柴油发电机论文

市电中断供电时，UPS整流器停止工作，电池逆变工作。同时柴油发电机失压缺相保护器检测到市电信号中断，发电机顺利启动后油机切换柜5秒后将发电送到配电柜，通过三菱断路器组成的ATS切换到发电机给UPS带载。但是在带载过程中，发电机和UPS存在不匹配问题。 本文结合文献资料分析威尔逊柴油发电机与艾默生HipluseUPS不匹配的具体情况来分析，具体文献就不引用了，毕竟不是写论文。 1、柴油发电机供电模型     威尔逊柴油发电机是无刷励磁三相交流同步发电机，交流发电机所产生的电力输出是通过一个闭合回路进行的，主要由主转子、主定子、励磁转子、励磁定子、自动电压调节器AVR(automatic voltage regulator)、旋转整流器等组成。AVR调整励磁电动势可实现对输出端电压的控制，使发电机在空载到满载都能保持稳定的输出。     如图为柴油发电机等效电路模型，Z为发电机内阻抗，E为发电机励磁电动势，U为输出端电压，I为输出电流。当发电机带感性负载时，输出端电压U小于励磁电动势E，通过发电机自动电压调节器AVR(automatic voltage regulator)调整励磁电动势E可实现对输出端电压U的控制。当带容性负载时，由于电流方向相反，输出端电压U大于励磁电动势E，仅仅调节励磁电动势E不能实现输出端电压U全范围可调，有可能导致输出电压过高，发电机AVR调整到励磁临界值会欠励磁保护停机。所以，发电机带容性负载能力弱。 2、变压器供电模型     变压器内阻抗较小，忽略不计，所以励磁电动势E=输出端电压U。中心负载对于整个市电电网来说也忽略不计。 3、UPS     1#UPS主用，逆变器跟踪旁路市电，2#UPS逆变器跟踪1#UPS逆变器输出。但是UPS网页监控上面显示两个UPS都逆变器不同步，应该为各自和自己的旁路不同步。因为1#不和旁路同步，那么2#自然就不和旁路同步，但是两个逆变器必须在同步状态，不然两个UPS之间的环流超限。 4、不匹配原因分析 1）柴油发电机输出电压波形即UPS输入电压波形畸变严重     工频UPS谐波电流畸变较大，绕组发热，整流器异常。目前UPS和发电机容量比为1：，满足经验值要求，可抵抗谐波电流冲击。同时UPS输入端并接的滤波器可吸收五次谐波。 2）UPS以轻载状态接入柴油发电机时，柴油发电机励磁消失停机     原因1：UPS输入电流谐波在满载时幅值最大，UPS的LC滤波器容量都是以满载时谐波电流含量为基础设计的，改善波形质量和提高功率因数。但在UPS空载和轻载时，UPS会呈现很强的容性，IT负荷也有较强的容性。根据柴油发电机模型，发电机AVR调整到励磁临界值会欠励磁保护停机。     原因2：UPS容性无功功率过大，超过发电机容性无功功率输出范围。     原因3：逆无功功率超过门限值，告警停机 3）UPS输出侧负载不变时，UPS输入电压电流出现低频振荡     发电机AVR励磁调压控制系统和UPS整流器电压调节系统相互影响，理论分析过于复杂，简单来说就是整流器在矫正过程中，发电机AVR也在矫正输出，两个控制器的调节可能会相互影响产生低频振荡。 5、设备现象分析 1）市电供电艾默生UPS时，电容补偿柜投入的电容较以往少，基本不投入。     LC无源滤波器过补偿，提供无功功率返送会低压系统。 2）两个滤波器都开启，1#发电机可带载，2#发电机开启后停机。     1#发电机输出380V，2#发电机输出400V，UPS单机负载率28%左右，属于轻载，UPS呈现容性。2#发电机AVR更早调整到励磁临界值会欠励磁保护停机或者2#发电机无功功率设置问题(逆无功功率参数设置)。 3）只开启一个滤波器，提高2#发电机逆无功功率参数，1#发电机带载正常，2#发电机有时显示逆变器不同步。     UPS网页监控频繁显示逆变器不同步，也就是旁路超出逆变器跟踪范围。那可以推测：UPS额定电压380V，2#发电机额定输出电压400V，有可能是出现低频振荡让2#发电机输出超过逆变器跟踪范围。 6、网络资料：汕头雷达站类似情况 设备：科士达EP-60型 50KW UPS，法国SDM0-JS150Ⅱ 120KW发电机。  现象：转速和输出电压不稳定，转速1500-1560来回游荡(游车)，电压340-460V上下波动，频率47-53上下漂移。 判断：雷达扫描时频繁加高压关高压，负载波动超成发电机输出不稳定。 解决办法：调整柴油机高压油泵上的调速器(调转速)和发电机上的AVR(调电压电流频率)，将法国SDM0柴油发电机的各项指标调节到UPS范围内。 7、结果分析     通过上面的分析，两台柴油发电机除了输出电压参数外，其他输出参数一致，唯独2#会出现不同步告警。所以推测发电机输出电压可能产生影响，将电压调节器AVR的参数从400V调整为380V。同时AVR响应速度过快也会和敏感性UPS也存在稳定性影响，发电机电压调节板有sensitivity选择，不知发电机是否减低响应速度（sensitivity）和也不确定调节后的影响。     囿于知识水平有限，理论分析和实际情况也有差别，但是2#发电机调节电压到380V可以更好匹配额定电压为380V的UPS，也没有风险。而且从表面来看，和1#发电机输出参数也保持一致。 8、咨询厂家工程师   逆变器跟踪旁路的是频率、相位、电压。不同步有可能是频率跟踪速率问题，默认是。也有客户存在这样的情况，其它小UPS正常，大型UPS跟踪速率慢。也不排除电压问题，电压超限是10%（342-418V）。 9、综合结论 1）电压超限不同步     柴油机和UPS不匹配，存在某种振荡，电压(10%)、频率(5%)、相位不符合要求。但能够做的只能调节发电机输出电压，瞬时电压超过418V。 2）频率跟踪速率     275KVA的机子频率输出很稳，猜测：新275比旧275技术先进，AVR频率调整更加频繁精准。但UPS跟踪速率慢，在柴油机调整过程中，UPS有时跟不上，逆变器本振工作造成频率不同步。 10、解决办法     频率问题还是电压问题，抑或相位问题，那发电机输出时怎么才能确定是什么原因呢，负载问题还是发电机AVR问题？示波器可以解决定位到具体原因。在发电机发电时，将 示波器 的触头接在ups旁路和ups主路输出，对比分析两路交流电的匹配情况。当然，请注意示波器触头的电压等级哦，毕笔者本来要使用示波器看看的，但害怕示波器太贵重，赔不起就放弃了。那么，不匹配后ups偶尔显示逆变器不同步有啥影响呢？逆变器故障后可能会有掉电风险，因为不同步时静态切换开关切换可能不成功。还有主路超限后，电池频繁发电影响电池寿命。

