线路组成）用电部分（各类用电负荷）发电厂输电线路升压站配电线路枢纽、降压站照明、动力配变24变电所变电所是汇集电源、升降电压和分配电能的场所，是联系发电厂和用户的中间环节。从发电厂送出的电能一般经过升压远距离输送，再经过多次降压后才供给用户使用，所以电力系统中的变电所的数量多于发电厂，变压器的容量约是发电机容量的7~10倍。变电所分为升压变电所和降压变电所，根据变电所在电力系统的地位与供电范围，可以将其分为以下几类。1.1新能源发电技术概述发电厂252.中间变电所1)中间变电所高压侧与枢纽变电所连接，以穿越功率为主，在系统中起交换功率的作用，或使高压长距离输电线路分段，它一般汇集2~3个电源，这样的变电所主要起中间环节作用。2)电压等级多为220~330kV，其中压侧一般是110~220kV，供给所在的多个地区用电并接入一些中小型电厂。3)当全所停电时，将引起区域电网解列，影响面也比较大。1.枢纽变电所1)枢纽变电所位于电力系统的枢纽点，汇集着电力系统中多个大电源和多回大容量的联络线，连接着电力系统的多个大电厂和大区域。2)电压等级一般为330~500kV。3)枢纽变电所在系统中的地位非常重要，若发生全所停电事故，将引起系统解列，甚至系统崩溃的灾难局面。变电所1.1新能源发电技术概述264.终端变电所1)终端变电所位于输电线路的末端，靠近负荷点。2)高压侧电压多为110kV或者更低（如35kV），经过变压器降压为6~10kV电压后直接向用户送电。3)若发生全所停电事故，只是所供电的用户停电，影响面较小。3.地区变电所1)地区变电所主要任务是给地区的用户供电，它是一个地区或城市的主要变电所。2)电压等级一般为110~220kV。3)若发生全所停电事故，只造成本地区或城市停电。变电所1.1新能源发电技术概述27变电所---1.1新能源发电技术概述由图指出那种变电所！28封开江110KV升压变电站29武源220KV降压站30（1）作用输送电能，并把发电厂、变配电所和电能用户连接起来。（2）分类按其传输电流的种类不同分为：交流线路和直流线路；按其结构及敷设方式不同分为：架空线路、电缆线路及室内配电线路。输电线路、配电线路1.1新能源发电技术概述31用电负荷用电负荷又称电能用户。在电力系统中，一切消费电能的用电设备均称为电能用户。1.1新能源发电技术概述321.1新能源发电技术概述用户和用电负荷的分类一类负荷：指若中断供电将造成人身伤亡、重大政治影响、经济损失或公共场所秩序严重混乱的负荷。——故应有两个或两个以上独立电源供电，同时必须增设应急电源。二类负荷：指中断供电将造成较大的政治影响、较大的经济损失的负荷。——要求尽可能有两个独立电源供电，若地区供电条件困难，可由一路6KV以上专用架空线供电。三类负荷：不属于一、二类电力负荷对供电没有什么特别要求。上一页下一页返回33电力系统的概念1.1新能源发电技术概述总装机容量——指该系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。年发电量——指该系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以千瓦时（KWh）、兆瓦时（MWh）、吉瓦时（GWh）为单位计。最大负荷——指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。34电力系统的概念1.1新能源发电技术概述额定频率——按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定功率为50Hz。最高电压等级——是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。351.1新能源发电技术概述电力系统接线方式无备用接线有备用接线参考文献：《电力系统分析》上册华中科技大学出版社.何仰赞编著(6-7页)36放射式干线式树状无备用结线每个负荷只能从一个供电回路取得电能的开式网。包括放射式接线，干线式接线和树状式接线。优点：简单、经济、运行方便缺点：供电可靠性差适用范围：三级负荷1.1新能源发电技术概述电力系统接线方式参考文献：《电力系统分析》上册华中科技大学出版社.何仰赞编著(6-7页)37有备用结线每个负荷至少能从两个不同供电回路取得电能的网络。包括环形网络、双端供电网络。优点：供电可靠性和电压质量高缺点：不经济适用范围：电压等级较高或重要的负荷1.1新能源发电技术概述电力系统接线方式环形网络双端供电参考文献：《电力系统分析》上册华中科技大学出版社.何仰赞编著(6-7页)381．电气一次设备直接生产、转换和输配电能的设备称为电气一次设备。它们主要有以下几种：1.1新能源发电技术概述电气设备简述(1)生产和转换电能的设备如发电机、电动机、变压器等，它们是直接生产和转换电能的最主要的电气设备。(2)接通或断开电路的开关电器为满足运行、操作或事故处理的需要，将电路接通或断开的设备，如断路器、隔离开关、接触器、熔断器等。39(3)限制故障电流和防御过电压的电器如用于限制短路电流的电抗器和防御过电压的避雷针、避雷线等。(4)接地装置用来保证电力系统正常工作的工作接地或保护人身安全的保护接地，它们均与埋入地中的金属接地体或接成接地网的接地装置连接。1.1新能源发电技术概述电气设备简述(5)载流导体电气设备必须通