1、7 畢業設計（論文） 題目 小型水風光互補系統設計 學生姓名 學 號 專 業 班 級 指導教師 評閱教師 完成日期:2015年10月 22日畢業設計（論文）開題報告題 目：小型水風光互補系統設計學生姓名：專 業：電力系統及自動化指導老師：1、 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斷上升，能源危機將成為人類最主要，最大的危機，發展可再生能源越來越成為世界各國的主攻研發方向和競爭目標，誰能領先，誰就會成為未來新貴，新霸主。電力作為重要的二次清潔能源，它的生產將主要依托可再生能源，從而如何利用可再生能源發電將是一個重大課題。二、研究目的及意義1、利用水能、風能、太陽能的互補性，

2、可以獲得比較穩定的輸出，系統有較高的穩定性和可靠性;2、在保證同樣供電的情況下，可大大減少儲能蓄電池的容量;3、通過合理地設計與匹配，可以基本上由水風光互補發電系統供電，很少或基本不用啟動備用電源如柴油機發電機組等，可獲得較好的社會效益和經濟效益。三、研究的內容、途徑及技術線路水風光互補發電系統主要由水力發電機組、風力發電機組、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組成，系統結構圖見附圖。該系統是集水能、風能、太陽能及蓄電池等多種能源發電技術及系統智能控制技術為一體的復合可再生能源發電系統。1、水力發電部分是利用水能機將水能轉換為機械能，通過水力發電機將機械能轉換為電能，

3、再通過控制器對蓄電池充電，經過逆變器對負載供電;2、風力發電部分是利用風力機將風能轉換為機械能，通過風力發電機將機械能轉換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，經過逆變器對負載供電;3、光伏發電部分利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、逆變系統由幾臺逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標準的220v交流電，保證交流電負載設備的正常使用。同時還具有自動穩壓功能，可改善風光互補發電系統的供電質量;5、控制部分根據日照強度、風力大小及負載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態進行切換和調節:一方面把調整后的電能直接送往直流或交流負載。另一

4、方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。發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，保證了整個系統工作的連續性和穩定性;6、蓄電池部分由多塊蓄電池組成，在系統中同時起到能量調節和平衡負載兩大作用。它將風力發電系統和光伏發電系統輸出的電能轉化為化學能儲存起來，以備供電不足時使用。四、發展趨勢中國擁有世界上最多的人口，近年來經濟快速增長。但中國目前的能源結構主要依賴燃煤發電，從而對環境產生了許多負面影響，特別是對空氣和水資源的污染。國際能源機構（IEA）曾預測從2005年到2030年中國新增加的溫室氣體排放（42%）將和世界上其他國家排放總量（不包括印度，44%）相當。中國會取代美國成為世界

5、上最大的溫室氣體排放國。發展可再生能源技術是減少溫室氣體排放和改善環境的有效措施之一?？稍偕茉窗l電技術的應用，既包括大型的發電廠，如我國已經大規模發展的并網風力發電場、正在發展的太陽能并網發電場、也包括獨立運作的用于西部無電地區電力建設的集中供電系統（村落電站）和戶用系統。多年來，在我國各級政府的努力下，我國的無電人口已經從2000年的5%左右減少到不足1%，取得了舉世矚目的成就。但是，不容忽視的是，這些尚未解決用電問題的人口主要分布在西北地區和孤島，經濟欠發達，交通不便利，生產性負載小，延伸電網的經濟性非常差，甚至不可能。另外，我國還有大量的邊防哨所，移動通信基站等，遠離電網，迫切需要提供

6、問穩定可靠的電力供應?？稍偕茉椽毩㈦娬緸闈M足這些需求提供了現實的可行性。五、工作進度起始日期要求完成的內容及質量1、2015.6.12015.6.31、完成開題報告2、2015.6.32015.6.52、完成畢業生及（論文）初稿，指導老師審核3、2015.6.52015.6.63、完成畢業設計（論文），裝訂成冊，連同電子文檔一并上交指導老師。4、2015.6.62015.6.94、指導老師完成畢業設計（論文）的批閱，評閱小組完成畢業設計（論文）的評閱。5、2015.6.92015.6.105、畢業答辯六、參考文獻書籍：1.光伏發電雜志2.風力發電技術3.水力發電技術4.電氣設備5.直流系統設

