新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)和發(fā)展趨勢

焦東霄　李蕊　李杰

摘 要：隨著傳統(tǒng)能源的枯竭，人們越來越重視新能源的使用。我國電力行業(yè)要想在當(dāng)今時代占有一席之地，就必須重視新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。本文將介紹一些新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的技術(shù)，并對其未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測。

關(guān)鍵詞：新能源；并網(wǎng)；核心技術(shù)；發(fā)展趨勢

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.19.074

0 前言

對新能源的開發(fā)、利用使得新能源并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)成為現(xiàn)如今關(guān)注的重點(diǎn)，我國要想繼續(xù)保持高速、健康的發(fā)展，就必須加大對新能源發(fā)電技術(shù)的研究與應(yīng)用，下面將對其進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

1.1 分散式新能源發(fā)電技術(shù)

分散式發(fā)電指的是以新能源與可再生能源為主的小型發(fā)電裝置安放在負(fù)荷附近的一種發(fā)電方式。同時，新能源主要是運(yùn)用將分布式發(fā)電技術(shù)與儲能技術(shù)結(jié)合在一起的方式，來達(dá)到為用戶提供優(yōu)質(zhì)供電服務(wù)的目的。

水能、風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、海洋能等都屬于新能源和可再生能源，參照國內(nèi)外對新能源開發(fā)、利用的成果，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)今電氣工程的研究領(lǐng)域與發(fā)展方向主要是風(fēng)力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電、燃料電池三種。

（1）風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)就是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的一種技術(shù)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在并網(wǎng)運(yùn)行過程中，需要對電網(wǎng)頻率與發(fā)電機(jī)輸出頻率進(jìn)行嚴(yán)格控制，使兩種頻率相一致，由此來保證并網(wǎng)安全、可靠的運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電有恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電兩種技術(shù)，恒速恒頻技術(shù)選擇的是可以失速調(diào)節(jié)或者主動進(jìn)行失速調(diào)節(jié)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，而變速恒頻技術(shù)通過電子變頻器將發(fā)電機(jī)發(fā)出的頻率變化的電能轉(zhuǎn)換成頻率恒定的電能。由于其具有可以在最大程度上捕捉風(fēng)能，轉(zhuǎn)速運(yùn)行的范圍較寬松，靈活調(diào)整系統(tǒng)功率，采取先進(jìn)的PWM控制等優(yōu)點(diǎn)，變速恒頻技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)今風(fēng)力發(fā)電最主要的技術(shù)。

（2）太陽能光伏發(fā)電。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)是通過對半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)的利用將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)可以是獨(dú)立的，也可以是并網(wǎng)的。在實(shí)際運(yùn)用時，太陽能發(fā)電系統(tǒng)通常是采用2級電力變換器來工作，第1級起到的作用是變換太陽能輸出的電壓與控制對光伏電池陣列最大功率的跟蹤；第2級是使用逆變器來保持直流側(cè)電壓的恒定，并對輸入電網(wǎng)的無功功率進(jìn)行控制。

（3）燃料電池。燃料電池是將儲存在氧化劑與燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電裝置。燃料多樣、噪音小、排氣干凈、可靠性高、環(huán)境污染小等是其所具有的優(yōu)點(diǎn)，也因此被公認(rèn)為是21世紀(jì)一種節(jié)能、高效、環(huán)保的發(fā)電方式[1]。

1.2 微電網(wǎng)的概念與基本結(jié)構(gòu)

微電網(wǎng)是關(guān)于供電網(wǎng)絡(luò)的一種新的結(jié)構(gòu)，是由微電源、負(fù)荷控制裝置、儲能裝置三部分構(gòu)成。微電網(wǎng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)的區(qū)別在于，其是由很多分布的微電源與相關(guān)設(shè)備根據(jù)一定的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，可以自主進(jìn)行管理與控制，還可以通過靜態(tài)開關(guān)連接配網(wǎng)。

2 新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心技術(shù)

2.1 新能源發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

多種能源并聯(lián)組成的分散式結(jié)構(gòu)是新能源發(fā)電系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)。小型的分散式發(fā)電系統(tǒng)中包括多種能源的組合供電，如太陽能、風(fēng)能，而這些供電設(shè)施只有通過逆變并聯(lián)的方式才能與微型公共電網(wǎng)連接。

2.2 電力電子技術(shù)的關(guān)鍵部件

電力電子技術(shù)對發(fā)電系統(tǒng)有著重要的作用，其中關(guān)鍵部件性能的優(yōu)劣更是影響著整個系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。

