发电技术（推荐8篇）
《新能源发电》课 程 设 计
题
目： 风力发电技术
学习中心：奥鹏学习中心
层 次： 专升本 专 业： 电气工程及其自动化
年 级： 2016年 春季 学 号： 学 生： 辅导教师： 完成日期： 2016年03月22日
总则
风力发电是一种技术最成熟的可再生能源利用方式，发电机是风力发电机组中将风能转化为电能的重要装置，控制技术是风力机安全高效运行的关键。
第一章 风力发电发展的现状
我国是世界上风力资源占有率最高的国家，也是世界上最早利用风能的国家之一，据资料统计，我国10m高度层风能资源总量为3226 GW，其中陆上可开采风能总量为253 GW，加上海上风力资源，我国可利用风力资源近1000 GW。如果风力资源开发率达到60%，仅风能发电一项就可支撑我国目前的全部电力需求。
我国利用风力发电起步较晚，和世界上风能发电发达国家如德国、美国、西班牙等国相比还有很大差距，风力发电是20世纪80年代才迅速发展起来的，发展初期研制的风机主要为1 kW、10 kW、55 kW、220 kW等多种小型风电机组，后期开始研制开发可充电型风电机组，并在海岛和风场广泛推广应用，目前有的风机已远销海外。至今，我国已经在河北张家口、内蒙古、山东荣城、辽宁营口、黑龙江富锦、新疆达坂城、广东南澳和海南等地建成了多个大型风力发电场，并且计划在江苏南通、灌云及盐城等地兴建GW级风电场。截止2007年底，我国风机装机容量已达到6.05 GW，年发电量占全国发电量的0.8%左右，比2000年风电发电量增加了近10倍，我国的风力发电量已跃居世界第5位。
第二章 比较各种风力发电机的优缺点
一．当前风力发电机有两种形式： 水平轴风力发电机（大、中、小型）2 垂直轴风力发电机（大、中、小型）。
水平轴风力发电机技术发展的比较快，在世界各地人们已经很早就认识了，大型的水平轴风力发电机已经可以做到3-5兆瓦，一般由国有大型企业研发生产，应用技术也趋于成熟。小型的水平轴风力发电机一般是一些小型民营企业生产，对研发生产的技术要求比较低，其技术水平也是参差不齐。
小型水平轴风力发电机的额定转速一般在500-800r/min，转速高，产生的噪音大，启动风速一般在3-5m/s，由于转速高，噪音大，故障频繁，容易发生危险，不适宜在有人居住或经过的地方安装。
垂直轴风力发电机技术发展的较慢一些，因为垂直轴风力发电机对研发生产的技术
要求比较高，尤其是对叶片和发电机的要求。近几年垂直轴风力发电机的技术发展很快，尤其小型的垂直轴风力发电机已经很成熟。
小型的垂直轴风力发电机的额定转速一般在60-200r/min，转速低，产生的噪音很小（可以忽略不计），启动风速一般在1.6-4m/s。
二． 参数对比：
序号 性能 水平轴风力发电机 垂直轴风力发电机 1 发电效率 50-60% 70%以上 2 电磁干扰（碳刷）有 无 3 对风转向机构 有 无 4 变速齿轮箱 10KW以上有 无 5 叶片旋转空间 较大 较小 抗风能力 弱 强（可抗12-14级台风）7 噪音 5-60分贝 0-10分贝 8 启动风速 高（2.5-5m/s）低(1.5-3m/s)9 地面投影对人影响 眩晕 无影响 10 故障率 高 低.11 维修保养 复杂 简单 12 转速 高 低 13 对鸟类影响 大 小 14 电缆绞线问题 有 无
（或碳刷损坏问题）发电曲线 凹陷 饱满
第三章 介绍相关风力发电控制技术
风力发电机组可以分为两大类：恒速恒频机组和变速恒频机组。风力发电机并入电网运行时，要求风力发电的频率保持恒定为电网频率(在我国，电网频率为50Hz)。恒速恒频指在风力发电中控制发电机的转速不变，从而得到频率恒定的电能；变速恒频指发电机的转速随风速变化而变化，通过一定的控制方法来得到恒频的电能。
一、如今投入实际运行的恒速恒频机组主要分为2类：
1、一类采用鼠笼式异步发电机，如图2.1所示。并网后，在电机机械特性的稳定区内运行，异步发电机的转子速度需要高于同步转速。当风力机传给发电机的机械功率随风速增加时，发电机的输出功率及其电磁转矩也相应增大。一般情况下，当转子速度
高于同步转速3％-5％时达到最大值，若超过这个转速，异步发电机会进入不稳定区，产生的电磁转矩反而减小，导致转速迅速升高，引起飞车。另外，异步发电机并网运行后，在向系统输出有功功率的同时，需要从电网吸收无功功率来建立磁场，它不具有调节和维持机端电压的能力。最后，由于转子速度的变化范围比较小，而风速经常变化，显然，风能利用系数Cp不能保持在最佳值。
图2.1采用鼠笼式异步发电机的恒速恒频机组
2、另一类采用绕线式异步感应发电机，如图2.2所示。它的特点是，采用了外接的可变转子电阻。这种结构最初是由丹麦的Vestas公司提出来的，又称OptiSlip风力发电系统。通过电力电子变换器调节外接转子电阻的大小，可以改变异步发电机的转差率S。相比鼠笼式异步发电机，转差率S的变化范围变大了，可达0-10％。然而，这种系统仍然需要从电网吸收无功功率，另外，转差功率转换成了外接转子电阻的热能损耗，没有被有效利用。
图2.2采用绕线式异步感应发电机的恒速恒频机组
二、投入实际运行的变速恒频机组也主要分为2类：
1、一类是绕线转子双馈感应发电机系统，如图2.3所示。这类系统的特点是：在绕线式异步发电机的转子上连接了一个交-直-交(AC-DC-AC)的电力电子变流器。该变流器能够实现转子和电网之间的双向能量流动，转子侧变换器控制异步发电机，网侧变换器控制和电网的能量交换。双馈发电机本质上是同步发电机，所以可以调节双馈发电机吸收的无功功率。另外，双馈发电机的转速运行范围可以达到70%-130％同步转速，即
其转差率S可以达到-30％～30％。
图2.3绕线转子双馈感应发电机系统
2、另一类是直驱型风力发电系统，如图2.4、2.5、2.6所示。直驱型风力发电系统中，风轮机与发电机(永磁同步发电机或绕线式感应发电机或绕线式同步发电机)直接相连，无需升速齿轮箱，但是需要直驱多级发电机，其直径较大。首先将风能转化为频率变化、幅值变化的交流电，经过整流之后变为直流，然后经过三相逆变器变换为三相恒频恒幅交流电连接到电网。通过中间的全功率电力电子变换装置，对系统有功功率和无功功率进行控制，可以实现最大功率跟踪，从而能够实现对风能最高效率的利用。
图2-4直驱型风力发电系统
直驱式永磁同步发电机根据全功率变流器的不同又可分为：（1）不可控整流+DC/DC升压+PWM电压源型逆变器型
DC/DC环节将整流器输出的直流电压提高并保持稳定在合适的范围内，使得逆变器的输入电压稳定，提高运行效率、减小谐波。全控型器件数量较少，控制电路较简单。
图2-5直驱型风力发电系统
（2）背靠背双PWM变流器型
PWM整流器可同时实现整流和升压，效率较高，通过电流隔离，机侧和网侧可以实现各自的控制策略。但是，全控型器件数量多，控制电路复杂，增加了变流系统成本。
图2-6直驱型风力发电系统
三、变桨距直驱型风电机组实现功率调节的途径和方法
永磁直驱式风力发电系统的整体控制框图如图3-1所示，控制系统主要分为三部分：主控制系统、变流器控制系统、变桨距控制系统。变速恒频同步直驱风力发电机的运行可分为两个主要方式：最大功率输出运行和额定功率输出运行。主控制器根据风力发电机组的运行工况，通过最大风能捕获算法得到发电机的功率指令来控制变流器的开关动作，从而使风力机捕获最大的风能；当风速超过额定风速时，变桨系统开始动作，避免风速太大而损坏风力机；变流器系统、变桨系统执行主控制器发给它们的控制指令。
图3-1永磁S驱式风力发电系统整体控制框图
从图3-2中可以看出，在达到额定风速之前，风力发电机运行在最大功率输出模式，待达到了额定风速之后，风力发电机运行在额定功率输出模式。
图3-2 风力发电机运行曲线
主控制系统的最大风能跟踪算法是保证风力机稳定运行的核心，它主要实现风力机的变速、变桨控制。在低风速区，为实现最大风能的跟踪，风力机的转速变化与风速变化成正比，以保持最佳叶尖速比，它是通过机侧变流器的控制来实现的，而此时控制器将叶片攻角置于零度附近，不作变化；当风速超过额定风速时，风力机要限制功率的输出，保持额定功率运行，这一阶段主要通过变桨距角来控制，变桨距机构发挥作用，调整叶片攻角，将发电机的输出功率限制在额定值附近。在这两个阶段之间，一般的风力机还有一个恒速区域，到达这个区域后风力机转速已达到额定速度，但是输出功率还没有达到额定功率，不同的风力机在这个阶段有不同的控制方案。如图3-3，当发电机没有并入电网的时候(状态A)，这个时候整个控制系统通过改变桨距角度来改变叶片的转矩，使得发电机转速上升到转速给定值，发电机并网。并网后，控制系统切换到状态B进行功率控制。
图3-3 变桨距直驱式风力发电机组控制图