7、計6.電氣逆變技術7.電機技術8.網絡資源三峽電力職業學院畢業設計（論文）課題任務書（ 2015- 2016 學年）學院名稱：課題名稱小型水風光互補系統設計學生姓名專業發電廠及發電系統學號指導教師任務書下達時間2015.5課題概述：分布式電源，是指位于用戶附近，所發電能就地利用，以10千伏及以下電壓等級接入電網，且單個并網點總裝機容量不超過6兆瓦的發電項目。包括太陽能、天然氣、生物質能、風能、地熱能、江河海洋能、資源綜合利用發電等類型。水風光互補發電系統主要由水力發電機組、風力發電機組、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組成，系統結構圖見附圖。該系統是集水能、風能、太

8、陽能及蓄電池等多種能源發電技術及系統智能控制技術為一體的復合可再生能源發電系統。(1)水力發電部分是利用水能機將水能轉換為機械能，通過水力發電機將機械能轉換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，經過逆變器對負載供電;(2)風力發電部分是利用風力機將風能轉換為機械能，通過風力發電機將機械能轉換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，經過逆變器對負載供電;(3)光伏發電部分利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)逆變系統由幾臺逆變器組成，把蓄電池中的直流電變成標準的220v交流電，保證交流電負載設備的正常使用。同時還具有自動穩壓功能，

9、可改善風光互補發電系統的供電質量;(5)控制部分根據日照強度、風力大小及負載的變化，不斷對蓄電池組的工作狀態進行切換和調節:一方面把調整后的電能直接送往直流或交流負載。另一方面把多余的電能送往蓄電池組存儲。發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，保證了整個系統工作的連續性和穩定性;(6)蓄電池部分由多塊蓄電池組成，在系統中同時起到能量調節和平衡負載兩大作用。它將風力發電系統和光伏發電系統輸出的電能轉化為化學能儲存起來，以備供電不足時使用。風光互補發電系統根據風力和太陽輻射變化情況，可以在以下七種模式下運行:1、 風力發電機組單獨向負載供電;2、 光伏發電系統單獨向負載供電;3、

10、 水力發電機組單獨向負載供電;4、 水力發電機組和光伏發電系統聯合向負載供電。5、 風力發電機組和水力發電機組聯合向負載供電;6、 風力發電機組和光伏發電系統聯合向負載供電；7、 三組同時聯合向負載供電。水、風、光互補發電比單獨水力、發電或光伏發電有以下優點:1、利用水能、風能、太陽能的互補性，可以獲得比較穩定的輸出，系統有較高的穩定性和可靠性;2、在保證同樣供電的情況下，可大大減少儲能蓄電池的容量;3、通過合理地設計與匹配，可以基本上由水風光互補發電系統供電，很少或基本不用啟動備用電源如柴油機發電機組等，可獲得較好的社會效益和經濟效益。要求閱讀或檢索的參考資料及文獻（包括指定給學生閱讀的外文

11、資料）：1.光伏發電雜志2.風力發電技術3.水力發電技術4.電氣設備5.直流系統設計6.電氣逆變技術7.電機技術8.網絡資源設計（論文）成果要求：（包括外文翻譯、開題報告、設計或論文正文的數量和質量等要求等）一、小型光伏發電系統二、小型風力發電系統三、小型水力發電系統四、三能互補系統其它要求：（如設計型課題的原始資料及主要參數要求或論文型課題的論點、論據、邏輯性要求等）進度及要求起止日期要求完成的內容及質量1、2015.6.12015.6.32、2015.6.32015.6.53、2015.6.52015.6.64、2015.6.62015.6.95、2015.6.92015.6.101、完成

