可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展與并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展與并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用作者：趙星竹尹常永來源：山東工業(yè)技術(shù)2017年第20期摘 要：在中國可再生能源開發(fā)利用背景下，介紹了風(fēng)能、太陽能可再生能源發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的能源利用狀況，以及相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。并從電網(wǎng)連接方式、最大功率點跟蹤、諧波抑制和無功補(bǔ)償三個方面，著重闡述了可再生能源發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。關(guān)鍵詞：可再生能源發(fā)電；風(fēng)力發(fā)電；光伏發(fā)電；并網(wǎng)技術(shù)關(guān)鍵詞：電網(wǎng)運行方式；管理方式；經(jīng)濟(jì)運行；策略分析DOI：10.16640/ki.

2、37-1222/t.2017.20.1621 引言我國的電力工業(yè)主要是火力發(fā)電，煤炭需求量巨大，能源的過度開采利用破壞了生態(tài)環(huán)境，并造成一系列環(huán)境污染問題?？梢姺强稍偕茉吹拈L期發(fā)展和利用并不適用于國家當(dāng)前政策。隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源匱乏問題的凸顯，可再生能源逐漸成為最理想的資源。能源充足是一個國家社會經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的前提與保障，而在世界范圍內(nèi)，為確保經(jīng)濟(jì)發(fā)展導(dǎo)致能源過度開采的國家不在少數(shù)。能源短缺造成能源需求的不斷增大，這樣的惡性循環(huán)使開發(fā)利用可再生能源成為各國解決能源問題的必要措施。在當(dāng)今的能源背景下，可再生能源是我國優(yōu)先發(fā)展的重中之重，可再生能源可循環(huán)再生，具有取之不盡用之不竭的特點，且資

3、源分布廣泛，對環(huán)境危害小，適合就地開采。太陽能與風(fēng)能是我國使用規(guī)模較大、開發(fā)技術(shù)更成熟的可再生能源。在電力行業(yè)，新能源發(fā)電系統(tǒng)已成為電力系統(tǒng)內(nèi)的主要成員。2 幾種可再生能源發(fā)電系統(tǒng)2.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)我國風(fēng)能資源豐富，約10億千瓦的風(fēng)能可以發(fā)掘，這也是風(fēng)力發(fā)電在可再生能源領(lǐng)域迅速發(fā)展的原因之一，根據(jù)專家預(yù)測，我國風(fēng)電裝機(jī)總量在2050年可達(dá)到4億千瓦。將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能再通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能就是風(fēng)力發(fā)電的大體過程。按照運行控制方式，將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分為恒速恒頻和變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行闡述。恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要應(yīng)用于早期風(fēng)力發(fā)電，在現(xiàn)在的風(fēng)力發(fā)電場中仍然得到廣泛應(yīng)用，并網(wǎng)運行時恒速恒頻發(fā)

4、電系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率決定不隨風(fēng)速改變。該系統(tǒng)主要應(yīng)用異步電機(jī)，當(dāng)采用籠型異步發(fā)電機(jī)時，發(fā)電機(jī)定子繞組和電網(wǎng)前的變頻器作用使發(fā)電機(jī)輸出的電壓頻率與電網(wǎng)頻率相同，由于變頻器與發(fā)電機(jī)相連且容量相同，導(dǎo)致所需變頻器容量大，需要安裝無功補(bǔ)償裝置。恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于控制，但由于風(fēng)機(jī)的速度不隨風(fēng)速變化，錯失了最優(yōu)轉(zhuǎn)速，從而降低了風(fēng)能利用率。變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，是我國風(fēng)力發(fā)電的主要研究領(lǐng)域。在變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)中風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速可根據(jù)風(fēng)速變化而調(diào)節(jié)，增加了風(fēng)能利用率，進(jìn)而提高了發(fā)電效率。發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子均可向電網(wǎng)輸出功率，轉(zhuǎn)子側(cè)功率可實現(xiàn)雙向輸出，能量損失小，可根據(jù)發(fā)電機(jī)運

