風力發電部分
一、風力發電概述
風能是一種蘊藏豐富、分布廣泛、清潔而可再生的能源，也是最重要的替代能源之一。近年來，中國風電呈現快速增長趨勢，自2004年以來，中國風電裝機容量連續第5年實現100%增長，2009年新增裝機增長率達124.3%，累計裝機增長率達114.8%。據估計，到2020年中國有望實現1億或1.2億kW的風電裝機容量。因此中國的風電市場可謂潛力巨大。
國內發展現狀 中國風力發電裝機容量正飛速增長著。2000至2009年的10年間，風能累計裝機容量的平均增長率達72.8％。自2005年起，總裝機容量增長率更是超過了100%。2009年我國除臺灣省外其他地區共新增風電裝機10,129臺，裝機容量達1,380萬kW，超過美國成為全球當年新增裝機容量最多的國家。
基本概念 風能：空氣運動產生的動能稱為“風能”。
風能密度：單位時間內通過單位截面積的風能。
風速與風級：風速就是空氣在單位時間內移動的距離。根據不同的風速分為不同風級。
風頻：風頻指風向的頻率，即在一定時間內某風向出現的次數占各風向出現總次數的百分比。
風力機：將風能轉換為機械能的動力機械，可以用作發電也可以動力輸出，當作為發電解釋時可以是離網、并網型通用。
風電機組：由風力機與發電機組成，多指并網型。
風電機組簡介 將風能轉換為電能的動力機械，由葉片、輪、傳動系統、控制系統、發電機、測風系統、偏航系統等組成。風力機可分為水平軸風力機和垂直軸風力機兩大類，但由于垂直軸風力機施工難度較高等問題，制約著它的普及，目前風電場中所用到的風機大多是水平軸風力機。根據發電機（同步、異步、雙饋）、風力機功率調節技術（定槳距失速、變槳距、主動失速）以及風力發電機控制方式（恒速恒頻、變速恒頻）的不同類型，風力發電機的系統組成也有所不同。其中典型的風力發電機系統包括以下4種：(1)基于普通異步發電機的恒速風電機組(2)基于異步發電機的最優滑差風電機組(3)基于雙饋感應發電機的變速、變槳距控制風電機組(4)基于同步發電機的變速、變槳距控制風電機組
二、風力發電電壓穩定性分析
基本概念 電壓穩定性是指在給定的初始運行狀態下，電力系統遭受擾動后系統中所有母線維持穩態電壓的能力，它依賴于負荷需求與系統向負荷供電之間保持／恢復平衡的能力。電壓穩定可以分為小干擾電壓穩定和大干擾電壓穩定。
電壓穩定性分析方法 電壓穩定性的分析方法可分為靜態分析法和動態分析法兩種。靜態分析方法即主要是把電壓穩定看作是一個潮流是否存在可行解的問題，也就是要列出電力系統的潮流方程。動態分析方法即考慮到電力系統是具有強非線性的動態系統，從系統的微分方程入手進行研究的方法。靜態分析方法主要有最大功率法、靈敏度法。動態分析方法主要有小擾動法等。
研究有關風電系統電壓穩定性問題，既要與常規的電力系統電壓穩定性相聯系，也要與之相區別。這也是一直討論的熱點問題。它的問題在于兩方面，風能的一次能源不確定性以及雙饋異步發電機的特殊性。因此在建模、仿真的研究中出現了很多爭議，因為有時僅僅會因為系統建模的不同而導致最后的結果相差懸殊。
研究有關風電系統電壓穩定性問題需要經過系統建模、分析方法、失穩機理、控制措施這四個步驟，前面已經提到，根據風電系統模型以及分析方法（動、靜態）的不同，可能會出現差異甚至得不到想要的結果。
本實驗室在研究風電系統電壓穩定性問題上取得了很大的突破，即引入了一種非線性動力系統穩定性的研究方法——分岔理論，并已有很大的進展。
風電系統電壓穩定性分岔研究 分岔理論是對非線性動態系統進行結構穩定性分析的有力工具，主要研究系統隨參數改變而引起的解的結構和穩定性的變化過程。分岔理論是一個抽象的數學理論，但有些條件下分岔理論能夠很好的解釋電力系統中電壓失穩的現象，并已得到廣泛的應用。
分岔分類 靜態分岔：研究靜態方程的平衡點的數目及穩定性隨參數變動而發生的突然改變（如鞍結分岔)。
動態分岔：研究動力系統平衡點附近的軌線的拓撲結構隨參數變動而發生的突然改變（如HOPF分岔）。其中若發生了動分岔，則說明系統結構出現了失穩。
分岔分析 當系統中的雅克比矩陣的特征值在原點時，此時為靜分岔；當系統中的雅克比矩陣特征值為一對實部為零的共軛復根時，此時為動分岔。