新能源是指传统能源之外的各种能源形式。我整理了浅谈新能源技术论文，欢迎阅读!

论新能源发电技术

摘要：本文从全球能源的现状，介绍了中国能源发电技术的应用情况，发现中国新能源发电对现代化建设具有重要战略意义。进一步介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统两种新能源发电技术。风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，也是近期发展的重点。燃料电池是一种将化学能直接转换成电能的装置，它能量转化效率高，几乎不排放氮的氧化物和硫的氧化物。

关键词：新能源;风能;燃料电池;发电技术

中图分类号： F206 文献标识码： A

能源紧缺已成为制约各国经济发展的瓶颈，如何开发先进安全的新能源使用技术、如何提高能源利用率也随之成为世界各国关心的课题。欧盟就首先提出了20-20-20计划：到2020 年，可再生能源占欧盟总能源消耗的20%。2007年12月，美国前总统布什也签署了《能源独立和安全法案》(EISA)，从而大力推动新能源的使用和节能计划。另外，从环境的角度来看，为了保护人们赖以生存的地球，开发新能源也是必由之路。

一、我国能源和发电技术的现状

2011年，我国新能源发电继续保持快速发展态势，并网装机容量持续增长，发电量不断增加。截至2011年底，我国新能源安装容量达到7000万kW，居世界首位，并网新能源装机容量达到5409万kW，同比增长，约占全部发电装机容量的。其中，风电并网容量约占并网新能源装机总量的;并网太阳能光伏装机容量约占并网新能源装机总量的;生物质及其他新能源发电装机容量约占并网新能源装机总量的。

2011年，我国新能源发电量约为1016亿kW?h，同比增长，约占全部发电量的。其中，风电发电量约占新能源发电总量的;太阳能光伏发电约占;生物质及其他新能源发电约占。2011年我国新能源发电量按发电煤耗320g/(kW?h)计算，相当于节约3241万tce，减排二氧化碳9030万t。

电能是国民生活和生产的根基，无论是从能源角度，还是电力系统自身方面来看，研究新能源发电技术对于我国的现代化建设和人民生活都具有相当大的现实意义和战略意义。

二、风力发电技术

风能资源主要包括陆地资源与近海离岸资源两部分。风力发电是当今非水可再生能源发电中技术最成熟、最具有大规模开发条件和商业化前景的发电方式，也是目前新能源发展的重点方向。

