可再生能源离网独立发电技术与应用 风能/光伏发电篇 教师用书PDF电子书下载

第1章　可再生能源基础 1

1.1　可再生能源 1

1.1.1　可再生能源概述 1

1.1.2　常用的可再生能源 1

1.2　可再生能源发电技术及其基本分类 2

1.3　可再生能源离网发电 4

1.3.1 可再生能源离网发电的主要应用 4

1.3.2 可再生能源并网发电和离网发电的主要区别 6

1.4　发展可再生能源离网发电的意义 7

1.4.1　社会效益 7

1.4.2　可再生能源离网发电的经济效益 9

1.4.3　可再生能源离网发电的环境效益 10

1.5　风能、光伏发电产业现状和前景 11

1.5.1 风能发电产业现状和前景 11

1.5.2　光伏发电产业现状和前景 14

习题 16

第2章　风能和风资源评估 17

2.1　风能基础 17

2.1.1 风 17

2.1.2　描述风力的主要参数 18

2.1.3　风能 23

2.1.4　风和风能的其他特征 26

2.2　我国的风能分布 28

2.2.1 中国的风能分布 28

2.2.2 主要风带 28

2.2.3　影响中国风能资源的主要因素 30

2.3　风能的主要特点 31

2.3.1　风能的优点 31

2.3.2　风能的缺点 32

2.4　风资源测量和评估 32

2.4.1　风能资源评估方法 32

2.4.2　风资源测量和评估程序 33

2.4.3　风资源评估的重要性 34

2.5　风力发电机选址 34

2.5.1 风力发电机选址的原则 35

2.5.2 具体判断分析风力发电机的选址 36

2.5.3　气象站的风资源数据 37

2.5.4　风向数据对中小型离网风力发电机应用的意义 37

2.5.5 小规模离网发电时的风资源评估 38

习题 40

第3章　风力发电技术 41

3.1　风力发电基本原理 41

3.2　风力机主要类型与结构 41

3.2.1　风力发电机类型 41

3.2.2　小型风力发电机组的分类 43

3.3　风力发电机组工作原理和特性 45

3.3.1　小型风力发电机组工作原理 45

3.3.2　小型风力发电机组的基本组成 45

3.3.3　风力机的输出功率 53

3.4　独立运行的风力发电机组 55

3.4.1　风力发电机组的运行 55

3.4.2　独立运行风力发电机组 55

3.4.3　风力发电机组性能评价 56

3.4.4　独立运行风力发电系统的特点 58

3.5　多台风力发电机组组成的风力发电系统 58

3.6　风力发电系统的主要应用 59

习题 64

第4章　太阳辐射原理和太阳能资源 65

4.1　太阳辐射的基本概念 65

4.1.1　基本概念 65

4.1.2　符号及定义 67

4.2　太阳辐射的基本定律 67

4.2.1　直散分离原理 67

4.2.2 布格-朗伯定律（Bouguer-Lambert Law） 68

4.2.3　余弦定律 68

4.3 太阳电池方阵不同运行方式的数学模型 70

4.3.1 太阳电池方阵面上辐射量的计算 70

4.3.2　地平坐标系数学模型 70

4.3.3　赤道坐标系数学模型 71

4.4　太阳电池方阵面所接收到的太阳辐射的计算 73

4.5　中国的太阳能资源 75

4.5.1　世界太阳能资源及基本分布 75

4.5.2　我国太阳能资源及基本分布 75

4.5.3　太阳能资源的测量 78

4.6　太阳能光伏电站选址和定位 80

4.6.1　确定方位角 80

4.6.2　确定倾角 81

4.6.3　场地日照条件评价 82

习题 83

第5章　太阳能光伏发电技术 84

5.1　太阳电池组件及方阵 84

5.1.1　太阳电池组件的I-V特性和相关参数 85

5.1.2　温度和辐照度对太阳电池组件输出特性的影响 86

5.1.3　太阳电池的“热斑效应” 86

5.2 太阳能光伏发电系统的主要应用 89

习题 98

第6章　储能蓄电池 99

6.1　蓄电池的应用 99

6.1.1 蓄电池在可再生能源离网发电中的应用 99

6.1.2　常用蓄电池类型 99

6.1.3　蓄电池的命名方法、型号组成及其代表意义 103

6.2　铅酸蓄电池 103

6.2.1 铅酸蓄电池结构及工作原理 103

6.2.2 阀控密封式铅酸蓄电池（VRLA）的基本结构和工作原理 105

6.3　铅酸蓄电池主要性能及影响因素 107

6.3.1　蓄电池容量 107

6.3.2　蓄电池使用寿命 109

6.3.3　蓄电池效率 111

