黃河電力檢修工程有限公司 林 原

北京中恒博瑞數(shù)字電力科技有限公司 仇向東 付龍明

自然環(huán)境與能源緊張問題是現(xiàn)階段全球經(jīng)濟發(fā)展面臨的主要問題?；趯ι鷳B(tài)環(huán)境保護的基本要求，風能、太陽能、水能以及生物能等新能源逐步得到了廣泛應用與發(fā)展，在很大程度上推動了國內外電力行業(yè)的繁榮發(fā)展。因此，在未來發(fā)展階段，需要進一步對新能源并網(wǎng)發(fā)電的技術及發(fā)展趨勢進行深入研究與分析，從而結合時代發(fā)展的要求，充分發(fā)揮新能源的優(yōu)勢，提高能源的利用率，促進經(jīng)濟與生態(tài)的協(xié)調發(fā)展。

1 新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的理論

1.1 分布型新能源發(fā)電工藝

分布型發(fā)電通常指的是以目前開發(fā)的新能源或可循環(huán)利用的能源為支撐的小型發(fā)電機構，分散地設置在負載周邊區(qū)域的發(fā)電模式，分布型發(fā)電工藝又可以稱為分布型輸電和分散型產電工藝。為了充分發(fā)揮新能源的優(yōu)勢提高供電水平，需要不斷完善分布型發(fā)電工藝，從而推動供電工作的順利進行?，F(xiàn)階段，我國主要開發(fā)與應用的新能源主要包括風能、水能、生物質能、潮汐能以及太陽能等，與國際上較為先進的新能源開發(fā)結果對比來看，我國在風力發(fā)電、熱能電池以及日光能光伏發(fā)電的研究上取得了顯著的成果。風力發(fā)電工藝主要是以風能作為驅動發(fā)電裝置運轉的基礎條件，進而實現(xiàn)電力能源的生產與輸出。為保證風力發(fā)電裝置運行的穩(wěn)定性，在聯(lián)網(wǎng)供電過程中，需要對電網(wǎng)輸出的電流頻率進行嚴格管理與控制，確保電網(wǎng)輸出的電流頻率與熱力發(fā)電機組的輸出電流頻率相匹配，從而提高新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。風力發(fā)電技術主要包括恒定速度恒定頻率的發(fā)電模式以及變速恒頻型的發(fā)電模式。其中，恒速恒頻的發(fā)電模式主要利用主動式失速調配設備或常規(guī)性失速調配設備，而變速恒頻發(fā)電模式主要利用異步感應發(fā)電機作為主要發(fā)電裝置。將兩種發(fā)電模式的相關指標進行對比分析能夠得出，變速恒頻發(fā)電模式更有利于提高風能的利用率，同時具備比較高效的調配機制，因此在現(xiàn)階段的風力發(fā)電中得到了廣泛應用。日光能光伏發(fā)電工藝指的是利用具有光電效應的可控硅半導體材料將日光能轉換為電力能源?，F(xiàn)階段，光伏發(fā)電機構主要有獨立式光伏發(fā)電和并網(wǎng)式光伏發(fā)電機構兩種類型。此外，燃料式電池工藝主要是將儲存在化學氧化劑和燃料中的化學能轉化為電力能源，這種工藝的應用有利于降低發(fā)電過程中的噪聲，同時具有環(huán)保性能。

1.2 微網(wǎng)基本概念

微網(wǎng)能夠通過有效的協(xié)調控制有效解決新能源分布式電源并網(wǎng)時產生的各種問題，從而減少分布式電源并網(wǎng)對供電效果產生的不利影響。微網(wǎng)指的是一種小型配電網(wǎng)絡，通常包括分布式微電源、儲能裝置、負荷、電能轉換設備以及控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對電力能源的有效控制與管理。微網(wǎng)中的電力負荷主要包括主要負荷和次要負荷兩種類型，相對于次要負荷來說，主要負荷對于電能的質量與可靠性要求相關較高。微網(wǎng)中的分布式電源可以直接或者通過電力電子換流裝置進行并網(wǎng)，進而實現(xiàn)對本地負荷進行供電，同時將余電進行回收。