1.发展现状

近年来，我国风力发电产业取得了长足发展，这与我国的风能资源丰富密不可分。据有关资料显示，陆地上离地面10米高度处，我国风能资源理论储量约为43亿千瓦，技术可开发量约为3亿千瓦，离地面50米，估计可能增大一倍;近海资源10米高经济可开发量约亿千瓦，50米高约15亿千瓦。从我国联网风电场总装机量来说，到2006 年底，我国已建成约91个风电场，装机总容量达到约260万千瓦，比2005年新增装机134万千瓦，增长率为105%。根据国家中长期规划，2015年风能发电要达到1500万千瓦，2020年要达到3000万千瓦。但是，与风电发达国家相比，我国的发展规模还很小，发展速度也较缓慢。制约我国风电发展的重要因素包括技术和制度两个方面。技术方面，风电机组的制造水平较低，风电机组性能测试设备和技术也相对落后，并缺少相应的认证机构;制度方面，风电场的运行维护水平和制度与国外风电场及国内火电生产相比有明显差距，缺乏对运行过程中出现的问题和故障的详细记录、分析。

2.对电力系统的影响

风力发电机是以风作为原动力，风的随机波动性和间歇性决定了风力发电机的电能输出也是波动和间歇的。所以，风电场的大规模接入将会带来波动功率，从而加重电网负担，影响电网供电质量和电网稳定性等。

(1)对电能质量的影响。空气气流运动导致的风速波动周期一般为几秒到几分钟，这种短周期的风速波动以及风电机组本身的运行特性可能影响电网的电能质量。首先会对频率产生影响：风力发电有功功率波动引起电磁功率的波动，由于发电机组转子惯性，调节系统很难跟上电磁功率的瞬时变化，造成功率不平衡，使发电机转速变化，系统频率也将改变。此外，风电还会对电压产生影响：并网风电机组输出功率的波动导致电压的波动，而其输出功率的频率范围正处于电压闪变的范围之内(25Hz)，因此又会造成电压闪变，最后会产生谐波电压和谐波电流。

(2)对电网稳定性的影响。对较为薄弱的电网，风电功率波动将导致瞬间电压跌落以及风力发电机的频繁掉线。在故障清除之后，发电机的磁化和转差率的增加会消耗大量无功，导致电网电压恢复困难。

(3)对调频调峰能力的影响。气流长时间、季节性运动导致的风速波动周期一般为数小时，甚至数天、数月，这种长周期的风速波动会增加现有电网调频调峰的负担。负荷曲线的低谷期常常对应了风电出力的高峰期，风电场的并网发电使电网的等效负荷峰谷差增大，大大增加了电网调频调峰负担。

三、太阳能光伏电池发电技术

1. 1 太阳能光伏电池

太阳能光伏电池发电也简称为太阳能光伏发电，被认为是未来世界上发展最快和最有前途的一种可再生新能源技术。太阳能光伏电池的基本原理是利用半导体的“光生伏打效应”( 光伏效应) 将太阳的光能直接转换成电能。能利用光伏效应产生电能的物质，称为光伏材料。利用光伏效应将太阳能直接转换成电能的器件叫太阳能光伏电池或光伏电池。光伏电池是太阳能光伏发电的核心组件。

1839 年，法国物理学家贝克勒尔 ( Edmond Bec-qurel) 发现: 将两片金属浸入电解液中所构成的伏打电池，当接收到太阳光照射时电压升高，他在所发表的论文中把这种现象称为“光生伏打效应( PhotovohaicEffect) ”。“光生伏打效应”是不均匀半导体或半导体与金属混合材料在光照作用下，其内部可以传导电流的载流子分布状态和浓度发生变化，因而在不同部位之间产生电位差的现象。1941 年，奥尔在硅材料上发现了光伏效应，从而奠定了半导体硅在太阳能光伏发电中广泛应用的基础。1954 年，美国贝尔实验室的科学家恰宾( Darryl Chapin) 和皮尔松( Gerald Pearson) 研制成功世界上第一个实用的单晶硅光伏电池。同年，韦克尔发现砷化镓具有光伏效应，并在玻璃上沉积硫化镉薄膜，制成世界上第一块薄膜光伏电池。我国2010 年 12 月投入运行的大丰 20 MW 光伏电站，是目前全国最大的薄膜光伏电站，年发电量2 300 万 kW·h。

太阳能光伏电池的工作原理如图 1 所示。

在半导体中掺加杂质制成 PN 结，以形成在平衡状态时具有的内建电场，在该内建电场的作用下分离由外界激发而生成的过剩载流子，从而形成外部电压。在光照条件下，半导体中的电子吸收光子能量从价带跃入导带，形成电子———空穴对，成为载流子。生成载流子所需要的最低能量是半导体的禁带宽度 Eg，使用禁带宽度较小的材料制作的太阳能电池可以形成较大的电流。