（1）并網(wǎng)逆變器。電力電子變化器的作用是連接燃料電池、風(fēng)機(jī)與微網(wǎng)，若是系統(tǒng)中沒有這一逆變器，那么這三者將無法連接在一起。根據(jù)實(shí)際情況，系統(tǒng)中的逆變器有時是單獨(dú)的一個逆變器，有時是整流器與逆變器的結(jié)合體。此外，速度快、慣性小是逆變器所具有的優(yōu)點(diǎn)。

（2）靜態(tài)開關(guān)。靜態(tài)開關(guān)相當(dāng)于一種保護(hù)裝置，當(dāng)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題時，它可以及時發(fā)現(xiàn)并識別問題，主動將微網(wǎng)轉(zhuǎn)換成孤島狀態(tài)，以保障系統(tǒng)的安全，并在問題得到解決后，重新連接微網(wǎng)與主網(wǎng)，使系統(tǒng)可以正常運(yùn)行。

（3）電能質(zhì)量控制裝置。任一單元的接入都會對電能質(zhì)量產(chǎn)生影響，如果對其控制不當(dāng)，會給電壓波形、功率因數(shù)、頻率等帶來不好的影響。如風(fēng)能、太陽能等能源的頻繁啟停操作、功率變化，都會導(dǎo)致該系統(tǒng)中電能質(zhì)量問題的出現(xiàn)。因此，電能質(zhì)量綜合監(jiān)控技術(shù)是保證微網(wǎng)安全平穩(wěn)運(yùn)行的一種重要技術(shù)[2]。

2.3 微網(wǎng)技術(shù)

（1）微網(wǎng)的運(yùn)行控制。很多自然資源人類無法對其進(jìn)行掌控，如風(fēng)力的大小、方向、出現(xiàn)的時間等，這使得微網(wǎng)的抗干擾能力很差，也無法保障其運(yùn)行的安全性。因此，對系統(tǒng)加強(qiáng)控制是非常重要的。首先要解決的就是協(xié)調(diào)控制問題，雖然微網(wǎng)系統(tǒng)中每一個微電源的屬性、構(gòu)造都不同，但系統(tǒng)的總能量是固定的，所以只有保持微電網(wǎng)運(yùn)行中電壓的穩(wěn)定性，才能將其對大電網(wǎng)的影響降到最低。同時，微網(wǎng)在切換并網(wǎng)與獨(dú)立運(yùn)行兩種狀態(tài)時，也會給大電網(wǎng)帶來危害，因此，要對微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行合理的改進(jìn)，改變控制方法，從而消除其對大電網(wǎng)的威脅。

（2）微網(wǎng)的故障檢測與保護(hù)。隨著科技的發(fā)展、進(jìn)步，微網(wǎng)系統(tǒng)中不僅有著單向潮流，還包括雙向潮流，這使得傳統(tǒng)的保護(hù)措施無法對系統(tǒng)進(jìn)行有效的維護(hù)，甚至損害到相關(guān)的設(shè)備。因此，需要對在不同與常規(guī)的保護(hù)模式下運(yùn)行的故障檢測和維護(hù)控制系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，使其發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

3 新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢主要有以下兩方面：一是分散式混合能源系統(tǒng)發(fā)展趨勢，這種系統(tǒng)的出現(xiàn)與運(yùn)用是未來的主流發(fā)展趨勢，它是由幾種新能源發(fā)電方式共同組成的，可以解決單一能源供電不穩(wěn)定的問題，進(jìn)而達(dá)成多種能源的優(yōu)勢互補(bǔ)的目的；二是智能微電網(wǎng)發(fā)展趨勢，隨著各種現(xiàn)代技術(shù)的引用，微網(wǎng)的信息化水平與智能化程度都會得到一定的提高，而智能微電網(wǎng)的發(fā)展，有助于提高電力系統(tǒng)的綜合效益。

4 結(jié)論

雖然我國在研發(fā)、使用新能源與可再生能源發(fā)電技術(shù)上取得了一定成果，但由于各種相關(guān)因素的影響，都嚴(yán)重阻礙著對其的進(jìn)一步利用。因此，我國要加大對這一技術(shù)的重視與研發(fā)，使得電力事業(yè)不再依賴傳統(tǒng)能源，進(jìn)而促進(jìn)整個電力領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫佐.新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢[J].池州學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，24（03）：31-35.

[2]李譚龍.新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢[J].通信電源技術(shù)，2016，33（05）：144-145.