王蒙+汪可友
【摘 要】本文首先簡要介紹了國內(nèi)外智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀,然后結(jié)合分布式太能能發(fā)電系統(tǒng)的特點,提出了一種可以應(yīng)用于智能電網(wǎng)中的分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng),并給出了系統(tǒng)的基本控制策略,最后初步論證了系統(tǒng)控制策略的可行性。
【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng);分布式;太陽能發(fā)電
0 引言
隨著人類科技水平的日益增長,電力技術(shù)在人類日常生活中的作用已經(jīng)得到了廣泛認(rèn)可。其中,電網(wǎng)技術(shù)作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一,在全球各國的共同推動下,也在過去的幾十年時間內(nèi)收到了廣泛關(guān)注,并取得了飛速的發(fā)展。
然而,由于全球人口的爆發(fā)式增長,社會科學(xué)的急速發(fā)展,整個人類社會對能源的需求與日俱增。而現(xiàn)存的諸如石油、煤炭、天然氣等不可再生能源的儲量卻呈現(xiàn)江河日下的趨勢。能源需求與能源供給之間的矛盾,已經(jīng)愈發(fā)成為制約人類社會進一步發(fā)展的絆腳石。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示,按照目前的能源消耗速率,石油能源將在40年之后開發(fā)殆盡,石油、天然氣的剩余可開采量也所剩無幾。
為了規(guī)避不可再生能源存量對人類社會進一步發(fā)展的限制,以太陽能、風(fēng)能等為典型代表的新能源為基礎(chǔ),發(fā)展基于可再生能源的新型電網(wǎng)技術(shù),已經(jīng)成為了各國研究人員的主流。和國外發(fā)達(dá)國家相比,我國的工業(yè)基礎(chǔ)薄弱,電網(wǎng)技術(shù)研究也處于相對落后的位置,為了盡早實現(xiàn)工業(yè)化4.0的目標(biāo),研究基于新型可再生能源的智能電網(wǎng)技術(shù),已經(jīng)成為了我國電網(wǎng)技術(shù)研究領(lǐng)域的當(dāng)務(wù)之急,并且具有極其重要的戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)意義[1]。
1 智能電網(wǎng)與分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
智能電網(wǎng),同時也被稱作知識型電網(wǎng),相比傳統(tǒng)電網(wǎng)的技術(shù)方案,其具有友好、清潔、高效、安全的運行特性,是一種更加可靠的源端發(fā)電、終端輸配電系統(tǒng) 。美國早在2002年,就發(fā)起了對于智能電網(wǎng)方向的研究,并與2004年底之前,發(fā)布了美國智能電網(wǎng)系統(tǒng)中,有關(guān)數(shù)字模擬通信、計算機數(shù)學(xué)技術(shù)等一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。歐盟緊隨美國步伐,在2005年成立了智能電網(wǎng)技術(shù)委員會,為歐盟在2030年之前智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展做出了詳細(xì)規(guī)劃,力求滿足歐盟用戶對能源需求個性化、差異化的具體需求[2]。目前,我國在智能電網(wǎng)的研究領(lǐng)域,尚處于起步狀態(tài)。根據(jù)不同地區(qū)各自的用電需求以及研究現(xiàn)狀,各國在智能電網(wǎng)的發(fā)展方向略有差異,其中歐盟更加側(cè)重于新能源發(fā)電系統(tǒng)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用方面的研究。
在分布式發(fā)電領(lǐng)域,太陽能發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以其能源獲取方便、發(fā)電質(zhì)量可靠的優(yōu)良特性,已經(jīng)在很多國家和地區(qū)得到了廣泛的發(fā)展。據(jù)相關(guān)文獻資料顯示,從1980年以來,分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)在國外發(fā)達(dá)國家掀起了研究、發(fā)展應(yīng)用的高潮。因為太陽能電池板體積小安裝方便的特點,將其安裝在居民屋頂上組成各自獨立的分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng),其使用便利度、經(jīng)濟效益度均大大優(yōu)于傳統(tǒng)的大型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。綜上所述,分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)與智能電網(wǎng)的有機結(jié)合,將是未來各國電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的絕對研究熱點。
2 一種應(yīng)用于智能電網(wǎng)中的分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)
本文構(gòu)架的一種應(yīng)用于智能電網(wǎng)的分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。系統(tǒng)的前級為太陽能電池板,由其承擔(dān)太陽能到電能的初級能量轉(zhuǎn)換功能。在太陽能電池板輸出端,構(gòu)建直流母線,儲能裝置通過雙向DC/DC與直流母線形成能量交換。系統(tǒng)的交、直流負(fù)載,根據(jù)各自用電需求,隨機掛接于直流母線。通過分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)控制器,對整個分布式智能電網(wǎng)系統(tǒng)的能量獲取,電能傳輸分配進行綜合監(jiān)控與控制,實現(xiàn)整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
其中,太陽能電池板的MPPT跟蹤控制策略,主要由通過對雙向DC/DC與蓄電池的雙向能量進行實時控制實現(xiàn)。在特定的日照環(huán)境下,根據(jù)太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換特性,其最大輸出功率與太陽能電池板的輸出電壓有對應(yīng)的關(guān)系。因此,通過主動控制雙向DC/DC的開關(guān)頻率,從而調(diào)節(jié)蓄電池的充、放電電流,使得直流母線電壓穩(wěn)定于期望的電壓工作點,即可實現(xiàn)太陽能電池板能源轉(zhuǎn)換效率最大化。與此同時,在分布式發(fā)電系統(tǒng)中,負(fù)載用電需求與供給側(cè)發(fā)電能力往往會處于不匹配狀態(tài),因此要求控制器能夠?qū)χ绷髂妇€所掛接負(fù)載的運行參數(shù)進行全方位實時監(jiān)控,當(dāng)負(fù)載發(fā)生相間短路故障時,能夠及時主動切斷該負(fù)載,保證整個智能發(fā)電系統(tǒng)的可靠運行。并且,當(dāng)用負(fù)載用電需求大于前級太陽能電池板能提供的最大輸出時,能夠控制儲能裝置向直流母線輸出能量,補足發(fā)電端欠載的需求;當(dāng)負(fù)載用電需求小于前級太陽能電池板能提供的最大輸出時,反之亦然。此外,當(dāng)各獨立運行的分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)互相交聯(lián)運行時,系統(tǒng)之間的能量傳遞,配電傳輸控制策略則會更加復(fù)雜。
3 結(jié)語
本文在國內(nèi)外能源背景的日趨嚴(yán)峻的現(xiàn)狀下,基于智能電網(wǎng)愈加強大的實際需求,結(jié)合太陽能分布式發(fā)電系統(tǒng)的特點,提出了一種基于分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的智能電網(wǎng)方案,并初步論證了系統(tǒng)控制策略。目前,儲能技術(shù)是所有新能源技術(shù)的瓶頸所在,甚至可以說,儲能技術(shù)的相對滯后,一定程度上制約了諸如太陽能、風(fēng)能等新能源技術(shù)在智能電網(wǎng)中的發(fā)展。因此,對諸如蓄電池、超級電容等儲能裝置的能量管理、控制策略的進一步研究,是未來研究人員需要深入思考的方向,也是智能電網(wǎng)技術(shù)在未來取的重大突破的關(guān)鍵之一。
【參考文獻】
[1]羅詠.雙向DC_DC變換器及電池能量管理系統(tǒng)研究[D].武漢:華中科技大學(xué),2013.
[2]侯嘉怡.智能微電網(wǎng)分布式電壓控制的研究[D].燕山大學(xué),2014.
[責(zé)任編輯:楊玉潔]