电力电子技巧在可再生能源发电体系中的应用

　　从今朝世界的能源构造来看，以资本有限、污染严重的石化能源为主的能源构造将慢慢改变为以资本无穷、干净干净的可再生能源为主的能源构造。太阳能、风能、水能、海洋能、生物质能、地热能、燃料电池等可再生能源作为新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染、不受地区资本限制等长处，正获得敏捷的推广应电力电子技巧作为可再生能源发电技巧的关键，直接关系到可再生能源发电技巧的成长。可再生能源发出年夜小变更的直流电或频率变更的交换电，须要电力电子变换器将电能进行变换。

　　1电力电子技巧在再生能源发电体系中的应用及成长趋势1.1可再生能源发电体系可再生能源发电技巧的成长和范围的扩年夜，使其慢慢从弥补型能源向替代型能源过渡。下面简介几种基金项目：江苏省六年夜人才岑岭课题（06-A-045）赞助项目。

　　重要的可再生能源发电体系。

　　1光伏发电体系光伏发电体系可分为自力光伏发电体系和并网光伏发电体系。是一个太阳能光伏并网发电体系示意图。该体系由太阳能、光伏阵列、双向直流变换器、蓄电池或超等电容和并网逆变器构成。光伏阵列除包管负载的正常供电外，将多余电能经由过程双向直流变换器储存到蓄电池或超等电容中；当光伏阵列不足以供给负载所需的电能时，双向直流变换器反向工作向负载供给电能。

　　112风力发电体系燃料电池是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能持续赓续地转化为电能的电化学装配。燃料电池发电最年夜的优势是高效、干净，无污染、噪声低，模块构造、积木性强、不受卡诺轮回限制，能量转换效力高，其效力可达40%~65%.燃料电池被称为是继水力、火力、核能之后第四代发电装配和替代内燃机的动力装配。

　　114混淆能源发电体系应用风能资本和太阳能资本天然的互补性而构成的“风力一太阳能混淆发电体系”可以弥补因风能、太阳能资本间歇性不稳定所带来的靠得住性低的缺点，在必定程度上供给稳定靠得住电能。

　　统“的构造如所示。

　　作为可再生能源应用的重要构成部分的电力电子变换装配的研究与开辟也成为一个重要的研究课题。可再生能源发电中应用到的电力电子技巧重要包含逆变器及并网技巧、太阳能充电控制技巧、变速恒频风力发电体系、燃料电池功率调节体系、谐波克制和能量治理等。

　　1.2逆变器及并网控制技巧可再生能源发电输出功率的并网重要采取针对变速恒频双馈风力发电机组的ACAC变换器并网和采取逆变器的并网方法。今朝，可再生能源发电的并网多采取逆变器与电网连接，并网逆变器应具有功率因数为1、网侧电流正弦化、能量可双向流动等特点，从而使其具有优良的控制机能。当光伏并网发电时，并网逆变器还必须具有快速的动态响应。逆变器除了要包管并网所请求的电能品德和前提外，还要实现可再生能源发电技巧的一些功能，如太阳能最年夜功率输出跟踪控制和风能最年夜捕获控制等，请求其主电路拓扑构造具有有功、无功功率解耦可调，且有高的变换效力。此外，经由过程并网运行和自力运行两种模式的无缝切换技巧，可以减小对电网的冲击。今朝这方面的研究多集中在电路拓扑方面，所采取的控制策略多为PI控制，对外界情况不具备鲁棒性。应用现代控制理论进步并网逆变器机能已有一些成果，如采取非线性状况反馈线性化办法实现了线电流中的有功和无功分量的解耦控制，达到了进步动态机能的目标；在PI控制基本上，引入猜测控制，也能改良控制器的动态机能，并可减小直流侧缓冲电容的容量；将滑模控制应用于风电机组的并网控制器中，可实现低速下的靠得住发电控制；基于自抗扰控制器道理的并网控制器，在动态机能和鲁棒性方面具有明显进步，且轻易实现。以上研究固然得出了一些研究成果，但都是针对各个问题分别解决，要得出实用性的技巧成果，应将功率跟踪控制、功率因数控制和输出电流波形控制等问题综合推敲，研究出同一控制算法。今朝我国太阳能光伏发电体系仍以自力供电体系为主，自立研制的并网逆变器存在体系运行不稳定，靠得住性低的弱点，并且保护办法不全，轻易引起变乱，与建筑一体化等问题也没有获得很好推敲。

