陳鵬 任鵬 王秀

（山東科技大學(xué) 電氣與自動化工程學(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，綠色能源的發(fā)電技術(shù)得到了各國的不斷關(guān)注，開展對綠色能源的利用，對于緩解能源和環(huán)境問題，改善能源消耗結(jié)構(gòu)，具有重大的理論和現(xiàn)實意義。黨的十八大報告中指出，要大力推進生態(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)乎民族未來的長遠(yuǎn)大計。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)能源逐漸被用完，很多國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環(huán)境的污染。

太陽能是人類可利用的最重要的、最豐富的可再生資源。它具有儲量巨大，易開采，無毒無害，清潔環(huán)保的特點。我國幅員遼闊，有著豐富的太陽能資源和風(fēng)能資源，在北方農(nóng)村夏季光照較強，冬季季風(fēng)強烈，有豐富的太陽光照資源和風(fēng)能資源，南方夏季雨量充沛，有著豐富的水能資源。根據(jù)我國廣大地區(qū)具有豐富的未被開發(fā)的能源，我們可以建立一個小型電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，把這些資源進行開發(fā)利用，同時解決局部地區(qū)的用電問題。

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)電機組、風(fēng)力發(fā)電機組、水輪發(fā)電機組、柴油機發(fā)電機組、抽水蓄能電廠。

根據(jù)是否與電網(wǎng)相連，可分為獨立型光伏發(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)浜唵巍⒁子诳刂?、功率開關(guān)電壓應(yīng)力低等特點，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)電機組系統(tǒng)如圖2所示，它的并網(wǎng)過程是當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機組接收到由控制系統(tǒng)內(nèi)微處理機發(fā)出的啟動命令后，先檢查發(fā)電機的相序與電網(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)電機機組開始啟動。當(dāng)發(fā)電機轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，雙向晶閘管的控制角同時由180°到0°逐漸同步打開；同時，雙向晶閘管的導(dǎo)通角則同時由0°到180°逐漸增大，此時并網(wǎng)自動開關(guān)K2未動作，動合觸頭未閉合，異步發(fā)電機即通過晶閘管平穩(wěn)地并入電網(wǎng)；隨著發(fā)電機轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高，電機的滑差率漸趨于零。當(dāng)滑差率為零時，并網(wǎng)自動開關(guān)動作，動合觸頭閉合，雙向晶閘管被短接，異步發(fā)電機的輸出電流將不再經(jīng)雙向晶閘管，而是通過已閉合的自動開關(guān)觸頭流入電網(wǎng)。在發(fā)電機并網(wǎng)后，應(yīng)立即在發(fā)電機端并入補償電容，將發(fā)電機的功率因數(shù)（cosφ）提高到0.95以上。

圖2 風(fēng)力發(fā)電機組系統(tǒng)圖

當(dāng)系統(tǒng)生產(chǎn)的電能過多的時候，可以打開抽水蓄能電廠，進行蓄水，這樣當(dāng)用電緊張的時候，我們就可利用抽水蓄能電廠進行發(fā)電。此外，當(dāng)用電緊張的時候我們也可以通過進行常規(guī)能源（柴油機機組）發(fā)電，以彌補清潔能源發(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的輸電線路直接進入工廠，供給工廠電機用電。

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)測儀表設(shè)備、繼電保護裝置。對各個產(chǎn)電輸電用電環(huán)節(jié)進行監(jiān)控，一有故障或者是事故的時候，能夠第一時間對電路和設(shè)備進行保護，使其造成的相應(yīng)的損害和經(jīng)濟損失達到最小。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)故障或者事故的時候，系統(tǒng)的一些電壓、電流特征量就反映到推理機里來，然后與數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)量進行比較，然后做出相應(yīng)的動作執(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的部分地區(qū)的用電，此系統(tǒng)主要依賴于一些太陽能、風(fēng)能和水能，清潔環(huán)保無污染。是當(dāng)今能源比較匱乏時代背景下的一種良好的運用新能源的模式。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，同時也促進了對生態(tài)環(huán)境的保護。

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