通常情况下，风力机从切入风速到额定风速不是一直保持最桂叶尖速比运行。由于变流器容量和风力机机械强度的约束，风力机设有启动转速和额定转速，在风速不同的情况下，其控制策略完全不同，根据风速的变化进行分区域控制。风力机依据转速的变化来分区域、分阶段控制，以下依据风力机的转速-转矩曲线来说明永磁直驱式风力发电机组的分区控制原理风力机的转速-转矩曲线如图3-4所示。
图 3-4 风力机理想的转速-转矩曲线
风力机的分区域控制可以分成四个典型的控制区，在这四个控制区对应着不同的风速范围，不同的区域的控制方法也不相同。
(1)Ⅰ；
(2)在最小转速ω1以上，转速随风速的改变而改变，风力机运行在最佳叶尖速在切入风速以上的低风速区域，风力机以最小转速ω1，恒转矩运行在区域比，这个区域风能利用系数最大，如图3-4所示区域Ⅱ，也即是最大风能跟踪(MPPT)模式；
(3)受风力机的机械强度和变流器的电压、容量的限制，风力机运行在转速ω3时，达到区域Ⅱ模式的最大转速，这时风速还没有达到额定风速，但必须保持额定转速运行而不能超过额定转速，这个恒速运行阶段一直到风力机输出额定功率为止，即区域Ⅲ模式；
(4)风力机运行到H点达到额定功率，当风速超过额定风速后，变桨系统启动，以控制风力机运行在额定功率，即区域Ⅳ模式。
(5)当风力机的转速超过最大安全转速ω5时，要求风力机必须安全停机。从图2-8的转速-转矩曲线可以看出，在风力机控制的前三个阶段，风力机转速控制都是低于额定风速下的变速控制，也就是通过控制发电机组的输出转矩来实现风力机的变速控制。在H点，风力机运行到额定转速，风速若继续增大，风力机也自然会增速，为控制风力发电机组的输出功率为额定功率，变桨系统开始动作。为了防止风力机在变速控制与变桨控制之间频繁切换，为变桨控制留了一定转速的余量，即变桨系统的启动控制速度为ω4。也就是说风力机转速在ω3以下进行变速控制，而转速在ω4以上时进行变桨控制。一般桨距角随风速变化的情况如图3-4所示：
图3-4桨距角随风速变化的情况
第四章 对风力发电技术发展趋势的展望
随着现代工业的飞速发展，人类对能源的需求明显增加，而地球上可利用的常规能源日趋匮乏。据专家预测，煤炭还可开采221年，石油还可开采39年，天然气只能用60年。这种预测也许不很准确，但常规能源必然是越用越少，总有一天要用尽的。未雨绸缪，我们必须为将来考虑，为子孙后代的能源问题着想，开发利用新能源，实现能源的持续发展，从而保证经济的可持续发展和社会的不断进步，最终实现人El、资源、环境的协调发展，已成为各国政府必须解决的大问题。惟一的出路就是有计划地利用常规能源，节约能源，开发新能源和可再生能源。
太阳能光伏电池所发出的电能是随太阳光辐照度、环境温度、负载等变化而变化的不稳定直流电,是难以满足用电负载对电源品质要求的“粗电”[1],为此需要应用电力电子变流技术对其进行直流-直流(DC-DC)或直流-交流(DC-AC)变换,以获得稳定的高品质直流电或交流电供给负载或电网,如图1所示。
众所周知,电力电子电路功率变换技术是和电力电子器件同步发展的[2]。1957年硅晶闸管(SCR)问世,标志着以半控型电力电子器件(SCR)为主的传统电力电子技术形成;而自20世纪80年代以来,以全控型电力电子器件(GTO,GTR,功率MOSFET,IGBT,MOS场控晶闸管(MCT),集成门极换流可关断晶闸管(IGCT))及功率集成电路为主的现代电力电子技术发展尤为迅速,DC-DC变换(降压、升压、降压-升压、升压-降压)电路拓扑、DC-AC变换(逆变)控制技术(SPWM,SVPWM)及逆变器多电平、多重化技术均得到长足发展。
事实上,电力电子功率变换器及其控制技术是实现光伏发电系统能够理想地向负载或电网提供电力这一最终目标的重要物质基础之一。
本文阐述了光伏直流变换电路、光伏逆变电路的的基本结构和工作原理,综述了光伏发电系统中电力电子变流技术的发展现状及发展趋势。
1 光伏直流变换电路
光伏电池是一种输出特性迥异于常规电源的直流电源,对电压接受型负载(如蓄电池)、电流接受型(如永磁直流电动机)、纯阻性负载3种不同类型的负载,其匹配特性也迥然相异[3]。随着天气(辐照度、温度)变化,实时调整负载的伏安特性使其相交于光伏电池伏安特性的最大功率输出点处,降低负载失配功率损失,实现“最大功率点跟踪(MPPT)”是光伏直流变换电路的主要功能之一。
光伏直流变换电路主要有脉冲宽度调制(PWM)和脉冲频率调制(PFM)两种方法,其中,PWM为常用控制方法。光伏直流变换器主电路分直接变换(直流斩波器,无变压器隔离)和间接变换(开关电源型DC/DC变换器,有变压器隔离)两大类[1],如表1。
Buck(降压)、Boost(升压)主电路是最基本的变换器拓扑,由此可派生出多种组合结构。表1所列4种直流斩波器的输入输出的一根线均是共用的,故统称为“三端开关式稳压器”[4]。
带高频变压器隔离的多种间接变换器拓扑分别派生于各基本DC-DC变换器,亦称为直-交-直变换器,其克服了直流斩波器输入输出不隔离、输入输出电压或电流比受限制、不能实现多路输出的局限,常用于直流光伏输电线路、逆变器和负荷间的电压匹配变换等场合。表1中的全桥、半桥、正激、推挽变换器是基于Buck的隔离变换器拓扑;反激式变换器则是Buck- Boost变换器的隔离方案。
2 光伏逆变电路
“逆变”是将直流电变换为极性周期改变的交流电,其为“整流”的“逆向”过程。逆变电路有多种分类方法[1,2,3]:按直流侧滤波器,分为电压源型(采用大电容滤波)和电流源型(采用大电感滤波);按主电路拓扑,分为推挽、桥式(全桥、半桥)、组合式、多电平逆变器;按输出电压波形要求,分为方波、阶梯波、正弦波逆变器。
离网型光伏发电系统中的逆变器多采用电压源型逆变器。随着全控型电力电子器件和脉宽调制技术的进步,采用桥式主电路、以标准正弦波作为PWM调制波的正弦脉宽调制(SPWM)技术是目前应用最广泛的电压源逆变器控制技术,为了使逆变器输出电压滤波后尽量正弦化,出现了选择性消谐波等优化的PWM技术[2]。在此基础上,进一步出现了以控制输出电流正弦化为目标的电流瞬时值滞环跟踪PWM控制技术和针对三相桥式电压型逆变器的电压空间矢量PWM(SVPWM)技术。SVPWM具有直流电压利用率高、动态响应快、开关损耗低、输出电压波形的总谐波畸变率低等优点[5],在三相电压型逆变器控制中的应用日益广泛。
2.1 离网型光伏发电逆变电路
离网型光伏发电逆变电路一般采用电压源型逆变器。图6为单相全桥电压源型逆变器结构示意图。
图6中,CS为直流侧滤波电容,L1、C1为交流输出滤波器,T为变压器。
离网型三相光伏发电系统中的逆变器主要有两种形式[5]:其一,采用图6所示的三个单相全桥逆变器组合(例如并联)为三相电压源逆变器,其存在元器件多、成本高、体积大的缺点;其二,采用图7所示的三相半桥电压源型逆变器,其利用三桥臂构成的变换器取替三组单相全桥逆变器,具有结构简单、成本低、体积小的优点,应用广泛。
2.2 并网型光伏发电逆变电路
并网型光伏发电逆变电路的控制目标是使逆变器输出电压幅值、频率、相位与电网一致,输出电流波形谐波小,实现向电网无扰动平滑供电[6]。按功率级数,并网型光伏发电系统中的功率变换器有单级式、两级式两种结构,其中,单级式结构简单,无DC-DC环节,光伏阵列直接经逆变器并网,但电网与光伏发电系统直流母线间无能量解耦环节,使实现MPPT、逆变、并网控制的算法复杂;如图1(b)所示,两级式先通过前级的DC-DC变换实现MPPT,然后再经后级的DC-AC变换进行逆变、并网控制,两级控制可以解耦,控制算法较为简单易行。按逆变器输出与电网之间是否接有隔离变压器分为隔离型和非隔离型,隔离型不仅提高了安全性,且可通过选择隔离变压器变比调节电压变换范围,增大了直流母线电压的输入范围,故可根据场地要求进行光伏阵列优化设计[7]。图8为电压源型三相大功率并网逆变器的结构示意图。
3 光伏发电中电力电子技术的发展
3.1 光伏发电中的多电平逆变器
在交流大功率变换领域,常采用开关器件串/并联、多重化(功率变换装置串/并联)及多电平变换等技术以解决电力电子器件耐压与功率变换电压等级的矛盾,其中,多电平变换技术已成为研究热点[2]。传统的逆变器亦称为二电平逆变器,其在一个开关周期内逆变桥臂的相电压输出电平仅为二电平。多电平技术源于日本学者1981年提出的中点箝位型多电平逆变电路。目前,多电平逆变电路主要有二极管箝位型、电容箝位型和独立直流源级联型3种拓扑类型。
光伏阵列可灵活组合,故光伏并网系统易实现3电平和级联方式并网以改善并网电流波形[1]。为了解决阴影问题和光伏模块之间不匹配问题,一些学者提出采用二极管箝位型多电平逆变器、级联H桥型变换器实现独立控制每一个光伏模块,使其各自工作在最大功率点,从而提高系统效率,减少输出电压谐波[8]。
3.2Z源光伏并网逆变器