　　并网中的“孤岛”现象是指当电网掉电后，光伏并网发电体系与本地负载处于自力运行状况，就会由太阳能并网发电体系和四周的负载形成一个自给式供电孤岛。“孤岛”现象会严重影响电力体系的安然正常运行，危及线路维修人员的人身安然。跟着光伏并网发电体系及其它分散式并网电源的增多，产生“孤岛”效应的概率也会越来越高，近年来在可再生能源成长较快的国度和地区引起了人们的广泛看重。一般情况下，一个装有过压、欠压、过频和欠频继电器的逆变器具有对“孤岛”的根本保护功能。但在源-负载功率均衡的情况下，电压和频率变更很小，红外光谱仪厂家是基于对干涉后的红外光进行傅里叶变换的原理而开发的红外光谱仪，这些继电器将掉效，导致体系进入“孤岛”运行。“孤岛”检测办法分为两年夜类，即被动检测法和主动检测法。被动检测是经由过程不雅察电网的电压，频率以及相位的变更来断定有无“孤岛”产生等。然而当光伏电源的功率与局部电网负载的功率根本接近，导致断电时局部电网的电压和频率变更很小时，被动检测法就会掉效。为懂得决此问题，主动检测法应运而生。主动检测法是经由过程在并网逆变器的控制旌旗灯号中参加很小的电压、频率或相位扰动旌旗灯号，然后检测逆变器的输出。当“孤岛”产生时，扰动旌旗灯号的感化就会浮现出来，当输出变更跨越规定的门限值就能预告“孤岛”的产生。但一般的主动检测法（如频率偏移法、输出功率变更测量法等）中，负载相角特点对检测的有效性影响较年夜，这类办法存在“检测盲区”。若何快速、精确、低成本地进行“孤岛”检测与控制将成为并网技巧的一个研究热点。

　　1.3太阳能充电控制器191为进步太阳能发电的靠得住性，需配备必定容量的蓄电池组。铅酸蓄电池构成本较高，且应用寿命有限，若应用欠妥，会严重影响寿命。蓄电池组的成本已成为影响太阳能光伏发电体系推广应用的一个重要障碍。惯例的充电办法，如恒流充电法、阶段充电法、恒压充电法、脉冲充电法等，都是基于蓄电池的充电特点曲线进行的，但充电控制精度易受外界情况影响，采取自适应控制算轨则能很好地兼顾蓄电池充电控制和太阳能电池最年夜功率跟踪控制。

　　1.4变速恒频风力发电体系141今朝我国风力发电根本都是采取并网型异步风力发电机组，运行方法是不加控制的直接并网运行，风速风向变更时很轻易对电网形成冲击、注入谐波、造成污染，甚至影响局部电网运行的稳定性。解决这一问题的筹划是采取变速恒频控制，即当风速改变引刮风轮转速变更时，仍能包管输出电能频率恒定。实现变速恒频发电的办法浩瀚，个中双馈发电机筹划最具优势。双馈感应发电机又称交换励磁发电机，其构造与绕线式异步电机雷同，定子侧三相对称绕组直接与工频电网相连，转子侧三相对称励磁绕组请求与能供给可控幅值、相位及频率的电源相连。因为交变换器只需供给转差功率，年夜年夜削减了对容量的请求。发电机根据风力机转速变更调节转子励磁电压频率，实现恒频输出，实现发电机的有功、无功功率自力调节，进而控制发电机组转速实现最年夜风能的跟踪和捕获运行。在风速变更的情况下及时地调节风力机转速，使之始终运行在最佳转速上，从而进步了机组发电效力，优化了风力机的运行前提。此外，变速恒频风力发电体系在并网时，几乎没有电流冲击，不必担心异步机并网时冲击电流过年夜的问题。同时，全自动红外测油仪一体化腔体内的水样采样装置、磁力搅拌萃取装置、油水分离过滤装置、排除废液废气装置、光学装置，双馈发电机工作频率与电网频率是彼此自力的，当风轮及发电机的转速变更时，也不必担心同步电机直接并网运行时可能出现的掉步问题。无刷双馈发电机的控制筹划除了可实现变速恒频控制，降低变频器的容量外，还可以实现有功、无功功率的灵活控制，对电网而言可起到无功补偿的感化。同时发电机本身没有滑环和电刷，既降低了电机的成本，又进步了体系运行的靠得住性。

　　变速恒频双馈发电体系的AC―AC变换器为四象限变换器，按其拓扑构造可以分为交一交变频器、交一向一交变频器和矩阵变换器。交一交变频器不需中心直流滤波环节，晶闸管采取天然换流方法，始终接收无功功率，功率因数低，谐波含量年夜，输出频率低。交一向一交变频器是今朝应用最广泛的ACAC变换器，但其直流环节的滤波电容体积年夜，寿命较短，且开关损耗较年夜。今朝应用的两种重要构造ACDC―AC方法和AC―AC方法如所示。