2 新能源并網(wǎng)發(fā)電關鍵技術

2.1 新能源發(fā)電系統(tǒng)結構

新能源發(fā)電系統(tǒng)主要包括多個小型新能源發(fā)電系統(tǒng)，這些小型分布式發(fā)電系統(tǒng)中又包括風能發(fā)電、太陽能發(fā)電等多種能源的組合發(fā)電，這些供電設備主要通過逆變器并采用并聯(lián)的方式與微型公共電網(wǎng)進行連接，從而保證電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性。

2.2 電力電子技術的關鍵部件

電力電子技術在分布式發(fā)電中發(fā)揮著至關重要的作用，并網(wǎng)逆變器、靜態(tài)開關以及電能質量控制裝置的性能都能夠對供電系統(tǒng)的運行產生較大影響。首先，電力電子變換器在電力系統(tǒng)中起著連接微網(wǎng)、風機與燃料電池的作用，這些變換器有時只需要通過逆變器就可以起到相應的作用，但有時就需要將逆變器和整流器進行結合使用，具體的使用方式主要根據(jù)電力電子技術應用的實際情況來確定。其次，靜態(tài)開關在電力電子技術的應用過程中主要起到識別系統(tǒng)的一些意外情況，并將微網(wǎng)轉換到孤島運行狀態(tài)的作用，進而能夠有效防止避免系統(tǒng)受到破壞。同時，在故障問題得到解決后，靜態(tài)開關能夠自動將微網(wǎng)和主網(wǎng)進行連接，從而保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。此外，電能質量控制裝置能夠對電能質量進行全面監(jiān)控，從而避免電壓波形、頻率和功率因數(shù)導致電能質量下降問題的發(fā)生，維護微網(wǎng)運行的安全性。

2.3 微網(wǎng)技術

微網(wǎng)系統(tǒng)本身抗干擾能力較弱，并且在諸多不可控因素的影響下，容易降低微網(wǎng)系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。因此，微網(wǎng)技術的應用過程中需要對微網(wǎng)系統(tǒng)的運行情況進行有效控制與管理。微電源作為微網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分，雖然其構成與屬性存在一定差異，但微網(wǎng)系統(tǒng)的總能量是一定的，因此，為避免微電網(wǎng)對整體電網(wǎng)的負面影響，需要在微電網(wǎng)的運行中保證電壓的穩(wěn)定性，但從現(xiàn)階段的實際情況來看，這一問題并未得到妥善地解決。同時，微網(wǎng)從獨立運行狀態(tài)到并網(wǎng)狀態(tài)的相互切換過程中都會在一定程度上影響整個電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。因此，技術人員需要結合具體要求和實際情況對微電網(wǎng)的結構與配置參數(shù)進行優(yōu)化與調整，從而提高對微電網(wǎng)系統(tǒng)運行效果的控制，避免微電網(wǎng)對整個電網(wǎng)造成的不利影響?，F(xiàn)階段，傳統(tǒng)的保護措施在實現(xiàn)對微網(wǎng)系統(tǒng)單向潮流的保護過程中，難以起到對微網(wǎng)系統(tǒng)雙向潮流的保護作用。因此，在社會經(jīng)濟與科學技術高速發(fā)展的背景下，對于微網(wǎng)技術的研發(fā)與應用工作需要對常規(guī)保護模式下的運行故障進行檢測，并利用保護控制系統(tǒng)保證微網(wǎng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

3 新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

3.1 分布式混合能源系統(tǒng)