目前,应用中的并网型光伏发电逆变电路拓扑以电压源型逆变器为主。电压源型、电流源型逆变器存在的共同缺点为[9]:输出交流电压受到限制;桥臂开关器件的开关状态受限,均需加入相应死区时间。对传统逆变器直流侧的单级储能电路(并联电容或串联电感)采用如图9所示的Z源(阻抗源)储能网络替换,则构成“Z源逆变器”[9]。
由图9可见,Z源逆变器的直流侧储能电路是由电感、电容组成的对称交叉型阻抗源网络,其结合了传统电压源型、电流源型逆变器直流侧缓冲和储能电路的特点,从而满足了逆变电路桥臂可开路和短路的条件,克服了传统逆变器的局限。因Z源逆变器可靠性高、效率高、结构简单,且具有升降压变换功能,故在光伏发电系统中应用前景广阔。文献[10]提出基于Z源逆变器的单相离网型光伏发电系统的电流滞环跟踪控制策略,兼有电流瞬时值滞环跟踪PWM控制和Z源的优点。针对常规Z源光伏并网发电系统中,为实现升压,Z源储能网络中的电容电压需高于输入电压的问题,文献[11]在并网型光伏发电系统中引入串联型Z源逆变器,提高了系统的功率密度。
摘要：阐述了太阳能光伏发电系统中电力电子功率变换器的基本结构和工作原理,综述了国内外光伏发电系统中电力电子变流技术的发展现状及发展趋势。
关键词：电力电子技术,变换器,光伏发电系统
参考文献
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垃圾蕴含的能量存在于其化学键当中。当垃圾被装入一个封闭的空间内，电流穿过这个容器内的气体（通常是普通空气）时就会产生电弧和等离子体—也就是离子化的气体，并且温度高达7000℃，甚至20000℃。这种超高温的环境可以改变垃圾的分子结构，从而使其转化为主要由氢、氮和一氧化碳组成的干净的合成气体。此种合成气体不仅可以用在涡轮机中作为燃料进行发电，同时也可以用来生产乙醇、甲醇和生物柴油。
垃圾转化后的又一种生成物是类似玻璃体的熔渣，日本和法国在多年前就已经将其作为一种建筑材料，而近期更是通过了美国环保局的环境保护标准。从这个意义上来考量，即使等离子气化技术不用于垃圾发电，也是处理生活垃圾的一种经济有效的方式。垃圾处理业巨头废物管理公司（Waste Management）已经开始与总部设在美国俄勒冈的InEn技术公司展开合作，将后者的等离子体气化设备投入商业使用。双方正在美国的佛罗里达、路易斯安那和加利福尼亚三个州建设大型试验工厂，每个工厂日处理垃圾的能力超过1000吨，预计到2020年，通过这种技术实现的垃圾发电能为200万个家庭提供足够的电力。
20世纪90年代，L.Xu, Bhowink, Machromoum, R.Pena等学者对双馈电机在变速恒频风力发电系统中的应用进行了理论、仿真分析和试验研究，为双馈电机在风力发电系统中的应用打下了理论基础。同时，电力电子技术和计算机技术的高速发展，使得采用电力电子元件(IGBT等)和脉宽调制(PWM)控制的变流技术在双馈电机控制系统中得到了应用，这大大促进了双馈电机控制技术在风电系统中的应用。八十年代以后，功率半导体器件发展的主要方向是高频化、大功率、低损耗和良好的可控性，并在交流调速领域内得到广泛应用，使其控制性能可以和直流电机媲美。九十年代微机控制技术的发展，加速了双馈电机在工业领域的应用步伐。近十年来是双馈电机最重要的发展阶段，变速恒频双馈风力发电机组已由基本控制技术向优化控制策略方向发展。其励磁控制系统所用变流装置主要有交交变流器和交直交变流器两种结构形式:(1)交交变流器的特点是容量大，但是输出电压谐波多，输入侧功率因数低，使用功率元件数量较多。(2)采用全控电力电子器件的交直交变流器可以有效克服交交变流器的缺点，而且易于控制策略的实现和功率双向流动，非常适用于变速恒频双馈风力发电系统的励磁控制。
为了改善发电系统的性能，国内外学者对变速恒频双馈发电机组的励磁控制策略进行了较深入的研究，主要为基于各种定向方式的矢量控制策略和直接转矩控制策略。我国科研机构从上世纪九十年代开始了对变速恒频双馈风力发电系统控制技术的研究，但大多数研究还仅限于实验室，只有部分研究成果在中，在小型风力发电机的励磁控制系统中得到应用。因此，加快双馈机组的励磁控制技术的研究进度对提高我国风电机组自主化进程具有重要意义。
除了上面提到的双馈风力发电系统励磁控制技术研究以外，变速恒频双馈风力发电系统还有许多研究热点包括:
(I)风力发电系统的软并网软解列研究
软并网和软解列是目前风力发电系统的一个重要部分。一般的，当电网容量比发电机的容量大得多的时候，可以不考虑发电机并网的冲击电流，鉴于目前并网运行的发电机组已经发展到兆瓦级水平，所以必须要限制发电机在并网和解列时候的冲击电流，做到对电网无冲击或者冲击最小。
(2)无速度传感器技术在双馈异步风力发电系统应用的研究
近年，双馈电机的无位置以及无速度传感器控制成了风力发电领域的一个重要研究方向，在双馈异步风力发电系统中需要知道电机转速以及位置信息，但是速度以及位置传感器的采用提高了成本并且带来了一些不便。理论上可以通过电机的电压和电流实时计算出电机的转速，从而实现无速度传感器控制。如果采用无传感器控就可以使发电机和逆变器之间连线消除，降低了系统成本，增强了控制系统的抗干扰性和可靠性。
(3)电网故障状态下风力发电系统不间断运行等方面
并网型双馈风力发电机系统的定子绕组连接电网上，在运行过程中，各种原因引起的电网电压波动、跌落甚至短路故障会影响发电机的不间断运行。电网发生突然跌落时，发电机将产生较高的瞬时电磁转矩和电磁功率，可能造成发电机系统的机械损坏或热损坏，所以三相电网电压突然跌落时的系统持续运行控制策略的研究是目前研究焦点问题之一。
此外，双馈风力发电系统的频率稳定以及无功极限方面也是目前研究的热点。
在大型风力发电系统运行过程中，经常需要把风力发电机组接入电力系统并列运行。发电机并网是风力发电系统正常运行的“起点”，也是整个风力发电系统能够良好运行的前提。其主要要求是限制发电机在并网时的瞬变电流，避免对电网造成过大的冲击，并网过程是否平稳直接关系到含风电电网的稳定性和发电机的安全性。当电网的容量比发电机的容量大的多(大于25倍)的时候，发电机并网时的冲击电流可以不考虑。但风力发电机组的单机容量越来越大，目前己经发展到兆瓦级水平，机组并网对电网的冲击已经不能忽视。比较严重的后果不但会引起电网电压的大幅下降，而且还会对发电机组各部件造成损害;而且，长时间的并网冲击，甚至还会造成电力系统的解列以及威胁其它发电机组的正常运行。
因此必须通过合适的发电机并网方式来抑制并网冲击电流。
目前，实现发电机并网的方式主要有两种，一种被称为准同期方式，另一种被称为自同期方式。准同期方式是将已经励磁的发电机在达到同期条件后并入电网;自同期方式则是将没有被励磁的发电机在达到额定转速时并入电网，随即给发电机加上励磁，接着转子被拉入同步。自同期方式由于当发电机合闸时，冲击电流较大，母线电压跌落较多而很少采用。因此，现在发电机的主要并网方式为准同期方式，它能控制发电机快速满足准同期条件，从而实现准确、安全并网。
异步风力发电机组并网
异步发电机投入运行时，由于靠转差率来调整负荷，其输出的功率与转速近乎成线性关系，因此对机组的调速要求不像同步发电机那么严格精确，不需要同步设备和整步操作，只要转速接近同步转速时就可并网。但异步发电机的并网也存在一些问题。例如直接并网时会产生过大的冲击电流(约为异步发电机额定电流的4～7倍)，并使电网电压瞬时下降。随着风力发电机组电机容量的不断增大，这种冲击电流对发电机自身部件的安全以及对电网的影响也愈加严重。过大的冲击电流，有可能使发电机与电网连接的主回路中自动开关断开;而电网电压的较大幅度下降；则可能会使低压保护动作，从而导致异步发电机根本不能并网。另外，异步发电机还存在着本身不能输出无功功率、需要无功补偿、过高的系统电压会造成发电机磁路饱和等问题。
目前，国内外采用异步发电机的风力发电机组并网方式主要有以下几种。
(1)直接并网方式
这种并网方法要求并网时发电机的相序与电网的相序相同，当风力机驱动的异步发电机转速接近同步转速(90%一100%)时即可完成自动并网，见图(2-6)所示，自动并网的信号由测速装置给出，然后通过自动空气开关合闸完成并网过程。这种并网方式比同步发电机的准同步并网简单，但并网瞬间存在三相短路现象，并网冲击电流达到4～5倍额定电流，会引起电力系统电压的瞬时下降。这种并网方式只适合用于发电机组容量较小或与大电网相并的场合。
(2)准同期并网方式
与同步发电机准同步并网方式相同，在转速接近同步转速时，先用电容励磁，建立额定电压，然后对已励磁建立的发电机电压和频率进行调节和校正，使其与系统同步。当发电机的电压、频率、相位与系统一致时，将发电机投入电网运行，见图(2-7)所示。采用这种方式，若按传统的步骤经整步到同步并网，则仍须要高精度的调速器和整步、同期设备，不仅要增加机组的造价，而且从整步达到准同步并网所花费的时间很长，这是我们所不希望的。该并网方式合闸瞬间尽管冲击电流很小，但必须控制在最大允许的转矩范围内运行，以免造成网上飞车。