12、開題報告2、完成畢業設計（論文）初稿，指導老師審核。3、完成畢業設計（論文），裝訂成冊，連同電子文檔一并上交指導老師。4、指導老師完成畢業設計（論文）的批閱，評閱小組完成畢業設計（論文）的評閱。5、畢業答辯。審核（教研室主任）批準（系主任） 目 錄摘要 1前言 11小型光伏發電系統 1 1.1光伏發電的基本原理 1 1.2光伏發電系統的組成2 1.3 小型獨立光伏發電系統 32 小型風力發電系統 32.1風力發電系統的基本原理32.2風力發電系統的組成4 2.3 小型獨立風力發電系統53 小型水力發電系統 6 3.1 水力發電系統基本原理 6 3.2水力發電系統的組成 7 3.3小型獨立水力發

13、電系統 74 水風光三能互補系統 8 4.1 水風光三能互補系統基本原理 8 4.2水風光三能互補系統的組成 9 4.3水風光三能互補系統發電10 4.3.1水風光三能互補系統發電分析其運行模式 105.水風光優缺點 13致謝 14參考文獻 1515 小型水風光互補系統學 生：吳迪指導教師：李玉清 （三峽大學職業技術學院）摘要 水風光互補發電系統主要由水力發電機組、風力發電機組、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組成，系統結構圖見附圖。該系統是集水能、風能、太陽能及蓄電池等多種能源發電技術及系統智能控制技術為一體的復合可再生能源發電系統。關鍵詞：發電機組、并網發電、基

14、本原理、控制器、逆變器，交直流負載前言本論文主要論述太陽能獨立發電系統，風力獨立發電系統，水力獨立發電系統和水風光互補發電系統的有關重要問題，介紹了各自發電技術的基本原理，各自電力系統的重要組成等，主要的是及水風光互補系統、相關問題分析以及運行管理等知識。1 小型光伏發電系統本章摘要：光伏發電部分利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。本章關鍵詞：光伏發電、太陽能、電池板、逆變器、(直流電轉換為交流電)1.1 光伏發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區流向p區，電

15、子由p區流向n區，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-電轉換方式通過利用太陽輻射產生的熱能發電，一般是由太陽能集熱器將所吸收的熱能轉換成工質的蒸氣，再驅動汽輪機發電。前一個過程是光-熱轉換過程;后一個過程是熱-電轉換過程，與普通的火力發電一樣.太陽能熱發電的缺點是效率很低而成本很高，估計它的投資至少要比普通火電站貴510倍。(2) 光-電直接轉換方式該方式是利用光伏效應，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

16、轉化為電能的器件，是一個半導體光電二極管，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，產生電流。當許多個電池串聯或并聯起來就可以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，具有永久性、清潔性和靈活性三大優點.太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用;與火力發電、核能發電相比，太陽能電池不會引起環境污染。1.2系統組成太陽能電池方陣、直流操作箱、光伏監控系統，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜1.3光伏獨立發電系統太陽能光伏并網發電系統中，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，再通過光伏并網逆

17、變器中的功率變換及控制系統將直流電能轉化為符合電網電能質量要求的交流電。2 小型風力發電系統本章摘要：風力發電部分是利用風力機將風能轉換為機械能，通過風力發電機將機械能轉換為電能，再通過控制器對蓄電池充電，經過逆變器對負載供電;關鍵詞：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、并網控制器、蓄電池組2.1風力發電的基本原理風能具有一定的動能，通過風輪機將風能轉化為機械能，拖動發電機發電。風力發電原理是利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電機發電的。2.2風力發電系統組成風力發電電源由風力發電組、支撐發電機組的塔架、蓄電池充電控制器、逆變器、卸荷器、

18、并網控制器、蓄電池組等組成;風力發電機組包括風輪、發電機;風輪中含葉片、輪轂、加固件等組成;它有葉片受風力旋轉發電、發電機機頭轉動等功能。風速選擇:低風速風力發電機能有效提升風力發電機在低風速區域的風能利用，在年平均風速小于3.5m/s,且無臺風的地區，推薦選用低風速產品。 2.3 小型獨立風力發電系統依據目前的風車技術，大約3m/s的微風速度便可以開始發電。風力發電的原理說起來非常簡單，最簡單的風力發電機可由葉片和發電機兩部分構成如圖下所示?？諝饬鲃拥膭幽茏饔迷谌~輪上，將動能轉換成機械能，從而推動片葉旋轉，如果將葉輪的轉軸與發電機的轉軸相連就會帶動發電機發出電來。3. 小型水力發電系統本章摘

