智能電網(wǎng)的清潔能源并網(wǎng)技術分析

郭佳

【摘要】：進入21世紀以來，人類不得不直面以下三個重要的課題：能源緊缺、氣候變化以及環(huán)境污染。就目前情況而言，全球的能源消耗80%以上仍然依賴著煤炭、石油等傳統(tǒng)化石能源，消耗化石能源必將產(chǎn)生大量的溫室氣體，進而加劇了氣候變化與環(huán)境污染的程度，這無疑會嚴重的阻礙人類社會的發(fā)展。研究并應用新型能源已然成為現(xiàn)如今的必要課題。然而，人們不可忽略的是，現(xiàn)階段清潔能源的相關技術并不完善，在電網(wǎng)系統(tǒng)運行的過程中，清潔能源不可避免的受到自身隨意性以及間歇性的影響，從而會導致電壓失衡以及短路等故障發(fā)生。由此看來，現(xiàn)階段最需要解決的問題就是應當如何實現(xiàn)智能電網(wǎng)與清潔能源的并網(wǎng)應用，并進一步減少故障的發(fā)生。

【關鍵詞】：智能電網(wǎng)；清潔能源；并網(wǎng)技術

1、導言

當前我國清潔能源的迅猛發(fā)展為緩解能源緊張、改善環(huán)境與氣候帶來了希望，然而其并入配電網(wǎng)后會給電力系統(tǒng)的監(jiān)控和管理帶來一系列技術上的挑戰(zhàn)。本文結合智能電網(wǎng)與清潔能源概述分析，針對智能電網(wǎng)的清潔能源并網(wǎng)技術要點進行了分析，希望為我國科學開發(fā)利用清潔能源提供參考。

2、智能電網(wǎng)的清潔能源

2.1智能電網(wǎng)概述

智能電網(wǎng)技術是近幾年來依靠科技的進步而興起的，它通過高級的傳感裝置，集合各種繁雜的信息技術，創(chuàng)造出電力自動的網(wǎng)絡提供給人民相關的服務。目前，電網(wǎng)的能源由國家管控，是國家的重要能源產(chǎn)業(yè)之一，伴隨著人們對電力的不間斷的需求，尤其是有些行業(yè)對電力技術的要求相對較高，一方面要求供電可持續(xù)性，另一方面還要求電力高效安全性、清潔性等。為了滿足人們對現(xiàn)實生活的需求，國家不僅要投入很多的精力去學習國際上較為先進的超導技術，電力技術等并進行相關研究，才能夠保障智能電網(wǎng)的安全。智能電網(wǎng)的基本結構如圖1所示。

圖1 智能電網(wǎng)基本結構

2.2清潔能源概述

簡單來說，在使用過程中，不會排放出有毒物質，對環(huán)境污染較小甚至沒有污染的能源可統(tǒng)稱為清潔能源。舉個例子來說，風能、太陽能以及沼氣就是最常見的清潔能源。與之相對的非清潔能源，就是指在使用的過程中，會給環(huán)境帶來較大的污染，甚至是有毒物質的能源，例如煤炭、石油等化石燃料。

風能是一種最為常見的清潔的可再生能源，現(xiàn)如今，采取風力發(fā)電的方式是十分普遍的，其基本原理就是將風能通過一定的裝置轉化為機械能，再進一步將機械能轉化為電能。風力發(fā)電是一種較為安全可靠的發(fā)電方式，隨著科學技術的發(fā)展與進步，風力發(fā)電的成本正逐漸降低。

作為最典型的清潔能源，太陽能正逐漸從補充能源向替代能源過渡，利用太陽能發(fā)電的方式成為光伏發(fā)電。光伏發(fā)電具備著其他發(fā)電方式不具備的特性，它不僅是可再生的環(huán)保清潔的，還是一種資源分布廣泛并且建造靈活的發(fā)電方式。太陽能光伏利用的主要發(fā)展趨勢將逐漸轉化為太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電，太陽能發(fā)電的趨勢也正一步步的從無電地區(qū)向有電趨勢蔓延。