(3)降压并网方式
降压并网是在异步发电机和电网之间串接电阻或电抗器或者接入自祸变压器，以便达到降低并网合闸瞬间冲击电流幅值及电网电压下降的幅度。因为电阻、电抗器等元件要消耗功率，在发电机进入稳态运行后必须将其迅速切除。显然这种并网方法的经济性较差。
(4)晶闸管软并网方式
这种并网方式是在异步发电机定子与电网之间通过每相串入一只双向晶闸管连接起来，来对发电机的输入电压进行调节。双向晶闸管的两端与并网自动开关K2的动合触头并联，如图2-9所示。
接入双向晶闸管的目的是将发电机并网瞬间的冲击电流控制在允许的限度内。图(2-9)示出软并网装置的原理。通过采集US和IS的幅值和相位，对晶闸管的导通角进行控制。具体的并网过程是:当风力发电机组接收到由控制系统微处理机发出的启动命令后，先检查发电机的相序与电网的相序是否一致，若相序正确，则发出松闸命令，风力发电机组开始启动；当发电机转速接近同步转速时(约为99 %-100%同步转速)，双向晶闸管的控制角同时由180度到0度逐渐同步打开，与此同时，双向晶闸管的导通角则同时由0度到180度逐渐增大，此时并网自动开关K2未动作，动合触点未闭合，异步发电机即通过晶闸管平稳地并入电网，随着发电机转速的继续升高，电机的转差率趋于零，当转差率为零时，双向晶闸管已全部导通，并网自动开关K2动作，短接双向晶闸管，异步发电机的输出电流将不再经双向晶闸管，而是通过已闭合的自动开关K2流入电网。在发电机并网后，应立即在发电机端并入补偿电容，将发电机的功率因数(cos }p)提高到0.95以上。由于风速变化的随机性，在达到额定功率前，发电机的输出功率大小是随机变化的，因此对补偿电容的投入与切除也需要进行控制，一般是在控制系统中设有几组容量不同的补偿电容，根据输出无功功率的变化，控制补偿电容的分段投入或切除。这种并网方法的特点是通过控制晶闸管的导通角，来连续调节加在负载上的电压波形，进而改变负载电压的有效值。目前，采用晶闸管软切入装置((SOFT CUT-IN)已成为大型异步风力发电机组中不可缺少的组成部分，用于限制发电机并网以及大小电机切换时的瞬态冲击电流，以免对电网造成过大的冲击。
晶闸管软并网技术虽然是目前一种较为先进的并网方法，但它也对晶闸管器件以及与之相关的晶闸管触发电路提出了严格的要求，即晶闸管器件的特性要一致、稳定以及触发电路可靠，只有发电机主回路中的每相的双向晶闸管特性一致，并且控制极触发电压、触发电流一致，全开通后压降相同，才能保证可控硅导通角在0度到180度范围内同步逐渐增大，才能保证发电机三相电流平衡，否则会对发电机
不利。
适合交流励磁双馈风力发电机组的并网技术
目前，适合交流励磁双馈风力发电机组的并网方式主要是基于定子磁链定向矢量控制的准同期并网控制技术，包括空载并网方式，独立负载并网方式，以及孤岛并网方式。另外，对于垂直轴型的双馈机组，由于不能自动起动，所以必须采用“电动式”并网方式。下面对各种并网方式的实现原理分别给予了简要介绍。
(1)空载并网技术
所谓空载并网就是并网前双馈发电机空载，定子电流为零，提取电网的电压信息(幅值、频率、相位)作为依据提供给双馈发电机的控制系统，通过引入定子磁链定向技术对发电机的输出电压进行调节，使建立的双馈发电机定子空载电压与电网电压的频率、相位和幅值一致。当满足并网条件时进行并网操作，并网成功后控制策略从并网控制切换到发电控制。如图(2-10)所示。
（2)独立负载并网技术
独立负载并网技术的基本思路为:并网前双馈电机带负载运行(如电阻性负载)，根据电网信息和定子电压、电流对双馈电机和负载的值进行控制，在满足并网条件时进行并网。独立负载并网方式的特点是并网前双馈电机已经带有独立负载，定子有电流，因此并网控制所需要的信息不仅取自于电网侧，同时还取自于双馈电机定子侧。
负载并网方式发电机具有一定的能量调节作用，可与风力机配合实现转速的控制，降低了对风力机调速能力的要求，但控制较为复杂。
(3)孤岛并网方式
孤岛并网控制方案可分为3个阶段。第一阶段为励磁阶段，见图(2-12)所示，从电网侧引入一路预充电回路接交—直—交变流器的直流侧。预充电回路由开关K1、预充电变压器和直流充电器构成。
当风机转速达到一定转速要求后，K1闭合，直流充电器通过预充电变压器给交—直—交变流器的直流侧充电。充电结束后，电机侧变流器开始工作，供给双馈电机转子侧励磁电流。此时，控制双馈电机定子侧电压逐渐上升，直至输出电压达到额定值，励磁阶段结束。
第二阶段为孤岛运行阶段。首先将Kl
断开，然后启动网侧变流器，使之开始升压运行，将直流侧
升压到所需值。此时，能量在网侧变流器，电机侧变流器以及双馈电机之间流动，它们共同组成一个孤岛运行方式。
第三阶段为并网阶段。在孤岛运行阶段，定子侧电压的幅值、频率和相位都与电网侧相同。此时闭合开关K2，电机与电网之间可以实现无冲击并网。并网后，可通过调节风机的桨距角来增加风力机输入能量，从而达到发电的目的。
(4)“由动式”并网方式
前面介绍的几种并网方式都是针对具有自起动能力的水平轴双馈风力发电机组的准同期并网方式，对于垂直轴型的双馈机组(又称达里厄型风力机)由于不具备自启动能力，风力发电机组在静止状态下的起动可由双馈电机运行于电动机工况来实现。
如图(2-13)所示，为实现系统起动在转子绕组与转子侧变频器之间安装一个单刀双掷开关K3，在进行并网操作时，首先操作K3将双馈发电机转子经电阻短路，然后闭合K1连接电网与定子绕组。在电网电压作用下双馈电机将以感应电动机转子串电阻方式逐渐起动。通过调节转子串电阻的大小，可以提高起动转矩减小起动电流，从而缓解机组起动过程的暂态冲击。当双馈感应发电机转速逐渐上升并接近同步转速时，转子电流将下降到零。在此条件下，操作K3断开串联电阻后将转子绕组与转子侧变频器相连接，同时触发转子侧变频器投入励磁。最后在成功投入励磁后，调节励磁使双馈发电机迅速进入定子功率或转速控制状态，完成机组起动过程。
这种并网方式实现方法简单，通过适当的顺序控制就能够实现不具备自起动能力的双馈发电机组的起动与并网的需要，如果电机转子侧安装有“CrowBarProtection”保护装置，则通过控制器投切“CrowBar Protection”就可以实现系统的起动与准同期并网。
空载并网方式并网前发电机不带负载，不参与能量和转速的控制，所以为了防止在并网前发电机的能量失衡而引起的转速失控，应由原动机来控制发电机组的转速。独立负载并网方式并网前接有负载，发电机参与原动机的能量控制，表现在一方面改变发电机的负载，调节发电机的能量输出，另一方面在负载一定的情况下，改变发电机转速的同时，改变能量在电机内部的分配关系。前一种作用实现了发电机能量的粗调，后一种实现了发电机能量的细调。可以看出，空载并网方式需要原动机具有足够的调速能力，对原动机的要求较高;独立负载并网方式，发电机具有一定的能量调节作用，可与原动机配合实现转速的控制，降低了对原动机调速能力的要求，但控制复杂，需要进行电压补偿和检测更多的电压、电流量。孤岛并网方式是一种近年来才提出的比较新颖的一种并网方式，在并网前形成能量回路，转子变换器的能量输入由定子提供，降低了并网时的能量损耗。
其中空载并网方式由于具有控制策略简单，控制效果好，而在实际机组中广泛采用，而负载并网方式、孤岛并网方式以及“电动式”并网方式由于存在控制系统较为复杂，系统稳定性差等缺点目前仍然停留在理论探索阶段。
双馈发电机并网控制与功率控制的切换
双馈风力发电系统并网控制的目的是对发电机的输出电压进行调节，使建立的DFIG的定子空载电压与电网电压的幅值、频率、和相位保持一致，当满足并网条件时进行并网操作，并网成功后进行最大风能追踪控制
.并网成功后一方面变桨距系统将桨叶节距角置于0以获得最佳风能利用系数，与此同时转子励磁系统开始进行最大功率点跟踪(Maximum Power pointTracking,MPPT)控制，以捕获最大风能。并网切换前后控制策略有较大差异，如果直接切换，则控制系统重新从零开始调节，必然引起转子电压的突变，从而造成并网瞬间系统产生振荡，这种振荡可能短时间内使系统输出有很大的偏差，致使控制量超过系统可能的最大允许范围，容易造成发电机损坏，而这在实际的并网过程中是十分不利的。为此，要达到发电机顺利、安全并网的目的还必须实现控制策略的无扰切换，使转子输出电压平稳的过渡到新的稳定状态。
双馈发电机的解列控制
本人xxx，于20xx年7月毕业于长春工程学院，热能与动力工程，毕业后进入唐山港陆钢铁有限公司动力厂，至今参加工作已，入职之后主要参与2X25MW煤气发电工程、烧结余热发电工程、2X80MW一二期煤气发电工程、2X80MW超净排放工程等项目的安装调试及大中修项目工作，负责项目设备安装调试及验收、设备技改等工作，并于20xx年12月取得助理工程师职称，任职后一直动力厂发电车间工作。现将我主要工作做如下总结：