5、行狀態(tài)靈活調(diào)節(jié)。2.2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的高利用率和無污染等特性保證了光伏發(fā)電的研究優(yōu)勢。近年來，中國在全球太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先的位置，在相關(guān)政策支持下光伏安裝量逐年增長，我國太陽能光伏發(fā)電總量在2015年達(dá)到了20GW，位居世界第一的位置。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏模塊和光伏逆變器組成。光伏發(fā)電選用光電直接轉(zhuǎn)換方法，利用半導(dǎo)體的光生伏特效應(yīng)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，然后通過逆變器將轉(zhuǎn)換來的直流電逆變成符合電網(wǎng)要求的交流電再并網(wǎng)，以完成整個發(fā)電并網(wǎng)過程。此外，由于并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)既連接電網(wǎng)又連接負(fù)載，所以系統(tǒng)的不穩(wěn)定為電網(wǎng)和負(fù)載都帶了影響，那么就需要一個電能調(diào)節(jié)部分-儲能元件，

6、例如控制器可以調(diào)節(jié)蓄電池組根據(jù)系統(tǒng)可輸送電能的多少進(jìn)行充放電以滿足負(fù)載要求。光伏電池多種多樣，根據(jù)材料分為單晶硅光伏電池、多晶硅光伏電池、非晶硅光伏電池和多元化合物光伏電池。在系統(tǒng)中單個光伏電池通常按一定的方式連接成組件使用以提升效率。光伏逆變器的作用是對輸出電能進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心元件。在系統(tǒng)中主要應(yīng)用的是電流控制型逆變器，它的作用是調(diào)節(jié)電流的相位和幅值使得電壓和頻率滿足并網(wǎng)要求。2.3 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)由于風(fēng)能、太陽能發(fā)電系統(tǒng)單獨運行時多受天氣因素的影響，無法做到全天候規(guī)律發(fā)電，會在一定程度上影響系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性，因此促成了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展。在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中，兩

7、種自然互補(bǔ)能源合理配置發(fā)電，彌補(bǔ)了兩種資源的不足，具有良好的發(fā)展前景。在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中由風(fēng)光互補(bǔ)控制器調(diào)控風(fēng)電與光電共同向蓄電池組充電，再以蓄電池組為中樞逆變成交流電向電網(wǎng)和負(fù)載輸送。在系統(tǒng)中風(fēng)光互補(bǔ)控制器和蓄電池可以調(diào)節(jié)能量傳輸過程?？刂破骺梢愿鶕?jù)外部環(huán)境變化情況，在日光照射強(qiáng)度、風(fēng)向、風(fēng)力等因素的影響下調(diào)節(jié)蓄電池組儲存或輸送電能，確保負(fù)載用電并使整個系統(tǒng)在恒壓條件的安全穩(wěn)定，在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電功率是風(fēng)機(jī)額定功率和光伏電池最大功率的總和。近年來風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電應(yīng)用廣泛，在通信、電站和照明等場所發(fā)揮作用。根據(jù)相關(guān)資料報道，目前在西藏、內(nèi)蒙地區(qū)已有風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)投入運行使用。3 可再生

8、能源發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用可再生能源發(fā)電系統(tǒng)在為我們節(jié)約資源、降低污染、提升效益的同時，也影響了電網(wǎng)穩(wěn)定供電。由于我國以火力發(fā)電為主，再加上可再生能源本身并不穩(wěn)定的特性，使可再生能源發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)時會影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，往往需要相應(yīng)的技術(shù)來調(diào)整可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的適配性，使可再生能源發(fā)電系統(tǒng)安全并網(wǎng)的同時保證電能質(zhì)量與發(fā)電效率，下面主要從以下三個方面闡述可再生能源發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用。3.1 并網(wǎng)方式在并網(wǎng)方式上，由于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)輸出電能要保證與電網(wǎng)對應(yīng)端電壓幅值、頻率和相位完全相同，因此需要電力電子設(shè)備進(jìn)行電能調(diào)節(jié)。如光伏發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用的并網(wǎng)逆變器，電流控制性型光伏并網(wǎng)逆變器可以使并

