分布式發(fā)電中的電力電子技術

0 引言

集中發(fā)電、遠距離輸電和大電網(wǎng)互聯(lián)的電力系統(tǒng)存在的一些弊端，使得電力系統(tǒng)顯得既“笨拙”又“脆弱”。目前，大電網(wǎng)與分布式電網(wǎng)的結合，被世界許多能源和電力專家公認是節(jié)省投資，降低能耗、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和靈活性的主要方式，是21世紀電力工業(yè)的發(fā)展方向。此外，現(xiàn)在世界各國都在提倡“綠色環(huán)保”，而我國電力系統(tǒng)的發(fā)電對環(huán)境造成了很大的破壞，采用分布式發(fā)電，充分利用各地豐富的“清潔能源”，這對于我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略具有重大意義。

近年來國外，特別是以美國和日本為代表，對新型分布式發(fā)電技術的研究已取得了突破性的進展，而且有望在電能生產中占有越來越大的比重。我國對分布式發(fā)電的研究較晚，現(xiàn)在還沒有形成很成熟的技術，但是，分布式發(fā)電是未來電力市場的發(fā)展趨勢，因此，要加緊開展對分布式發(fā)電的研究和探索，其中的一個重要方面就是要將電力電子技術應用到分布式發(fā)電中。

1 電力電子技術在電能傳遞中的應用

分布式發(fā)電除了采用傳統(tǒng)能源，例如水力、煤炭、石油和原子能外，還廣泛采用了新型替代能源。目前公認的幾種常用而且成本較低的系統(tǒng)是風能發(fā)電系統(tǒng)、光電池、微型氣輪機、燃料電池。在這些新型分布式發(fā)電系統(tǒng)中，電力電子設備在能量的變換中起到了極其重要的作用。

1.1 微型汽輪機發(fā)電系統(tǒng)

由于汽輪機運行的速度很高，可以達到80kr/min，而且交流發(fā)電機具有很高的頻率，不能直接連接到交流電網(wǎng)上，這中間需要一個直流環(huán)節(jié)。圖1簡明扼要地描述了電力電子設備在微型汽輪發(fā)電機系統(tǒng)能量變換中的應用。交流發(fā)電機發(fā)出的電能經(jīng)過整流后被送到直流電容上，然后經(jīng)過有源DC/AC逆變后將電能送入電網(wǎng)。

圖1 微型汽輪機系統(tǒng)

1.2 風能發(fā)電系統(tǒng)

風輪機既可以恒定速度運行也可以變速度運行，所以，它既可以與同步電機相連也可以與異步電機相連。由于操作簡單和經(jīng)濟性，與異步機相連的方式被廣泛使用。圖2描繪的是一個異步發(fā)電機系統(tǒng)，首先經(jīng)過整流，然后經(jīng)過有源逆變與交流電網(wǎng)相連。

圖2 風能發(fā)電系統(tǒng)

1.3 光電系統(tǒng)

光電系統(tǒng)進行能量變換的通用方法是，通過有源DC/AC逆變器，將存儲在光電池中的直流能量變換為與電網(wǎng)同步的交流電壓。圖3清楚簡要地描繪了這一流程。這里的三相逆變器采用IGBT類型的功率管。

圖3 光電系統(tǒng)

1.4 燃料電池系統(tǒng)

燃料電池產生的直流電壓經(jīng)過有源DC/AC逆變器變?yōu)榻涣麟妷海渥儞Q過程和光電系統(tǒng)相似，圖4描繪了這一變換流程。

圖4 燃料電池系統(tǒng)