一、2X25MW煤气发电建设和调试
20xx年7月毕业后来到公司，正值动力厂筹建25MW煤气发电项目，由于刚刚毕业，现场经验不足，于是自己一直扎根现场，将书本上的知识与现场相结合，理论联系实际，同时虚心请教学习，对于每个设备从认识到了解，是一个很充实的过程，从锅炉部件安装开始，从汽机每个独立的设备安装开始，每个设备最后都能熟悉其结构及原理，一直在整个筹建过程中跟踪学习，最后的锅炉、汽机单体试车，自己都全程参与，为后期顺序并网发电打下坚实的基础。在筹建整个过程中，自己的能力大大的提高了。
二、在煤气发电期间的基础工作
25MW煤气发电投产以后，涉及到很多方面的东西都需要慢慢的完善，参与并主持了各类规章制度的制定，设备点检制度及启、停机相关规程制度等，为机组稳定运行保驾护航。机组每年的大中修是机组一年运行最有利的技术保障，在整个加检修过程中，不论是一个手动的煤气阀门，煤气管道的检查及清理，还是各个设备的检查都要仔细认真，机组在平时停的机会很少，所以这样的大中修工作尤为重要。
机组稳定运行后工作重心就转移到机组设备的日常点检维护、保养，还有一项比较重要的工作就是机组运行安全及运行成本，包括机组煤气单耗等技术指标，在不断的生产中不断的区摸索、优化各类控制措施，力求各项指标达到公司
三、烧结余热发电项目的建设和调试
20xx年11月份，由于工作需要调入烧结余热工段，正值筹建余热发电项目，从开始的技术协议制定，到最后的.机组投运，自己一直在全程参与，从土建开始，由于第一次接触到余热锅炉，需要接触许多新的东西，对自己既是一个锻炼的过程，又是一个学习的机会，在整个余热发电建设的过程中，长期盯现场，各类系统安装、试漏都是自己亲力亲为，保证项目每个节点都一次性通过，一直到最后机组一次性并网成功，为机组日后稳定高产打下坚实基础。
四、80MW煤气发电的项目的建设和调试
1、20xx年底，由于新建80MW煤气发电一期项目，我被调入八万发电工段，由于新机组是超高压高温机组，与之前的机组相比较，不只发电量高，而且危险性更大。因此在筹建现场，对设备安装、调试，对系统的调试都亲力亲为，确保设备无问题运行，调试过程中发现的问题，及时找施工单位解决，确保运行安全。
2、20xx年初，二期项目开始筹备，在整个设备安装调试过程中，我一直现场盯办，对于之前一期机组出现过的问题，都在二期设备上认真检查，确认没问题后才算通过调试。10月机组顺利投产。
五、机组设备运行及维护
1、由于新建80MW煤气发电属于超高压、高温机组，是公司首个大型发电项目，因此投产后，我编制了各专业的运行规程、操作规程、启停机操作票等各项制度，约束大家的不规范操作，确保设备及人身的安全。针对各个设备不同特点，制度了设备点检表，要求运行人员对现场设备做到心中有数，有问题及时反馈，及时处理，不让事故扩大，确保机组稳定运行。
2、机组投产不久，公司要求了生产指标，不光单单是产量上的指标，而且要做到经济化、环保化。因此针对公司要求，我又制定了一些要求，确保各项指标达到公司要求，满足环保指标。
六、80MW煤气发电环保项目施工
随着现在国家对于环保的要求越来越严格，锅炉烟气排放指标也日益被关注，锅炉烟气排放中颗粒物、粉尘、CO指标超标，控制烟气指标就马上被提上日程，开始筹划超净排放工程，就是利用脱硫脱硝设备，控制锅炉烟气颗粒物、CO等指标，达到国家环保要求。
由于该系统在行业中很少应用，所以从前期的系统原理讨论，到整个系统运行安全评估及该系统所涉及到的设备选型，都是在以往经验基础上查阅各种资料，最终签订技术协议。在设备安装期间，对每个设备都认真调试，确保运行稳定，从施工后该系统运行的来看，已经达到了预期的效果，满足了环保的要求。
七、节能降耗
煤气消耗指标作为一个可控的经济技术指标，在成本控制及国家节能减排政策中占有相当重要的地位，通过一系列措施的执行，保证了机组的正常高效运行，为发电产能持续提升和整体成本指标的降低做出了贡献，这方面主要进行了以下几方面工作：
a)精细操作，认真调整，及时调整各项参数
b)定期清洗换热设备，确保真空度
c)定期倒换设备
d)加强现场设备管控
通过以上几个措施的实施，使煤气单耗有了很大的降低，但是节能减排工作是一个持续的过程，需要不断的巩固和标准化作业，在采取以上四项措施的同时又加强了对设备功能的改进和维护，及时处理设备出现的异常情况;进一步加强技术业务的培训工作和交流，提高职工队伍的技术水平;强化内部管理、严格考核，巩固目前以取得的成果;进一步完善相关制度。
八、质量成本控制
在产品质量就是生命的今日，在生产过程中对于产品质量的控制是非常重要的。
日常做好设备维护，减少设备故障率，发现设备问题立即处理，避免问题扩大。对于能维修的设备，绝不报备件，减少成本。
在正常生产中，调整运行参数在正常值内，不允许常时间超过正常值。
班中对员工做思想教育，提高成本意识,降低能源消耗。
九、安全、环保
80MW煤气发电锅炉区域是煤气作业区，说到安全工作就不能不说到煤气安全，在实际生产中只有让每一个员工心里树立起自觉安全意识，才是安全工作的最终效果，完善与加强炉区各项安全制度，并保证各项安全制度落到实处，同时加大考核力度，严厉打击各种习惯性违章，进一步完善危险源点辨识。煤气区域有非常规作业时，必须专人携带煤气报警仪现场监护，确保施工人员安全。
锅炉煤气插板阀由于使用年限较长，经常出现因腐蚀而泄漏煤气的情况，发现一处堵一处，避免漏点扩大，保证了生产安全和人身安全。
技术资料管理标准
2009-××-××发布 2009-××-××实施
××发电有限公司 发布
目 录
前言.....................................................................................................................................................1 1.范围...................................................................................................................................................2 2.规范性引用文件...............................................................................................................................2 3.术语和定义.......................................................................................................................................2 4.职责...................................................................................................................................................2 5.管理内容与要求...............................................................................................................................3 6.检查与考核.......................................................................................................................................7
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前言
为实现技术资料管理工作的规范化、程序化、标准化，制定本标准。
本标准为××发电公司发布的Q/××-××·××-××技术资料管理标准，自本标准实施之日起，原标准废止。
本标准由××发电公司提出。
本标准由××发电公司生产技术管理部门归口管理。本标准主要起草人：
审
核：
审
定：
批
准：
本标准于××××年××月发布。本标准于××××年××月实施。本标准由生产技术管理部门负责解释。
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技术资料管理标准
1.范围
为提高技术资料管理水平，规范技术资料管理的职能、内容与要求、检查与考核，特制定本标准。