3、智能電網(wǎng)的清潔能源并網(wǎng)技術要點

3.1基于電力電子技術的控制方法

光伏電池、風機和燃料電池等都要求利用電力電子變頻器進行變換，這樣才可以和智能電網(wǎng)的電網(wǎng)系統(tǒng)連接起來。由于變換器具有響應快速、慣性小、過流能力弱的特性，因此變換器的能量管理的控制理念和常規(guī)系統(tǒng)有比較大的差異。與此同時，逆變器由于需要適用于清潔能源并網(wǎng)，所以除了要求具備普通逆變器的功能以及基本的并聯(lián)運行之外，還應該根據(jù)清潔能源的相關要求擁有必備的控制功能，比如電壓與頻率比的（u/f）控制和有功無功（PQ）的掌控。由于下垂特性的電壓與頻率比的控制可以實現(xiàn)負荷功率變化的時候，不同種類的清潔電源間變化功率實現(xiàn)共享，并且在電力單元孤島運行時為智能電網(wǎng)提供頻率支持；有功無功的控制可以通過實際運行的情況來實現(xiàn)清潔電源有功和無功的定向性控制。

3.2基于多代理系統(tǒng)的控制方法

采用基于多代理系統(tǒng)的協(xié)調優(yōu)化技術，能夠實現(xiàn)風-光發(fā)電系統(tǒng)的電壓優(yōu)化控制，保證發(fā)電廠電壓的穩(wěn)定與安全，使電網(wǎng)運行可靠平穩(wěn)。在現(xiàn)代智能電網(wǎng)中，多代理系統(tǒng)由控制代理、發(fā)電單元代理、用戶代理和數(shù)據(jù)庫代理組成。各代理之間通過TCP/IP協(xié)議交換數(shù)據(jù)，各代理在自身環(huán)境中互動，并由控制代理發(fā)送主網(wǎng)控制信息至相應的代理。一方面，用戶代理傳送負荷信息與需求指令至發(fā)電單元代理；另一方面，發(fā)電單元代理將電能生產(chǎn)信息傳送至用戶代理?？梢暬畔⑵脚_收集各代理發(fā)送的信息以便調度員進行下一步處理。該法兼顧發(fā)電單元所需電能質量和能量管理的要求，采用集中管理和分散獨立運行相結合的控制策略，運用多代理技術對各個清潔電源、負荷和開關狀態(tài)進行監(jiān)控，使得智能電網(wǎng)的信息更容易獲取，系統(tǒng)穩(wěn)定性更容易分析，控制器更容易設計。

3.3智能電網(wǎng)的虛擬發(fā)電廠控制方法

清潔能源、分布式能源有其特點，為了適應這些特性，我們的研究需要結合電網(wǎng)頻率、電壓控制技術、聯(lián)絡線潮流、發(fā)電預測模型和方法等融為一體的控制技術。因此，解決清潔能源發(fā)電接入與控制的有效途徑之一就是虛擬發(fā)電廠技術。它將配電網(wǎng)中分散安裝的受控負荷、清潔電源和儲能系統(tǒng)融合成一個獨特的電廠，來參與電網(wǎng)的運行。在這個龐大的虛擬電廠中，每一個構成部分，都和能量管理系統(tǒng)相連接，此時控制中心就可以通過智能電網(wǎng)實現(xiàn)雙向信息傳送，利用增強型短信服務系統(tǒng)進行整體的調度來協(xié)調機端潮流、受端負荷和儲能系統(tǒng)的運作，達到降低損耗、降低溫室氣體排放、合理資源利用、控制電網(wǎng)峰值負荷以及提升供電可靠性的目的。

結論

綜上所述，以智能電網(wǎng)技術的清潔能源并網(wǎng)技術為基礎，積極發(fā)展我國智能電網(wǎng)，可以幫助解決目前我國能源緊缺的問題，同時改善氣候，緩解部分環(huán)境污染的問題等。智能電網(wǎng)在世界范圍內，算是比較新的事物，就會造成不同國家，或相同國家的不同地區(qū)對智能電網(wǎng)設備制造、檢測以及調試等方面，缺乏統(tǒng)一的標準。因此，智能電網(wǎng)的建設可以說是一項長期浩大的工程。在智能電網(wǎng)的支撐下，清潔能源入網(wǎng)即使會出現(xiàn)明顯的技術難題，但由于清潔能源是解決大氣污染等環(huán)境問題的最佳途徑，因此工業(yè)和學術領域應該表達出對清潔能源并網(wǎng)技術的足夠重視。

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