9、網(wǎng)的功率因數(shù)接近于1，并且控制并網(wǎng)電流波形接近正弦，從而提升發(fā)電效率和電能質(zhì)量。此外，光伏并網(wǎng)逆變器多裝配隔離變換器，采取隔離方式防止直流電流進(jìn)入電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可直接并網(wǎng)也可通過變頻器并網(wǎng)，受風(fēng)速變化的影響，風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電頻率并不穩(wěn)定，而變頻器可以將風(fēng)力發(fā)電頻率同化為電網(wǎng)頻率，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的頻率與電網(wǎng)頻率相隔離，并網(wǎng)時在很大程度上減少了沖擊電流與沖擊轉(zhuǎn)矩的生成，進(jìn)一步提升了電能質(zhì)量。此外，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中同步風(fēng)力機(jī)運行時經(jīng)勵磁調(diào)節(jié)可實現(xiàn)無功功率補(bǔ)償，在并網(wǎng)方式上可以選擇自動準(zhǔn)同步并網(wǎng)和自同步并網(wǎng)，而異步風(fēng)力機(jī)可選擇直接并網(wǎng)、降壓并網(wǎng)和晶閘管軟并網(wǎng)（通過晶閘管軟并網(wǎng)來限制沖擊電流）。3.2

10、最大功率點跟蹤控制技術(shù)可再生能源發(fā)電與最大功率點跟蹤控制技術(shù)相結(jié)合，可以有效地提高資源利用率，同時確保發(fā)電。光伏發(fā)電系統(tǒng)采用最大功率點跟蹤技術(shù)來控制系統(tǒng)的功率，因為光伏發(fā)電系統(tǒng)受光強(qiáng)、溫度變化等不受控制因素的影響，系統(tǒng)輸出功率難以根據(jù)一定規(guī)律跟蹤最大值，光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤控制是調(diào)整光伏電池阻抗和位置，在最大功率點上運行系統(tǒng)。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中最大功率點跟蹤控制方法主要有最佳葉尖速比法和功率信號反饋法，前者通過調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制風(fēng)機(jī)葉尖速比為最佳值，保證捕捉最大風(fēng)能，操作簡單易于實現(xiàn)，但依賴于風(fēng)速測量難免有誤差較大的問題。后者不需要測量風(fēng)速，根據(jù)繪制的輸出功率曲線和實際風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速預(yù)測相應(yīng)的最

11、大輸出功率，在調(diào)節(jié)器中控制鼓風(fēng)機(jī)捕捉最大功率點。3.3 諧波抑制和無功功率補(bǔ)償在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中，有大量電力電子設(shè)備，這些不穩(wěn)定的非線性器件在電網(wǎng)連接時會給電網(wǎng)帶來大量的諧波和無功功率，嚴(yán)重影響電能質(zhì)量。傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補(bǔ)償方法是無源濾波技術(shù)，根據(jù)電容和電感的諧振特性，用并聯(lián)方式補(bǔ)償無功功率，并共享部分諧波分量。雖然無源濾波技術(shù)成熟且易于操作，但只能抑制固定頻率的諧波，容易產(chǎn)生諧波，只能補(bǔ)償靜態(tài)無功功率，而自身適應(yīng)性差只能在穩(wěn)定的運行條件下使用。因此，提出采用PWM逆變器構(gòu)成有源電力濾波器接入的有源電力濾波技術(shù)。有源濾波技術(shù)具有良好的補(bǔ)償特性，可以抑制諧波，并在一定程度上彌補(bǔ)無源濾波技術(shù)的不足。有源電力濾波器可以與LC無源濾波器相結(jié)合，目的是結(jié)合二者的優(yōu)點得到更好的性能。4 結(jié)束語可再生能源的開發(fā)利用已然成為今后發(fā)展的必然趨勢，而隨著資源利用的不斷深入以及相關(guān)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，也逐漸出現(xiàn)模式上的缺陷和技術(shù)水平的不足?？稍偕茉吹拈_發(fā)需要科學(xué)工作者在思維和技術(shù)