本标准使用于××发电公司技术资料的各项管理工作。2.规范性引用文件
山东电力集团1999年5月 发电生产技术管理工作规定 ISBN978-7-5083-7778-0 火电机组检修全过程规范化管理
中国华电生[2005]1152号 中国华电集团公司技术改造管理办法（A版）3.术语和定义
3.1技术资料是指工作和生产中正在使用的技术图纸、技术照片和技术文字材料的总称。它包括说明、计划、方案、措施、总结、图纸、纪要、规程、条例、标准、规定、管理办法等。技术资料应具备科学性、服务性、完整性、系统性、真实性、时效性等特点。
3.2 技术方案是指工程实施项目的事由、设想、范围、内容、意义、投资、效益分析等。3.3 安全技术措施是指确保技术方案安全顺利实施的方法、步骤、手段、组织等。4.职责
4.1生产副总经理（总工程师）
4.1.1负责组织贯彻执行国家有关技术法规和上级颁发的有关技术规程、规范和各项技术管理制度，负责领导技术资料的管理工作。4.1.2 负责批准相关技术资料文件。
4.1.3 负责监督、检查技术资料管理标准执行情况，对检查发现的问题，提出考核。4.2 副总工程师
4.2.1 负责协助生产副总经理（总工程师）抓好技术资料各项管理工作。4.2.2 负责审定相关技术资料文件。
4.2.3 负责监督、检查技术资料管理标准执行情况，对检查发现的问题，提出考核意见。4.3 生产技术管理部门
4.3.1 是生产技术资料归口管理部门，负责基建、生产、设备、节能、大修、技改、科技、环保及各项技术资料的管理工作，业务上接受总工程师的指导。
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4.3.2 负责编制、审核技术文件（工程图纸、现场规程及各项措施计划）、技术分析报告和技术总结，对本单位的技术资料管理进行指导、监督和检查。
4.3.3负责分管范围内技术资料的收集整理、归档，并负责根据设备、系统的变动情况，及时修改与其有关的技术资料，对本部门各专业所保存技术资料的准确性、完整性、时效性负责。4.3.4负责对各部门提出的对现用技术资料的更改进行审核，并对更改的正确性负责。4.4 档案室
4.4.1 贯彻执行国家档案管理的工作规范和标准，对基建、生产、科研等活动中产生的技术资料，按管理标准进行科学地分类立卷管理，形成以本单位科技文件资料为主体的科技档案管理体系。4.4.2 负责原始技术资料的收集、统计、收档管理，并制定技术资料档案管理标准和制度。4.5 设备管理部门
4.5.1 负责建立健全所辖设备的出厂、检验、安装、试运、投产、检修、技改到报废的全过程技术资料。
4.5.2 负责编制本专业范围内的技术文件，技术分析报告和技术总结，报生产技术管理部门审核、总工程师批准。
4.5.3 定期检查分管技术资料的正确性和时效性，并负责根据设备、系统变更情况，及时修订、完善与其有关的技术资料，及时报生产技术管理部门审核，总工程师批准。4.5.4 在技术资料管理方面，接受生产技术管理部门门的业务指导和监督。4.6 运行部门
4.6.1 负责建立健全所辖设备投产试运、试验、运行、事故异常情况处理、检修技改直到报废全过程的运行技术资料。
4.6.2 负责编制设备运行技术文件，技术分析报告和运行总结，报生产技术管理部门审核，总工程师批准。
4.6.3 根据现场设备系统变化情况，及时修订，完善与其有关的运行资料，包括现场运行规程、图纸等，及时报生产技术管理部门审核，总工程师批准。
4.6.4在技术资料管理方面，接受生产技术管理部门门的业务指导和监督。5.管理内容与要求 5.1 技术资料管理的原则
5.1.1企业内部制定的、对指导生产和管理等所必需的技术资料，必须履行编制、审核、批准程序。对特殊和关系重大的技术资料，必须由编制部门组织专题会议分析讨论，并经有关部门会签，生产副总经理（总工程师）批准。
5.1.2 严格贯彻执行国家、华电集团、华电国际、电力研究院等颁发的技术资料文件，本企业编制的技术资料均不得与上述技术资料相抵触。
5.1.3 根据职责范围，生产技术管理部门、设备管理部门应分别保管相应范围内的技术资料，技术资料应根据管理标准进行分类、分项保管。
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5.1.4 对已超过使用期限或已不适应现场实际情况的技术资料，应进行及时清理，对有保存价值的作废资料，应专门立档保管，不能与现用资料混放在一起。对无保存价值的资料，应经技术部门批准后，方可清理销毁。
5.1.5 技术资料的管理部门和个人，必须了解该技术资料的内容和要求，技术资料实施前，必须确认技术资料的正确性，在执行过程中如有疑问，可向编制或审核部门或人员提出，待确认后再执行。5.1.6 技术资料的更改，必须按程序进行审核和批准。审核部门和人员要认真分析了解原文件的内容和要求，更改的文件资料，必须审核、批准原文件的同一部门负责。修改后的技术资料，应立即书面传达到有关部门，有关部门要认真组织对相应技术资料的修订。
5.1.7充分利用计算机等现代化手段，提高绘制、保存、修改、检索技术资料的质量，提高技术资料信息化、智能化管理水平。5.2 技术资料管理的内容 5.2.1 建立健全综合性技术资料
5.2.1.1 设备等效可用系数完成情况及发电设备非计划停运资料。5.2.1.2 供电煤耗率及发电水耗率完成情况资料。5.2.1.3 燃料检斤、检质率统计资料。5.2.1.4 环境保护资料。5.2.1.5 安全生产情况记录资料。5.2.1.6 机组大修资料。5.2.1.7 职工全员培训资料。5.2.1.8 设备事故综合分析资料。
5.2.1.9 设备计划停运、非计划停运及降出力事件技术资料。5.2.1.10 其他有关安全生产、经济运行的基础资料。5.2.2 建立健全专项技术资料 5.2.2.1 安全管理资料
a）建立安全分析例会和班组安全活动资料。主要记录会议日期和参加会议的领导、月度安全情况分析、安全方面存在的问题及处理情况，下月安全工作重点等。
b)“两措”资料。包括“两措”计划及实际完成情况，完成率、未完成项目原因及变更批准手续，实施过程中存在的问题、完成后的效益分析等。
c)“工作票”、“操作票”及“反事故安全措施”执行情况相关资料。
d)各种安全大检查资料及违章档案等资料。包括重点内容、时间安排、检查要求、组织领导及考核方法等。
e)建立健全违章档案资料。5.2.2.2设备管理资料
a)生产设备泄漏治理和动态管理资料（包括设备评定级资料、设备缺陷管理资料、设备异常情
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况记录等）
b)生产设备管理原始记录、台帐；设备治理规划；重大技改项目管理资料；反事故技术措施。c)设备管理标准制度（包括检修、运行、技术监督、设备评定级、设备缺陷、《检修工艺规程》、《检修文件包》、备品配件和计量管理等制度标准）。
d)重大技改项目管理资料。包括立项报告、可研报告、实施计划、投入产出比、效益分析等。e)备品配件管理资料，备品清册。
f)设备缺陷管理资料。管理制度健全，并严格执行，并实行动态管理的记录。
g)机组大、小检修资料（检修准备阶段文件资料、检修过程阶段文件资料、检修总结阶段文件资料）。
(1)检修准备阶段文件资料：是指必须在检修工作开工前规定时间内完成的资料，包括计划性文件、操作性文件、管理性文件、其他文件等。
(2)检修过程阶段文件资料：是指检修过程中所产生的技术资料，包括修中检修作业文件包及其附件（调试记录、质量缺陷报告、再鉴定单、不符合项报告、施工质量整改通知单等）、设备异动竣工报告、设备定期检修项目延期申请单、设备检修项目变更申请单、其它现场记录资料等。
(3)检修总结阶段文件资料：是指检修工作结束后，对检修工作进行总结评价而产生的资料，包括重大特殊项目的技术措施及施工总结、改变系统和设备结构的设计资料和图纸、质量监理报告、检修技术记录和检修专题总结、检修工时、材料消耗统计资料、质量监督验收资料、检修前、后机组热效率试验报告、汽轮机检修前、后调速系统特性试验报告、汽轮机叶片频率试验报告、重要部件材料和焊接试验、鉴定报告、修后检修作业文件包及其附件、设备试运行记录、各专业检修交待、项目后评估报告、冷热态验收总结评估报告、机组检修竣工报告单、机组检修总结报告等。
h)运行管理资料。
(1)运行管理制度标准、现场运行规程。
(2)运行分析资料、运行小指标竞赛资料、运行设备定期试验资料。(3)调度管理资料。包括调度管理制度及人员责任制落实。
(4)“两票三制”管理资料。包括管理办法和规定及执行情况的总结资料。5.2.2.3节能管理资料。
a)节能管理体系资料及节能活动记录资料。b)节能规划、计划及节能管理实施细则。
c)省煤、节电、节水、节油、节约原材料奖惩措施资料。
