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第1篇 风力发电系统3

第1章 绪论3

1.1工业概览3

1.2对可再生能源的鼓励措施5

1.3电力部门的愿景6

模块化增长方式6

排放效益7

用户的选择8

参考文献9

第2章 风力发电10

2.1全球风力发电的发展12

2.2美国风力发电的发展14

2.3欧洲与英国风力发电的发展18

2.4印度风力发电的发展20

参考文献22

第3章 风速与能量23

3.1风速与功率的关系24

3.2从风中获得能量24

3.3风轮扫掠面积26

3.4空气密度27

3.5全球风模式27

3.6风速分布29

威布尔概率分布30

众数风速和平均风速32

立方均根速度34

众数风速、平均风速和RMC风速34

能量分布36

数字化数据处理37

轮毂高度效应39

可靠性数据的重要性40

3.7风速预测41

3.8风力资源图42

美国风力资源图43

英国和欧洲的风力资源46

墨西哥风力资源图46

其他国家的风力资源图48

参考文献50

第4章 风力发电系统52

4.1系统元件52

塔架53

风力机57

叶片57

速度控制58

4.2风力机的额定容量59

4.3功率与风速和TSR的关系61

4.4最大风能捕获63

4.5最大功率运行64

固定TSR方案64

峰值功率点跟踪方案65

4.6系统设计的折衷66

风力机塔架和间距66

叶片的数量67

风轮的上风向或下风向68

水平轴和垂直轴68

4.7系统控制要求69

速度控制69

速率控制70

4.8环境影响方面70

可闻噪声70

电磁干扰71

对鸟类的影响72

其他影响73

4.9潜在的灾难73

火灾73

地震74

4.10系统设计趋势74

参考文献74

第5章 发电机76

5.1直流发电机77

5.2同步发电机77

5.3异步发电机78

结构78

工作原理79

转子速度与转差80

等效电路81

效率与冷却83

自励电容84

转矩—速度特性85

暂态过程86

5.4双馈异步发电机88

5.5直驱发电机88

参考文献89

第6章 发电机传动系统91

6.1速度控制区域92

6.2发电机的传动95

单定速传动95

双定速传动96

变速齿轮传动97

变速电力电子技术97

歇尔皮斯变速传动98

变速直接传动99

6.3传动的选择100

6.4切出速度的选择100

参考文献101

第7章 海上风电场103

7.1海上项目105

7.2美国的法律问题106

7.3对环境的影响108

7.4离岸成本109

7.5向岸上输送功率110

交流电缆111

直流电缆111

7.6海水的成分112

7.7海浪的能量与功率113

7.8海上建筑物设计115

海上建筑物的受力115

7.9腐蚀116

7.10地基117

单桩式117

压重式117

三角桩式118

7.11建场材料119

7.12风电场的维护120

参考文献121

第2篇 光伏发电系统125

第8章 光伏发电125

8.1光伏发电项目130

8.2光伏发电系统的集成化构建132

8.3光伏电池技术134

单晶硅134

多晶硅和半晶硅134

薄膜电池135

非晶硅136

球形电池136

聚光电池136

多结电池137

8.4太阳能分布图137

8.5技术发展趋势139

参考文献141

第9章 光伏电力系统142

9.1光伏电池142

9.2组件与阵列143

9.3等效电路145

9.4开路电压与短路电流146

9.5 I-V曲线和P-V曲线146

9.6阵列设计149

阳光强度149

阳光入射角150

遮蔽效应150

温度效应151

气候效应153

电气负荷匹配153

阳光循迹154

9.7峰值功率运行156

9.8系统部件157

参考文献158

第3篇 系统集成161

第10章 储能161

10.1蓄电池161

10.2蓄电池的种类162

铅—酸蓄电池163

镍—镉蓄电池163

镍—金属氢化物蓄电池164

锂离子蓄电池164

锂聚合物蓄电池164

锌—空气蓄电池164

10.3等效电路164

10.4性能特点166

充／放电电压166

充／放电比率166

能效166

内阻167

充电效率168

自放电与涓流充电168

记忆效应169

温度效应169

内部损耗与温升170

随机失效172

耗损失效173

蓄电池类型对比173

10.5关于铅—酸蓄电池的更多内容174

10.6蓄电池设计176

10.7蓄电池充电177

10.8充电调节器178

多充电速率178

单充电速率178