19、要：光伏發電部分利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;關鍵詞：水位、水輪機、傳動裝置、發電機、整流濾波、變壓3.1水力發電系統基本原理水力發電的基本原理是利用水位落差 ，配合水輪發電機產生電力，也就是利用水的位能轉為水輪的機械能，再以機械能推動發電機，而得到電力。科學家們以此水位落差的天然條件，有效的利用流力工程及機械物理等，精心搭配以達到最高的發電量，供人們使用廉價又無污染的電力。而低位水通過吸收陽光進行水循環分布在地球各處，從而恢復高位水源。3.2水力發電系統的組成水工建筑、水輪機、調速器、勵磁系統、發電機、變電場，電力

20、網3.3小型獨立水力發電系統水力發電系利用河流、湖泊等位于高處具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，推動發電機產生電能。利用水力(具有水頭)推動水力機械(水輪機)轉動，將水能轉變為機械能，如果在水輪機上接上另一種機械(發電機)隨著水輪機轉動便可發出電來，這時機械能又轉變為電能。水力發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。因水力發電廠所發出的電力電壓較低，要輸送給距離較遠的用戶，就必須將電壓經過變壓器增高，再由空架輸電線路輸送到用戶集中區的變電所，最后降低為適合家庭用戶、工廠用電設備的電壓，并由配電線輸送到各個工廠及家庭。4. 水風光

21、三能互補系統本章摘要：我們知道，任何能源都有其局限性，通過多種能源互補發電，可實現全天候無間斷供電。而水風光互補發電系統是依照時間、空間的變換而調節采用水、風、太陽能三種不同能源通過必要設備發揮作用轉換輸出電能，經過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網逆變器逆變成交流電供給建筑自身負載，多余或不足的電力通過聯接電網來調節實現了全天候的發電功能，比單用水力、風機和太陽能更經濟、科學、實用。本章關鍵詞：水利發電機、風力發電機、太陽能電池板，調節器，轉換器4.1水風光三能互補發電系統基本原理水風光互補，是一套發電應用系統，該系統是利用水輪機組、太陽能電池方陣、風力發電機(將交流電轉化為直流電)將發出

22、的電能存儲到蓄電池組中，當用戶需要用電時，逆變器將蓄電池組中儲存的直流電轉變為交流電，通過輸電線路送到用戶負載處。是水力機組、風力發電機和太陽電池方陣三種發電設備共同發電。4.2水風光三能互補系統的組成水力發電機組、風力發電機、太陽能電池組件、太陽能方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網逆變器、交流配電柜等設備4.3水風光三能互補系統發電分布式水風光互補發電系統，又稱分散式發電或分布式供能，是指在用戶現場或靠近用電現場配置較小的水風光互補發電系統，以滿足特定用戶的需求，支持現存配電網的經濟運行，或者同時滿足這兩個方面的要求。分布式水風光互補供電系統由水力發電系統、風力發電系統和光伏發電系統組成

23、;其基本設備包括水力發電機組、風力發電機、太陽能電池組件、太陽能方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網逆變器、交流配電柜等設備。另外還有供電系統監控裝置和環境監測裝置。4.3.1水風光三能互補系統發電分析其運行模式是：1） 在夜間和陰雨天無陽光時由風力發電系統將風能轉換輸出電能；2） 在有太陽輻射時由光伏發電系統將太陽能轉換輸出電能；3） 在即無風又沒有太陽的情況下由水力發電系統將水能轉換輸出電能；4） 在沒有水但有風又有太陽的情況下兩者同時發揮作用轉換輸出電能。經過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網逆變器逆變成交流電供給建筑自身負載，多余或不足的電力通過聯接電網來調節實現了全天候的發電功能

24、，比單用風機和太陽能更經濟、科學、實用。1、 水力發電的優缺點：優點： (1) 利用高處之水量持有位能轉換動能推動原動機。 （2）利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）水力發電效率高達90%以上。 （5） 單位輸出電力之成本最低。 （6）發電之起動快，數分鐘內可以完成發電。 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，影響其他水利事業。電力輸 出易受天候旱雨之影響 。 (4) 建廠后不易增加容量。2、 風力發電的優缺點：