d)节能管理基础资料，包括能源消耗的各种原始记录、台帐及报表，能源计量器具配备资料及能耗指标计算资料。
e)经济运行和经济调度资料。包括各主要经济指标完成情况的资料。
f)燃料管理资料。包括燃煤生产日报、台帐、煤质分析报告、燃料检斤、检质率统计资料、燃料化验资料
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5.2.2.4技术监督、科技进步与环境保护资料。
a)科技管理体系及科技中、长期计划和实施计划资料，科技项目完成后的技术报告、试验报告、鉴定（验收）结论、投入产出比及效益分析报告等。
b)环境保护的中长期计划，向上级部门上报的环境保护各类报表等。
c)技术监督的计划、总结等内容，包括金属、化学、环保、热工、电测仪表、高电压、继电保护、汽机、锅炉、励磁、电能质量技术监督资料。
d)热工自动保护、继电保护投入率和保护装置正确动作率统计资料。5.2.3技术资料的保存 5.2.3.1 档案室
a)新建或扩建机组施工的整套设计图纸、技术文件、设计变更单、重要设计修改图、地下管线图、电缆埋设和接地装置等竣工图、热工、电气仪表二次接线图等。
b)制造厂的整套安装图纸、说明书、证明书。c)材料特性试验记录。
d)建筑及安装工程质量检查记录和验收签证。
e)施工过程中补充的地质及水文资料及建筑物、构筑物、大型设备基础的沉降观测记录。f)建筑物、构筑物、大型设备的主要测量放线记录及水准记录表。g)安装记录和分部试运及调试试验记录。h)72小时整体试运记录。
i)机组历次大修、重大改造项目记录。5.2.3.2 生产技术管理部门
a)主要设备及主要辅助设备台帐。b)机组大修、小修、更改资料。c)备品配件、事故配品资料。
d)上级下达的有关生产管理的各类制度、规定、规程等各类技术资料。e)“两措”资料。f)设备管理资料。g)运行管理资料。h)节能管理资料。
i)技术监督、技术进步及环境保护资料。k)计量管理资料。l)可靠性管理资料。5.2.3.3 设备管理部门
a)主要设备及主要辅助设备台帐或卡片。b)机组大修、更改资料。
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c)备品配件、事故配品资料。
d)上级下达的有关生产管理的各类制度、规定、规程等各类技术资料。e)“两措”资料。f)设备管理资料。g)运行管理资料。h)节能管理资料。
I)技术进步及环境保护资料。j)设备评定级资料。k)设备检修验收单。l)设备异常情况记录。m)设备运行分析记录。5.2.4技术资料管理的流程要求
5.2.4.1 部门或个人保存的技术资料，应根据资料的时效性，做好资料的“受控”、“非受控”、“作废”标识。
5.2.4.2 技术资料一般不允许外借，技术资料需外借时，应由生产副总经理（总工程师）批准。到档案室借阅资料，按档案室管理规定执行。
5.2.4.3 技术资料管理人员岗位变动后，应做好技术资料的交接，交接双方履行签字手续，防止技术资料的丢失。
5.2.4.4 生产技术类文件资料，由生产技术管理部门确定发放范围，领取部门必须签字，领取部门在向下下发时，也必须做好发放统计。
5.2.4.5生产技术资料的修改，由原技术资料起草部门提出修改，生产技术管理部门审核，副总工程师审定。对重要的规程标准等的修订，必须由有关部门会签后，生产技术管理部门审核，副总工程师审定，生产副总经理（总工程师）批准。
5.2.4.6 修改后的文件资料批准后，由编制部门向使用部门下发文件资料更改通知，各保管使用者应将更改内容填写在附页上或在原内容上更改。
5.2.4.7 设备系统改进后，相应的图纸及底图由生产技术管理部门组织按本规定进行修改，更改后的图纸及底图应完整地交档案室保存。
5.2.4.8 文件、资料的保存时限应按有关规定执行。超过有效期限、被新版本代替，应停止使用予以作废，根据文件情况，进行销毁或作废保存。6.检查与考核
关键词：太阳能,光伏电池,光伏阵列,光伏发电系统
0 引言
众所周知,太阳能是一种用之不竭、储量巨大的清洁可再生能源,每天到达地球表面的辐射能量相当于数亿万桶石油燃烧的能量[1],太阳能开发与利用正逐步成为各国政府重点发展的战略。热能和光能利用是太阳能应用的两种重要形式。“光伏发电”是利用光伏电池的光伏效应将太阳光的光能直接转换为电能的一种可再生、无污染的发电方式,正在全球范围内迅猛发展,其不仅要替代部分化石能源,而且未来将成为世界能源供应的主体,是世界各国可再生能源发展的重点。本文阐述了太阳能光伏发电系统的基本结构和工作原理,综述了国内外光伏发电技术的发展现状及发展趋势。
1 光伏电池的原理及发展现状
1839年,法国的Edmond Becquerel发现了“光伏效应”,即光照能使半导体材料内部的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流。光伏电池是基于半导体P-N结接受太阳光照产生光伏效应,直接将光能转换成电能的能量转换器。1954年,美国Bell实验室的G. Pearson等发明了单晶硅光伏电池,其原理如图1所示。
图1中,太阳光照射到光伏电池表面,其吸收具有一定能量的光子,在内部产生处于非平衡状态的电子-空穴对;在P-N结内建电场的作用下,电子、空穴分别被驱向N,P区,从而在P-N结附近形成与内建电场方向相反的光生电场;光生电场抵消P-N结内建电场后的多余部分使P,N区分别带正、负电,于是产生由N区指向P区的光生电动势; 当外接负载后,则有电流从P区流出,经负载从N区流入光伏电池。
图2为光伏电池等效电路,其中,Iph为与光伏电池面积、入射光辐照度成正比的光生电流(1cm2硅光伏电池的Iph值为16～30mA[1]);ID,Ish分别为P-N结的正向电流、漏电流;串联电阻RS主要由电池体电阻、电极导体电阻等组成(RS一般<1Ω);旁漏电阻Rsh由硅片边缘不清洁或体内缺陷所致(Rsh一般为几kΩ);RL为外接负载电阻,IL,UO分别为光伏电池输出电压、电流;当负载开路(RL=∞)时, UO即为开路电压Uoc,其与环境温度成反比、与电池面积无关(在100mW/cm2的光谱辐照度下,硅光伏电池的Uoc一般为450～600mV[2])。
与图2对应的光伏电池解析模型为[1]:
上式中,Isc为RL=0时的短路电流(A);T为环境温度(K);Tref为参考温度(一般取298K);S为实际太阳光辐照度(W/m2); CT为温度系数(A/K);q=1.6×10-29C;k=1.38×10-23J/K;n,ID0分别为二极管排放系数、反向电流;Eg为表征半导体禁带宽度的常量(V)。
实用中,为了满足负载需要的电压、电流,需将多个容量较小的单体光伏电池串、并联成数瓦到数百瓦的光伏模块(其输出电压一般在十几～几十V),进一步可将多个光伏模块串、并联成光伏阵列。图3为在环境温度25℃(T=298K) ,太阳光辐照度S=1000W/m2条件下某光伏模块(其解析模型参数参见文献[1])的仿真输出特性。
图3表明,一定的温度、照度下,光伏电池对应存在一个可能的最大功率输出运行点(Pmax=UpmaxIpmax),但实际工作点则是光伏电池伏安特性与负载伏安特性的交点。图3(a)中,给出了3条不同阻值RL1,R*L,RL2的电阻负载伏安特性(RL1<R*L<RL2),其与光伏电池伏安特性的3个交点A,M,B则为对应的3个实际工作点,只有当负载电阻RL=R*L时光伏电池才运行在最大功率点M,输出最大功率Pmax(UpmaxIpmax)。事实上, 光伏电池的短路电流与辐照度成正比,开路电压与温度成反比, 辐照度增加、温度降低将使其最大功率增加[1,2,3,12],故随着天气(辐照度、温度)变化,应实时调整负载的伏安特性使其相交于光伏电池伏安特性的最大功率输出点处,以实现“最大功率点跟踪(MPPT)”。
自1954年实用光伏电池问世至今,晶体硅光伏电池占了光伏电池总产量的80%以上,广泛应用的单晶硅光伏电池光电转换效率已接近25%;多晶硅光伏电池的光电转换效率虽较低,但其材料成本较低,可望成为主导产品之一[1,2,5]。随着光伏产业的迅猛发展,具有半导体材料消耗少、易批量生产、低成本、对弱光转化率高、易实现光伏建筑一体化等优势的薄膜光伏电池成为第二代光伏电池研发的重点,其中,1976年问世的非晶硅薄膜光伏电池实验室效率已达12.8%[2];20世纪80年代兴起的铜铟硒(CIS) 多晶薄膜光伏电池实验室效率已接近20% [5]。进入21世纪,以提高光电转换效率、降低成本为目标的第三代光伏电池,如叠层、玻璃窗式、纳米光伏电池等研究方兴未艾[1,5]。
2 光伏发电系统的结构和工作原理
2.1 离网型光伏发电系统
离网型光伏发电系统亦称为独立光伏发电系统,图4为其典型结构示意图。