6.4　蓄电池的选择 111

6.4.1 可再生能源独立供电系统对储能蓄电池的要求 111

6.4.2　选择蓄电池类型 112

6.5　蓄电池组 112

6.5.1 蓄电池的串联、并联和蓄电池组 112

6.5.2　确定蓄电池组的储电容量 113

习题 115

第7章 充放电控制器 116

7.1　充放电控制器的功能 116

7.2　蓄电池过放电保护基本原理 118

7.2.1　铅酸蓄电池放电特性 118

7.2.2　常规过放电保护原理 119

7.2.3　蓄电池剩余容量控制法 119

7.2.4 蓄电池剩余容量（SOC）的数学模型 120

7.2.5 蓄电池剩余容量（SOC）放电过程控制 122

7.3　充放电控制器的基本技术参数 123

7.4　充放电控制器的分类 123

7.5 可再生能源充电控制器的基本电路与工作原理 124

7.5.1　单路并联型充放电控制器 124

7.5.2 串联型充放电控制器 125

7.5.3　脉宽调制（PWM）三阶段充电控制器 125

7.5.4　带最大功率跟踪电路（MPPT）型充电控制器 126

7.5.5　智能型控制器 129

7.6　风力发电系统控制器输入端的整流部分 131

7.6.1 蓄电池稳压型风能控制器的工作原理 132

7.6.2 AC-DC风能控制器的原理和特点 132

7.7　其他太阳能供电系统充电控制器 133

7.7.1 多路控制器（蓄电池稳压模式） 133

7.7.2　最大功率跟踪型控制器MPPT 133

习题 137

第8章　直流-交流逆变器 138

8.1 可再生能源供电系统对逆变器的技术要求 138

8.2　逆变器的分类和电路结构 139

8.2.1　逆变器的基本电路 139

8.2.2　电力电子器件的分类 140

8.3　常见逆变器交流输出类型 140

8.3.1　方波逆变器 140

8.3.2　阶梯波逆变器 140

8.3.3　正弦波逆变器 141

8.3.4　并网型逆变器 141

8.3.5　几种功率转换电路的比较 141

8.4　逆变器的控制电路 143

8.5　逆变器的保护电路 144

8.6　逆变器检测电路 144

8.7　逆变器的显示与通信 144

8.8　逆变器功率器件的选择 144

8.9　逆变器的主要技术性能指标 145

习题 146

第9章　可再生能源互补系统 147

9.1　可再生能源互补系统概述 147

9.1.1 开发可再生能源互补发电系统的意义 147

9.1.2　互补系统的分类 147

9.2　风光互补发电系统 148

9.2.1　风光互补发电系统组成 148

9.2.2　风光互补发电系统的合理配置 149

9.3　风柴互补发电系统 149

9.3.1 直流总线型风柴混合发电系统 150

9.3.2　交流总线型风柴混合发电系统 151

9.4　风光柴互补发电系统 153

9.5　风水互补系统 154

9.5.1　风水互补系统概念 154

9.5.2　风水互补发电系统的设计 154

9.6　柴油发电机基础 154

9.6.1　柴油发电机 154

9.6.2　汽油发电机 156

9.6.3　柴油发电机组或汽油发电机组的选型 156

9.7　其他互补和后备电源 157

9.8　互补系统的经济性 157

9.9　科学合理地选择和设计可再生能源供电技术 158

习题 158

第10章 交流配电和局域电网 159

10.1 可再生能源离网独立供电系统的构成和局域（村落）电网 159

10.2　村落电网基本要求 160

10.2.1　站内线路 160

10.2.2　输配电线路 160

10.3　交流配电 160

10.3.1 可再生能源交流配电装置基本原理结构 161

10.3.2　可再生能源交流配电装置的技术要求 163

10.3.3 可再生能源交流配电装置的其他要求 164

10.4　低压配电线路 164

10.4.1　导线类型简介 164

10.4.2　确定导线截面 165

10.4.3　选择导线类型 165

10.4.4　低压配电线路的其他组成部件 165

10.5　接地和防雷 166

10.5.1　雷击的危害 166

10.5.2　可再生能源离网独立供电系统的防雷措施 166

10.5.3　可再生能源离网独立供电系统的接地要求 167

10.6　低压配电 168

10.6.1　总配电盘 168

10.6.2　定时控制配电盘 169

10.6.3　户用配电盘 169

10.7　用户负载 170