基于单晶硅的第一代光伏电池是目前太阳能光伏电池市场的主流，其光电转换率已达 24. 7%; 基于薄膜技术的第二代光伏电池的光电转换效率已达到16. 5% ～ 18. 8% 。由于薄膜光伏电池大大减少了半导体材料的消耗，因此具有很好的发展前景。应该指出，光伏电池在光电转换过程中，光伏材料既不发生任何化学变化，也不产生任何机械磨损，因此太阳能光伏电池是一种无噪音、无气味、无污染的理想清洁能源。2006 年，我国太阳能电池生产总量首次达到400 MW，从而超过美国成为全球第三大生产国，也是世界上发展最快的国家。

1. 2 太阳能光伏电站

太阳能光伏电站是将若干个光伏转换器件即光伏电池封装成光伏电池组件，再根据需要将若干个组件组合成一定功率的光伏阵列，并与储能、测量、控制装置相配套，构成太阳能光伏电站。

太阳能光伏电池具有很大的灵活性，不仅可以用其建设零星规格的电站，而且可以组成应用于小型、分散电力用户的太阳能光伏发电系统。这种独立运行的太阳能光伏发电系统称之为离网型太阳能光伏发电系统。

由于受昼夜日照变化及天气的影响，离网型光伏发电系统通常需要和其他电源形式联合使用，比如柴油发电机组以及蓄电池组，从而增大了电站的投资和维护费用。离网型光伏发电系统往往建在距离电网较远的偏远山区及荒漠地带，向独立的区域用户供电。西藏措勒 20 kW 光伏电站是我国建设较早的离网型光伏电站，总投资 290 万元，1994 年 12 月正式投产发电。

离网型太阳能光伏电站系统如图 2 所示。

电站的发电系统由太阳能光伏电池方阵、蓄电池组、直流控制器、直流 - 交流逆变器、交流配电柜和备用电源系统( 包括柴油发电机组和整流充电柜) 等组成。其工作原理为太阳能光伏电池方阵经过直流控制柜向蓄电池组供电，并根据需要整定蓄电池组的上限和下限电压，由直流控制柜自动控制充电。蓄电池组通过直流控制柜向直流 - 交流逆变器供电，经逆变器将直流电变换成三相交流电，再通过交流配电柜以三相四线制向用户供电。当蓄电池组的电压下降到下限电压时，为不造成蓄电池组的过渡放电，直流控制柜将自动切除其输出电路，使直流 - 交流逆变器停止工作。柴油发电机组为电站的备用电源，必要时由备用电源通过整流充电柜向蓄电池组充电，或在光伏发电系统出现故障及停运时直接通过交流配电柜向用户供电。直流 - 交流逆变器和柴油发电机组不能同时向用户供电，为此必须在交流配电柜中设置互锁装置以保证供电电源的唯一性。

当太阳能光伏电站的容量达到一定规模时，还可与电网相联，即所谓的并网型光伏电站。这时，如果本地负荷不足，则可将多余的电能输送给电网。当本地太阳能发电量不足时，则由电网向用户提供电能。因此，并网型光伏电站可以不需要使用蓄能装置，减少系统投资和维护费用。同时由于与电网的互济，提高了发电设备的利用率和供电用电的安全可靠性，是大规模开发太阳能发电技术的必然趋势。我国第一座并网型光伏电站是 2006 年建成投运的西藏羊八井可再生能源基地 100 kW 高压并网光伏电站。2010 年底全国首个光伏并网发电项目敦煌 2 ×10 MW 光伏发电项目建成投产。

四、结论与展望

本文从全球和我国的能源现状出发，分析说明了新能源发电技术是当前迫切而有实际价值的研究课题，进而具体介绍了风力发电系统和燃料电池发电系统的特点以及我国在这两个方面的发展现状。新能源不仅仅指风能和燃料电池，还包括生物质能、海洋能、地热能和光伏电池等。我国乃至全世界的新能源发电技术发展的潜力都是巨大的。在人类明天的舞台上，新能源将取代化石燃料，扮演重要的角色。

参考文献：

[1] 徐德鸿 . 新能源电力电子导论 [D]. 杭州 : 浙江大学 ,2009.

[2] 郝伟, 舒隽, 张粒子. 新能源发电技术综述 [C].华北电力大学第五届研究生学术交流年会 ,2007.

[3] 施涛.燃料电池发电系统的建模与仿真 [D].南京:东南大学,2007:5-6,63-64.

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