綠色能源的應(yīng)用——構(gòu)建小型電力系統(tǒng)

陳鵬 任鵬 王秀

（山東科技大學(xué) 電氣與自動(dòng)化工程學(xué)院，山東 青島 266590）

0 引言

隨著傳統(tǒng)化石能源的逐漸枯竭，綠色可再生能源得到迅猛的發(fā)展。近十年來(lái)，綠色能源的發(fā)電技術(shù)得到了各國(guó)的不斷關(guān)注，開(kāi)展對(duì)綠色能源的利用，對(duì)于緩解能源和環(huán)境問(wèn)題，改善能源消耗結(jié)構(gòu)，具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。黨的十八大報(bào)告中指出，要大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。建設(shè)生態(tài)文明是關(guān)系到人民福祉，關(guān)乎民族未來(lái)的長(zhǎng)遠(yuǎn)大計(jì)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)能源逐漸被用完，很多國(guó)家都在尋求一些清潔綠色能源，一是為了獲得可持續(xù)利用的能源，另一方面也是為了減少對(duì)環(huán)境的污染。

太陽(yáng)能是人類可利用的最重要的、最豐富的可再生資源。它具有儲(chǔ)量巨大，易開(kāi)采，無(wú)毒無(wú)害，清潔環(huán)保的特點(diǎn)。我國(guó)幅員遼闊，有著豐富的太陽(yáng)能資源和風(fēng)能資源，在北方農(nóng)村夏季光照較強(qiáng)，冬季季風(fēng)強(qiáng)烈，有豐富的太陽(yáng)光照資源和風(fēng)能資源，南方夏季雨量充沛，有著豐富的水能資源。根據(jù)我國(guó)廣大地區(qū)具有豐富的未被開(kāi)發(fā)的能源，我們可以建立一個(gè)小型電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，把這些資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，同時(shí)解決局部地區(qū)的用電問(wèn)題。

1 小型電力系統(tǒng)

1.1 小型電力系統(tǒng)介紹

此小型用電系統(tǒng)包括電能生產(chǎn)系統(tǒng)、電能輸送系統(tǒng)、電能利用系統(tǒng)、還有二次監(jiān)控控制系統(tǒng)。小型電力系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 小型電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

電能生產(chǎn)系統(tǒng)包括光伏發(fā)電機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、水輪發(fā)電機(jī)組、柴油機(jī)發(fā)電機(jī)組、抽水蓄能電廠。

根據(jù)是否與電網(wǎng)相連，可分為獨(dú)立型光伏發(fā)電系統(tǒng)和光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，本文采用的是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。其并網(wǎng)系統(tǒng)可分為：光伏電池序列，DC-DC變流器，DC-AC并網(wǎng)逆變器，交流電網(wǎng)。

其中并網(wǎng)逆變器主要應(yīng)用于并網(wǎng)發(fā)電，其輸入為光伏電源，可把小系統(tǒng)電網(wǎng)看作是一個(gè)理想的三相平衡負(fù)載，通常，三相光伏并網(wǎng)發(fā)電逆變器采用的是電壓型三相橋式逆變器結(jié)構(gòu)。三相橋式逆變器具有電路拓?fù)浜?jiǎn)單、易于控制、功率開(kāi)關(guān)電壓應(yīng)力低等特點(diǎn)，不足之處是帶不平衡負(fù)載的能力較弱。

1.2 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)如圖2所示，它的并網(wǎng)過(guò)程是當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接收到由控制系統(tǒng)內(nèi)微處理機(jī)發(fā)出的啟動(dòng)命令后，先檢查發(fā)電機(jī)的相序與電網(wǎng)的相序是否一致。若相序正確，則發(fā)出松閘命令，風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組開(kāi)始啟動(dòng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，雙向晶閘管的控制角同時(shí)由180°到0°逐漸同步打開(kāi)；同時(shí)，雙向晶閘管的導(dǎo)通角則同時(shí)由0°到180°逐漸增大，此時(shí)并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)K2未動(dòng)作，動(dòng)合觸頭未閉合，異步發(fā)電機(jī)即通過(guò)晶閘管平穩(wěn)地并入電網(wǎng)；隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，電機(jī)的滑差率漸趨于零。當(dāng)滑差率為零時(shí)，并網(wǎng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，動(dòng)合觸頭閉合，雙向晶閘管被短接，異步發(fā)電機(jī)的輸出電流將不再經(jīng)雙向晶閘管，而是通過(guò)已閉合的自動(dòng)開(kāi)關(guān)觸頭流入電網(wǎng)。在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，應(yīng)立即在發(fā)電機(jī)端并入補(bǔ)償電容，將發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)（cosφ）提高到0.95以上。

圖2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)圖

當(dāng)系統(tǒng)生產(chǎn)的電能過(guò)多的時(shí)候，可以打開(kāi)抽水蓄能電廠，進(jìn)行蓄水，這樣當(dāng)用電緊張的時(shí)候，我們就可利用抽水蓄能電廠進(jìn)行發(fā)電。此外，當(dāng)用電緊張的時(shí)候我們也可以通過(guò)進(jìn)行常規(guī)能源（柴油機(jī)機(jī)組）發(fā)電，以彌補(bǔ)清潔能源發(fā)電的不足。

電能輸送系統(tǒng)，根據(jù)地區(qū)規(guī)模的不同，本文采用選用10kV輸電回路，環(huán)式網(wǎng)絡(luò)供電系統(tǒng)，中性點(diǎn)直接接地，這樣能夠提高輸電回路供電的可靠性。

電能利用系統(tǒng)是根據(jù)自己產(chǎn)電自己應(yīng)用的原則。經(jīng)過(guò)變壓器的變化，直接供給用戶用電。有一條6kV的輸電線路直接進(jìn)入工廠，供給工廠電機(jī)用電。

2 二次監(jiān)控系統(tǒng)

二次監(jiān)控控制系統(tǒng)包括各種監(jiān)測(cè)儀表設(shè)備、繼電保護(hù)裝置。對(duì)各個(gè)產(chǎn)電輸電用電環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，一有故障或者是事故的時(shí)候，能夠第一時(shí)間對(duì)電路和設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，使其造成的相應(yīng)的損害和經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到最小。二次監(jiān)控控制系統(tǒng)組成如圖3所示。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者事故的時(shí)候，系統(tǒng)的一些電壓、電流特征量就反映到推理機(jī)里來(lái)，然后與數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)量進(jìn)行比較，然后做出相應(yīng)的動(dòng)作執(zhí)行。

圖3 二次控制系統(tǒng)圖

3 小結(jié)

系統(tǒng)應(yīng)用的前景及方向。此小型電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以很好的解決我國(guó)的部分地區(qū)的用電，此系統(tǒng)主要依賴于一些太陽(yáng)能、風(fēng)能和水能，清潔環(huán)保無(wú)污染。是當(dāng)今能源比較匱乏時(shí)代背景下的一種良好的運(yùn)用新能源的模式。具有很大的意義，不僅可以改善人民的生活，而且還可以極大的提高人民的生活水平，同時(shí)也促進(jìn)了對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

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