采用幾種新能源發(fā)電方式組成分布式新能源混合能源系統(tǒng)是未來新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢。分布式混合能源系統(tǒng)實現(xiàn)了分布式能源和儲能技術的有效結合，通過發(fā)揮各種新型微型能源的優(yōu)勢特點，將能源與儲能裝置進行混合配置，從而解決單一能源供電不穩(wěn)定的問題，有助于提升電力系統(tǒng)運行的效率和質量。同時，通過對負荷均衡化的有效控制，利用電力電子裝置提高電網(wǎng)在獨立運行和并網(wǎng)運行狀態(tài)下的穩(wěn)定性和可靠性，保證供電的質量。但在此過程中，還需要對拓撲結構和關鍵部件的選擇以及控制策略等問題進行解決。首先，在選擇新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的結構與關鍵部件的過程中，需要通過對并網(wǎng)變換器拓撲建模與量化的對比分析，選擇最佳的并網(wǎng)變換器結構，就近選擇微電網(wǎng)使用直流總線，有利于提高電能的利用率。在確定系統(tǒng)內儲能環(huán)節(jié)的結構和容量的過程中需要依據(jù)對各類儲能裝置技術的對比分析結果來進行。在研究新能源并網(wǎng)發(fā)電關鍵部件問題的過程中，首先需要對系統(tǒng)主電路的設計參數(shù)和各部件模型進行分析，因此，對新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的主電路的設計問題，工作人員要明確新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)試驗樣機的直流母線電壓以及各部件的功能定位，之后對微電源和儲能裝置的特點進行分析，通過建立熱模型、電路模型、機電方程等對微電源及并網(wǎng)變換器控制模型進行分析，之后再通過驗證工作開展并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主電路的設計工作。此外，對新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢進行研究與分析，還需要對多個微電源之間的協(xié)調控制問題進行研究與分析。新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中包含著許多微電源，這些微電源具有較強的靈活性，并且電壓—電流、頻率—功率的特性以及時間常數(shù)都有各自的差異。在并網(wǎng)系統(tǒng)中，通常利用先進的電子設備將各微電源與微網(wǎng)中的直流或交流總線進行連接，因此，通過對微電源的協(xié)調與控制有利于提高電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，發(fā)揮新能源的優(yōu)勢保證電能的質量。

3.2 智能微電網(wǎng)

現(xiàn)階段，為促進我國電力事業(yè)的繁榮發(fā)展，國家逐步提高了對智能電網(wǎng)的研究與開發(fā)力度。智能電網(wǎng)概念的提出旨在對日益老化和低頻率的供電系統(tǒng)進行優(yōu)化與完善，從而使原有的發(fā)電、輸電、配電等系統(tǒng)具備高效和環(huán)保的功能。美國電力研究院針對含有微網(wǎng)的智能化配電網(wǎng)進行研究，并建立了專門的科研管理機構及智能電網(wǎng)研究網(wǎng)絡化平臺，在世界范圍內的智能配電網(wǎng)的研究上處于領先地位。智能微網(wǎng)是智能配電網(wǎng)在未來發(fā)展階段的主要組織形式，涉及到高級電力電子技術、高級能量管理與分析技術、量測與通信技術等關鍵技術。同時，智能配電網(wǎng)在未來發(fā)展過程中，需要完善配電運行的框架，依據(jù)分布式發(fā)電系統(tǒng)的基本特點，對智能微網(wǎng)以及分布式電源進行協(xié)調與控制，從而促進微網(wǎng)向著智能化、自動化與信息化方向發(fā)展。

結語：我國在近年來始終致力于新能源發(fā)電技術的研發(fā)與應用，并取得了一定的成績。但由于諸多因素的影響，制約了新能源發(fā)電技術的進一步發(fā)展。因此，在未來發(fā)展階段，相關部門需要提高對新能源發(fā)電技術研究的重視程度，并將研究的重點放在新能源并網(wǎng)發(fā)電關鍵技術的應用上，結合時代發(fā)展的趨勢和要求，有效提高新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)運行的效率和質量，從而推動新能源并網(wǎng)發(fā)電技術的運用，促進我國電力事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。