图4中的蓄电池是离网型光伏发电系统中必不可少的储能器件,光伏阵列受太阳光照发出的电能通过控制器、DC/DC变换器对蓄电池进行高效、快速充电;而蓄电池储存的电能可通过放电器向直流负载馈电或经DC/AC变换向交流负载供电。控制器根据当前工况通过对DC/DC变换器控制调整光伏阵列等效负载的大小,实现MPPT; 另一方面,控制器采用正弦波调制(SPWM)或空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术对电压源型DC/AC逆变器进行控制以输出总谐波畸变率低、稳定可靠的交流电。防反充二极管可防止蓄电池对光伏阵列放电,以避免反向电流损坏光伏阵列。
离网型光伏发电系统主要应用于远离公共电网的无电地区[2]或容量较小(一般不超过几百瓦)的户用光伏系统[1]。
2.2 并网型光伏发电系统
并网型光伏发电系统与公共电网相联接,其典型结构示意图如图5所示。
图5中,实现MPPT的前级DC/DC变换控制与实现逆变、并网控制的后级DC/AC PWM控制独立,降低了后级逆变器并网工作与光伏阵列输出功率的相互影响,在提高太阳能利用率的同时,提高并网电流品质[12]。
并网型光伏发电系统具有太阳能利用率高、可省略蓄电池储能环节、发电成本较独立型光伏发电显著降低等优点[10],其是光伏发电技术发展的趋势,主要有大型联网光伏电站和住宅联网型光伏系统两大类,其中,光伏系统与建筑相结合(BAPV)的住宅屋顶联网型光伏系统已成为光伏产业的一个热点[2,4]。
并网型光伏发电系统的关键技术包括光伏阵列MPPT、逆变、并网控制、并网保护及孤岛效应检测等[1,11,12]。
3 光伏发电技术的发展趋势
光伏发电技术研究始于1839年“光伏效应”的发现。1954年, G. Pearson 等开发出光电转换效率为6%的单晶硅光伏电池,其为现代晶体硅光伏电池的雏形。目前,高效晶体硅光伏电池和各类薄膜光伏电池是世界光伏产业的热点之一[1,2,3]。
在光伏发电技术开发之初的20世纪70年代,由于制造成本高,光伏发电仅用于人造卫星、海岛灯塔等场所,1976年全球光伏电池 年产量仅几百千瓦[2]。20世纪80年代以来,随着光伏电池技术的不断进步、成本不断降低(2003年,国际市场光伏模块的售价已降至2.5～3美元/瓦;2008年,美国First Solar公司CdTe薄膜光伏电池成本为1美元/瓦),光伏产业迅猛发展, 1997年全球光伏电池年产量为163.3MW,2007年则增至3733MW[1,2]。近年来,世界光伏产业以每年超过30%的速度递增,成为发展速度最快的行业之一。到2009年底,全球光伏发电装机容量累计达2300万千瓦,当年新增装机约为700万千瓦[6]。
近年来,并网光伏发电的应用比例快速增长,已成为光伏发电的主导市场。1996年,并网光伏系统比例仅为7.9%,而2007年则增加至80%左右。目前,光伏与建筑相结合的分布式并网系统市场份额远大于大型联网光伏电站;而大型联网光伏电站是可再生能源发电的重要发展方向,其容量可达MW或GW级,所发电能可直接并入高压电网[7,11]。据国际能源组织(IEA)预测[13]:2020年世界光伏发电的发电量占总发电量的1%,2040年则占总发电量的20%。
我国对光伏电池的研究始于1958年。20世纪80年代以前,光伏电池年产量一直低于10kW。进入21世纪以来,我国光伏产业的生产能力快速扩大,2000年光伏电池年产量猛增至3MW;2007年,成为世界最大的光伏电池生产国,占世界总产量的27.2%;2008年产量达2000MWP,仍居世界第一[15]。2007年,无锡尚德位居世界光伏电池生产厂产量第3。2007年,我国光伏发电装机容量累计达10万千瓦;2008年约为15万千瓦;2009年则增为31万千瓦。目前,我国光伏发电系统主要为离网型,今后将逐步向并网型光伏发电系统方向发展。据《可再生能源中长期规划》,到2020年全国建成2万个屋顶光伏发电项目,总容量100万千瓦[2]。
综观世界光伏发电技术几十年来的发展历程,呈现出如下发展趋势[1,2,13,14,15,16,17]:晶体硅光伏电池光电转换效率和生产技术水平持续提高; 随着晶体硅光伏电池的硅片厚度不断降低,硅材料消耗不断减小,光伏电池生产成本大幅降低; CdTe、非晶硅、CIS等薄膜光伏电池已逐步进入市场,随着薄膜光伏电池技术不断进步,薄膜光伏电池的市场份额将快速增长;多晶硅薄膜光伏电池的光电转换效率不断接近晶体硅光伏电池,成本远低于晶体硅光伏电池,发展前景广阔;叠层、量子点、多能带、热光伏、多载流子光伏电池等方兴未艾的新一代光伏电池将克服第一代硅光伏电池成本高、第二代非晶硅等薄膜光伏电池光电转换效率低的局限,且有原材料丰富、无毒等优点;光伏发电产业专用设备和仪器制造技术不断进步,光伏电池生产规模及生产能力快速增长,光伏模块价格大幅降低;并网型光伏发电的应用比例不断增加,逐步成为光伏发电的主流, 光伏系统与建筑相结合的太阳能建筑逐步进入商品化生产时期。
尽管与传统发电方式相比,目前光伏发电的成本仍偏高,尚不具备大规模商业开发的条件,但以太阳能为主体的新能源将成为21世纪世界能源供应的主体,可以预测随着光伏产业的快速发展,光伏发电的成本将不断下降并逐步逼近传统发电成本的水平,从而成为具备竞争能力的可再生能源[13]。
关键字 风能 发电技术 现状
地球上的风能资源极其丰富。据专家估计，全世界风能资源总量为每年2万亿kW，也就是说，仅l%的地面风力就能满足全世界对能源的需求。由于风力发电技术的不断发展，风力发电的成本已与火力发电相当。因此，风力发电越来越受到世界各国的重视。
一、世界风力发电的现状
从1974年起，美国开始对风能利用技术进行系统的研究，能源部对风能项目的投资已超过25亿美元。丹麦是最早利用风力发电的国家，其风电规模居世界第3位，总装机容量达到l 450 MW，风力发电量占丹麦总发电量的3%左右。丹麦的风力透平发电机制造水平及制造能力均位于世界前列，全球10大风机制造商中，丹麦有6家。
目前，德国是世界风力发电规模最大的国家，其风力发电的装机容量已达3 000 MW。德国的风机制造能力强、水平高，全球10大风机制造商中，德国占有2家。另外，西班牙，印度，意大利，日本等国风力发电的规模也都位于世界前列。
二、我国风力发展的现状
我国风能资源比较丰富，全国可开发利用的风能资源总最为2.5亿kW。东南沿海、山东和辽宁沿海及其岛屿、内蒙古北部、新疆北部、甘肃等地区均属风能资源丰富区，年平均风速26 m/s，有效风能密度≥200 w/m2，有很好的开发利用条什。在我国风力资源较丰寓的边远、无电、缺电地区宜发展中小型独立运行的风电系统，以解决这些地区的生活用電和部分生产用电；在风力资源丰富的南方，电网通达的地区，应以发展较大规模的并网风电系统为主，补充和部分替代常规能源，提高当地的环境质最。
三、我国风力发电面临的问题
在风力发电迅猛发展、风力发电前景日益广阔的情况下，风力发电临着一些急待解决的问题。从大的方而讲，风力发电面临两大课题。第一，风山发电还主要用于高风速的强风地带，这主要是考虑该地带风能密度大，其发电效果比较明显，但风力过强，也给风力发电机的设计、使用和维护带来困难。另外，地球上更多的地方是巾、低风速的弱风地带，如何利川这些地带的风能，值得很好研究；还有在很多地形复杂、不适丁‘联网发电的地区（如雪原、孤岛、居民分散的偏僻地区等）如何进行风力发电的问题，也值得研究，第一，刘于经济实力相对较弱的地区，人们还更多考虑的是风电成奉问题，在风电成本略高于火电的当前，努力降低风力发电的成本是推动风力发电的重要途径。在降低成本的诸多因素中，从提高技术水平出发求提高风力机组的年发电量是一个重要的方面。
近年来，单机容量不断增大，是风力发电技术的显著特点之一。单机容量大，有利于降低每下轧的制造成本。今后2兆瓦以上级风电机组将成为风电场主导。通过结构动力学的研究，改进设计，避免或减少由于风的扰动引起的有害负荷，减少应力，减轻相关部件及机组整体的质量，从而降低成本。
采用新型整体式驱动系统是另一个改进方向，集主传动轴、变速箱和偏航系统为体，这就使整个风力机传动系统简化，提高了传动效率、传动质量及可靠性，降低了制造、安装、维护的费用。采用新型叶片的翼型设计，从而捕获更多的风能。美国国家可再生能源实验室丌发了一种新型叶片，其捕获风能的能力比通常叶片提高20%，现在通川的叶片最大风能利川系数在45%左右，可见，叶片翼型设计的改进方面还有较大的发展空间。
四、结束语
近年来风力发电迅猛发展，年递增率在25%左右，我国风力发电成本比较高，影响了我国风电的发展。更广泛、更有效地利用风能，提高风力发电的效益、降低其成本，利于促进风电事业的发展具有十分重要的意义。
参考文献：
[1]杨书平.风电发展现状分析.大连民族学院学报，2003，3（1）
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