目前，在風電系統電壓穩定性分析中，靜分岔的研究已經取得了一定的成果，但是對動分岔的研究仍處于理論探討階段。
風電系統中的混沌現象
基本概念 目前，對混沌還沒有一個明確的定義。一個普遍的說法是確定性系統中貌似隨機的不規則運動?；煦绗F象實際上是一種非線性振蕩現象，同時“非線性”與“混沌”并不等價。但是混沌現象雖然表面看上去雜亂無序，實際上有自己的結構和秩序。
特征 （1）對初值的敏感性，即初始條件的極小偏差將會引起結果的巨大差異。
（2）存在混沌吸引子 （3）具有分形結構 （4）具有普適性
與穩定性的關系 混沌現象的出現與穩定性有一定的聯系。由于電力系統的非線性，當遭受到周期性負荷擾動時，只要負荷滿足一定條件，就會發生混沌振蕩，嚴重時會導致系統解裂。從中可以看出，混沌現象可以導致系統失穩，但是要滿足一定的條件。
混沌的產生途徑 （1）倍周期分岔 （2）擬周期分岔 （3）大能量的激發
三、風力發電的控制技術
風力發電機組工作原理 風機從風中吸收的有功功率，即風機的輸出功率與空氣密度、風力機葉片面積、風能利用系數以及作用于風力機的風速等因素有關，其中風能利用系數又與槳距角、葉輪半徑、電機的角速度有關，通過控制槳距角和電機轉速都可改變風機吸收的風能。風力發電機組分類 風力發電機組根據并網時控制方式的不同可以分為恒速恒頻型以及變速恒頻型。發電機組與電網并網時, 要求風電的頻率與電網的頻率保持一致，因此其頻率是固定不變的。其中恒速恒頻型風力發電機組的轉速基本維持恒轉速運轉，從而輸出恒定額定頻率的交流電。變速恒頻型風力發電機組在風力發電過程中，讓風車的轉速隨風速而變化, 再通過其它控制方式來得到恒頻電能。變速恒頻機組的特點是風車和發電機的轉速可在很大范圍內變化而不影響輸出電能的頻率。由于風車的轉速可變，可以通過適當的控制，最大限度地利用風能發電。
風力發電機組的控制技術 也可分恒速恒頻、變速恒頻發電機系統兩種情況考慮。恒速恒頻的控制技術包括無功補償、變槳距、發電機切換、軟并網控制。變速恒頻的控制技術包括啟動并網、最佳功率跟蹤、額定風速以上控制。
四、風電系統的研究熱點
風電系統是一個多學科交叉的系統，其研究熱點也不盡相同。就電力系統方面而言，有一些研究熱點與實際的問題緊密聯系，而有一些則是前沿的理論的分析。如今的研究熱點大體分為以下幾個方面：
（1）風電系統的低電壓穿越問題
（2）風電場的建模
（3） 運用分岔控制方法，設計電力系統分岔控制器
光伏發電部分
一、光伏系統介紹
光伏系統組成 光伏系統的基本原理是利用太陽能的光生伏特效應通過半導體硅電池將光能直接轉換為電能。一般，光伏系統由太陽能電池板、蓄電池、控制器、逆變器組成。根據其實現功能的不同，可分為離網型發電系統、并網型發電系統、混合型發電系統。目前光伏系統的研究主要集中在孤島檢測、最大功率跟蹤、能量變換、穩定性分析這幾個方面。
二、光伏系統中的混沌現象
隨著光伏發電應用的日益廣泛，它們在電力系統中所占比例也越來越高。光伏系統與電力系統并網運行后將會有以下兩個問題產生：（1）光伏電源在并網以后的振蕩問題。由于光伏并網發電系統是一個非線性電力系統，因此具有常規電力系統的特征。即系統在遭受周期性負荷擾動時，只要周期性負荷幅值滿足一定條件，光伏并網發電系統就會發生混沌振蕩。（2）光伏發電系統中的逆變器、DC/DC變換器等設備中包含著大量的電力電子器件。這些器件在實際運行中常常會出現一些非線性的現象。其中有些非線性的現象即混沌現象。
三、光伏并網系統電壓穩定性
與常規電力系統相同，光伏系統的電壓穩定性也分為靜態、暫態兩類。同時也要注意其區別，即光伏電站的功率因數為1。在光伏電站的潮流中，其功率因數為1，可看作是有功功率時變、無功功率為零的PQ節點，因而有別于常規電力系統的節點。P-V曲線可以指示光伏電站影響地區電網電壓穩定性的程度。暫態過程分析中，三相短路故障最為嚴重，所以在電壓暫態穩定研究中主要研究三相短路故障引起的電壓穩定。我的課題為并網光伏控制，即應該從并網光伏系統的電壓穩定性入手，研究其靜態、暫態過程，采用一定的數學工具分析其失穩的原因，最后要加以控制。對比風電系統，可以考慮加入無功補償裝置后對系統的影響。