10.7.1　电阻性负载 170

10.7.2　感性负载 171

10.7.3　典型负载应用 171

习题 172

第11章　户用系统 173

11.1　专门设计的户用系统 173

11.2　商品化户用系统 175

11.2.1　太阳能户用系统 175

11.2.2　商品化风能户用系统 176

11.2.3　商品化风光互补户用系统 177

习题 178

第12章 风能太阳能社区供电系统设计 179

12.1　负荷分析和负荷增长估算 179

12.1.1 负荷类型 179

12.1.2　负荷与用电量计算 179

12.1.3　负荷增长评估 180

12.2　选择适合的可再生能源发电技术 181

12.3　发电系统的设计 182

12.3.1　风力独立发电系统设计 182

12.3.2　太阳能光伏发电系统设计 184

12.3.3　再生能源互补发电系统 185

12.3.4　燃油后备供电设备的容量设计（使用柴油、汽油或其他燃料） 186

12.4　系统综合设计 187

12.4.1　蓄电池容量确定 187

12.4.2　控制器 187

12.4.3 DC/AC逆变器 187

12.4.4 监测设备 188

12.5　系统设计实例 188

12.5.1　风力发电系统设计实例 188

12.5.2　太阳能发电系统设计实例 191

12.5.3　互补系统设计实例 194

习题 196

第13章 风能太阳能发电系统的安装和试运行 197

13.1 风力发电系统的安装和试运行 197

13.1.1　收货和搬运 197

13.1.2　安装塔架时的安全性 198

13.1.3　上倾拉索塔的安装 199

13.1.4　拉索张力调整 203

13.1.5 风力发电机的装配和系统吊装 204

13.1.6　接线盒和控制器的连接 206

13.1.7　试运行 206

13.1.8　风力发电系统的验收 207

13.2　安装太阳能系统 208

13.2.1　安装准备 208

13.2.2　工具和材料 208

13.2.3　安装太阳电池方阵 208

13.2.4　安装控制器和逆变器 210

13.2.5　安装交流配电柜（箱） 211

13.2.6　光伏系统布线 211

13.2.7　光伏发电系统安装调试大纲 212

13.3　风光互补系统的安装 214

13.4　蓄电池组的安装 214

13.4.1　安全第一 214

13.4.2　安装蓄电池要领 214

13.4.3　安装蓄电池组 214

13.5　安装柴油发电机 215

13.5.1　安装柴油发电机组 215

13.5.2　安装／调试备用充电机 216

习题 216

第14章　风能太阳能发电系统的运行和维护保养 217

14.1　风能太阳能供电系统的运行 217

14.1.1　集中供电系统 217

14.1.2　户用系统 220

14.2　风能太阳能发电系统的维护保养 220

14.2.1 风力发电机组的日常维护 220

14.2.2　太阳能阵列的日常维护 221

14.2.3　蓄电池的日常维护 221

14.2.4　控制器、逆变器等电子设备的日常维护 223

14.2.5　柴油发电机的日常维护 224

14.2.6　输电线路的日常维护 225

14.2.7　低压配电盘维护管理 225

习题 226

第15章　风能太阳能发电系统的故障诊断及处理 227

15.1　风力发电机组的故障诊断及处理 227

15.2　太阳能阵列的故障诊断及处理 229

15.2.1　电池板组件的维护 229

15.2.2　太阳能电池板支架 230

15.3　蓄电池的故障诊断及处理 230

15.4　控制器、逆变器等电子设备的故障诊断及处理 233

15.4.1　充电控制器的常见故障 233

15.4.2　逆变器的常见故障 233

15.5　柴油发电机的故障诊断及处理 233

15.6　局域电网的常见故障、原因和处理方法 235

15.7　低压配电盘故障诊断及处理 236

习题 237

第16章　风能太阳能发电系统及电站安全 238

16.1　安全概述 238

16.2　基本安全信息 238

16.2.1　系统电流和电压 238

16.2.2　布线和断开要求 238

16.2.3　接地 239

16.2.4　可再生能源供电系统输出 239

16.3　现场安全须知 239

16.3.1　现场不安全因素 239

16.3.2　现场工作安全要求 240

习题 242

参考文献 243