　　矩阵变换器是一种ACAC直接变频器，由直接接于三相电源和三相负载之间的9个开关阵列构成，没有中心直流环节，功率电路简单可输出幅值、频率、相位和相序均可控的电压。谐波含量较小，输入功率因数可控，可四象限运行，然则其换流过程不许可两个开关同时开通或关断，控制较复杂。矩阵变换器作为发电体系交换励磁电源，不只能知足交换励磁变速恒频发电所必须的双向功率流动，并且其优良的输入、输出特点确保了临盆知足请求的高质量电能，同时在真正意义上解决了能源的最佳应用和环保问题。今朝矩阵式变换器的控制多采取空间矢量变换控制办法，借用传统交一向一交控制策略，在鲁棒性和实现性方面还有待进步。

　　风力发电和电网兼容的问题也必须加以存眷。如今的风力发电体系还不克不及适应较年夜的电网电压和频率暂态变更，当电网电压跌落时，风机离开电网，而当电网稳定后风机从新并网运行。对于风机较少的电网来说，这是可以接收的，然则当风力发电量增长到电网容量的10%~15%时，风力发电体系必须支撑电网稳定，并且其行动必须和传统发电设备类似，这对发电体系提出了更为苛刻的请求。

　　1.5燃料电池功率调节体系燃料电池是有内阻的，输出电压跟着输出电流的变更而变更，如许的输出电压是不克不及直策应用的，并且输出电压跟着温度的增长而增长。对于直流负载而言，一般只需一个恒定不变的供电电压，而对于交换逆变器燃料电池升压变换器蓄电池或超等电容双向直流变换器负栽燃料电池并网发电功率调节体系负载，还须要将直流电逆变为所须要的交换电，是以燃料电池的发电体系必须要有功率调节体系才能正常工作。燃料电池并网发电功率调节体系的构造示意图如所示，体系由燃料电池、蓄电池或超等电容、升压变换器、双向直流变换器和并网逆变器构成。因为今朝燃料电池发电成本还比较高，是以对功率调节体系的转换效力请求较高。

　　针对燃料电池电源体系功率调节器输入电压变更范围宽，则需选用一种实用于宽输入的变换器拓扑作为该功率调节器的前级，此外还得推敲动态响应速度慢的特点。双向直流变换器研究的几个关键问题是：（1）若何研制简单高效的双向直流变换器拓扑；2）探寻新型双向直流变换器的软开关技巧，从而进一步降低变换器的开关损耗，并拓宽软开关负载适应范围；3）减小双向直流变换器中的轮回能量，降低通态损耗，进步总体效力；（4）进一步进步双向直流变换器的动态响应；5）建立双向直流变换器的控制模型，有助于变换器的优化设计，改良变换器的机能；（6）实现双向直流变换器的数字控制，有利于进行体系移植、数据采集、显示和监控。

　　1.6可再生能源中的谐波克制可再生能源发电多采取电力电子装配来实现功率转换，平日会给电网带来电力谐波，红外测油仪是一种检测仪器，目前主要用于监测水的质量和危险的垃圾点与监测油、水分离过程等多项用途，使功率因数恶化、电压波形畸变、增长电磁干扰跟着可再生能源发电范围的增年夜，因而给电网带来的电能质量问题越来越受到存眷。今朝，谐波克制重要有两种办法：无源滤波和有源滤波。无源滤波应用电容和电感谐振的特点来克制特定频率的高次谐波分量和进步功率因数，但存在体积年夜、滤波频率固定和会出现串并谐振等缺点，限制了其应用处合。近年来，有源滤波以其可补偿各次谐波，还可克制电压瞬变、补偿无功等一机多能的特点，成为一个研究热点，且在一些工业先辈国度获得了年夜量应用，但在补偿机能、靠得住性以及降低成本和损耗方面还有待进一步完美。针对有源滤波器的强非线性和高及时性请求，很多学者将先辈控制技巧应用于有源滤波器的控制，也取得了很多有益的成果。以上研究成果固然可实现对有源滤波器品德的改良，但尚未成熟。别的，电源品德的改良应是综合性的多目标优化问题，应加强对同一电源品德的治理。

　　1.7其它跟着可再生能源发电技巧的赓续成长，对混淆发电体系的能源治理，电力电子应用体系的集成化、模块化，并网运行的稳定性、容错与冗余，电能品德等提出了更高的请求，电力电子家当面对着优胜的机会和严格的挑衅。

　　2停止语本文对可再生能源发电中太阳能光伏发电、风力发电、燃料电池发电和混淆能源发电体系进行了介绍，具体研究了电力电子技巧在可再生能源发电体系中的应用和成长趋势，新能源发电体系给电力电子技巧供给了新的偏向，也为从事可再生发电能源体系的研究供给了新的思路。