无调节的充电179

10.9蓄电池的管理179

监测与控制179

安全性180

10.10飞轮181

能量关系181

飞轮系统的元件182

飞轮比蓄电池的优点185

10.11超导磁场186

10.12压缩空气188

10.13各种储能技术的对比190

参考文献191

第11章 电力电子技术192

11.1基本的开关器件192

11.2 AC—DC整流器195

11.3 DC—AC逆变器196

11.4频率变换电路198

11.5电网接口控制198

电压控制199

频率控制199

11.6电池充电／放电变换电路200

电池充电变换电路200

电池放电变换电路202

11.7功率分流203

参考文献204

第12章 独立电力系统205

12.1独立的光伏发电系统205

12.2电力车辆206

12.3独立的风力发电系统208

12.4混合系统210

与柴油机发电混合的系统210

与燃料电池发电混合的系统210

模式控制器216

负荷分配217

12.5系统容量计算219

功率与能量估计219

电池容量计算220

光伏发电阵列容量计算221

12.6风力发电场的容量计算222

参考文献224

第13章 连网的系统225

13.1连网的要求228

13.2与电网同步228

涌流229

同步运行230

负荷暂态231

安全性231

13.3运行极限232

电压调节232

稳定极限233

13.4能量存储与负荷计划234

13.5电源规划工具235

13.6风力发电场与电网的集成236

13.7电网稳定问题237

低电压的克服237

用于提高稳定性的能量储存技术238

13.8分布式发电239

参考文献240

第14章 电气性能242

14.1电压、电流与功率的关系242

14.2最大效率的元件设计243

14.3电气系统模型244

14.4静态节点阻抗与电压调节245

14.5动态节点阻抗与纹波247

14.6谐波247

14.7电能质量249

谐波畸变因子249

电压瞬态与暂降250

电压闪变251

14.8可再生能源发电系统容量限制252

系统强度253

连网标准254

14.9雷击保护256

14.10美国电气标准258

参考文献258

第15章 电厂经济259

15.1能量传递因子259

15.2初始投资成本260

15.3可用性与维护261

15.4能量成本估计263

15.5灵敏度分析264

风速的影响264

塔高的影响265

15.6收益率指标266

风力发电厂扫描图267

太阳光伏发电扫描图268

独立的太阳光伏发电厂供电及与电网线路相连供电的比较270

15.7混合经济性272

15.8工程财务272

参考文献275

第16章 未来展望276

16.1到2015年全世界的电力需求276

16.2京都议定书278

16.3风力发电的未来279

16.4太阳光伏发电的未来285

16.5风力发电与光伏发电的成长286

16.6生产成本的下降288

16.7市场的占有率289

16.8电力公司重组的影响292

1992年的能源政策法案293

对绿色电能的影响294

绿色电力市场295

16.9紧张的电力网络296

参考文献297

第4篇 辅助发电技术301

第17章 太阳能热发电系统301

17.1能量收集302

抛物槽型302

中央接收器型303

抛物形碟型303

17.2太阳Ⅱ电厂303

17.3同步发电机306

等效电路307

励磁方法307

电力的输出308

暂态稳定极限309

17.4商业发电厂310

17.5近来的发展趋势311

参考文献313

第18章 辅助发电技术314

18.1热致风力发电314

18.2洋流发电315

18.3海洋波浪发电317

18.4压电发电机318

18.5喷气辅助风力机319

18.6太阳热微型透平机320

18.7热光伏系统321

参考文献322

第19章 相向旋转的风力机323

19.1引言323

19.2潜在的应用324

19.3数学模型325

速度分量325

力分量326

19.4试验样机设计328

设计方法329

传感器的选择331

19.5试验样机测试334

发电机性能测试334

风力机性能测试335

现场测试仪器335

现场测试数据讨论337

扰流抖振343

19.6风电场功率密度344

19.7设备更新及其回收344

双风力机背靠背前后安装344

单个发电机上的相向旋转转子345

设备升级成本及其回收期345

19.8结论346

致谢346

参考文献346

附录348

附录A 缩略语348

附录B 单位的前缀与换算349