新能源分布式發(fā)電及其優(yōu)化控制技術(shù)

朱林

摘要：相較于其他能源，新能源的主要優(yōu)勢(shì)是不會(huì)污染環(huán)境、分布廣，特別是近幾年來被大力推廣的太陽能和風(fēng)能等，目前已成為專家學(xué)者們的研究熱點(diǎn)。但這兩種能源在發(fā)展期間，會(huì)受環(huán)境因素影響，加之無法保持穩(wěn)定輸出功率，導(dǎo)致其無法滿足供電需求，甚至?xí)岆娋W(wǎng)無法維持安全運(yùn)行。往后可依據(jù)這兩種能源的互補(bǔ)特性為其配置容量適當(dāng)?shù)膬?chǔ)能裝置，構(gòu)建起分布式的發(fā)電系統(tǒng)，進(jìn)而平滑輸出功率，使供電質(zhì)量得到一定程度的優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;新能源技術(shù);分布式電源

1.引言

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度持續(xù)加快的當(dāng)下，國(guó)民對(duì)于能源的需求量也不斷提高，而傳統(tǒng)的石油及煤炭等皆為不可再生能源，會(huì)隨著使用量的提高持續(xù)消耗至盡。另外，燃燒化學(xué)能源的過程中，會(huì)給環(huán)境造成極大污染，從而造成各種環(huán)境問題。比如近年來越來越嚴(yán)重的霧霾現(xiàn)象，就與之存在一定關(guān)系，而這些都會(huì)威脅到國(guó)民的身體健康。對(duì)此，政府相關(guān)部門極為關(guān)注，并為了維護(hù)環(huán)境提出各種治理方案，大力推行低碳發(fā)展綠色發(fā)展的環(huán)保理念。總之，開發(fā)新能源已成為全球戰(zhàn)略方向并被廣泛實(shí)施。而在最近幾年間，國(guó)內(nèi)的電力行業(yè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化。但因國(guó)情所致，東西部無法維持均衡發(fā)展，電能供需也嚴(yán)重失衡;加之我國(guó)的地理環(huán)境比較特殊，西北部分有著大量的煤炭資源，西南地區(qū)蘊(yùn)含豐富的水電能源。而高原地區(qū)則盛產(chǎn)清潔能源。但這些地方的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度都很慢，沒有良好的電能消納能力。相比之下，東部沿海地區(qū)雖然經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，需要大量電能，但電能生產(chǎn)力卻不如上述地區(qū)。由此看來，充分發(fā)揮新能源的作用，為本地提供充足電能，已成為電網(wǎng)未來的發(fā)展趨勢(shì)。

2.分布式電源時(shí)空稟賦特性分析

2.1風(fēng)力發(fā)電時(shí)空稟賦特性分析

通過對(duì)分布式電源以及風(fēng)力發(fā)電的時(shí)空稟賦特征展開分析后發(fā)現(xiàn)，在風(fēng)力發(fā)電期間會(huì)因相關(guān)發(fā)電設(shè)備的利用率以及風(fēng)能資源的分布狀況而影響最終的輸出效率。比如白天如果無法保證充足風(fēng)源風(fēng)電場(chǎng)，就無法提高輸出能源，而晚上由于風(fēng)源充足，其輸出功率也會(huì)提高。在不同氣候、季節(jié)的差別也很多。還會(huì)由于風(fēng)能資源的分布而影響到具體的輸出功率，以下為具體的分布情況。

2.2光伏發(fā)電時(shí)空稟賦特性分析

光伏發(fā)電輸出功率受到光照強(qiáng)度和光伏電池板光能利用效率的雙重制約。我國(guó)太陽能資源分布圖如圖 2所示。

2.3分布式電源互補(bǔ)性分析

就當(dāng)前的情況看，分布式發(fā)電系統(tǒng)中使用頻率最高的有太陽能發(fā)電以及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)較完善，在天氣晴朗的白天，太陽能較豐富，風(fēng)能比較稀缺，可選擇太陽能發(fā)電。晚上或天氣陰冷潮濕時(shí)，有著大量風(fēng)能，而太陽能比較稀缺，則可優(yōu)先考慮風(fēng)能發(fā)電。除此以外，在天氣炎熱的夏季，也同樣可優(yōu)先考慮太陽能，而天氣好冷，但風(fēng)能比較豐富時(shí)，則可把風(fēng)能發(fā)電放于首位。通過發(fā)揮這兩種再生能源的優(yōu)勢(shì)，采取取長(zhǎng)補(bǔ)短的方式，即可構(gòu)建出分布式發(fā)電系統(tǒng)，令新能源的利用率大大提高，還能維持穩(wěn)定供電。由于這兩種能源本身就具有空間互補(bǔ)特征，給風(fēng)能和光能的聯(lián)合發(fā)電提供了自然機(jī)會(huì)。

眾所周知，這兩種能源都會(huì)在環(huán)境的影響下發(fā)生變化。為了保證理想的供電質(zhì)量及能源利用率需要為其配置容量適當(dāng)?shù)男钅苎b置，鉛酸蓄電池價(jià)格合理，又具有一定的蓄能容量，必然會(huì)成為優(yōu)先考慮的儲(chǔ)能設(shè)備。但如果對(duì)蓄電池進(jìn)行頻繁的充放電，會(huì)導(dǎo)致其使用壽命大大縮短。而超級(jí)電容器具有較快的充放電速度，使用壽命也很長(zhǎng)，可將這二者有機(jī)結(jié)合，使彼此的長(zhǎng)處發(fā)揮出來，讓充放供電率得以提高，又能保證較長(zhǎng)的使用壽命。在風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出過多能源時(shí)，就可以將其儲(chǔ)存于儲(chǔ)能系統(tǒng)中，若系統(tǒng)無法發(fā)出足夠能源或產(chǎn)生負(fù)荷用電需求，就有儲(chǔ)能系統(tǒng)釋放出多余電能，此時(shí)便可利用該系統(tǒng)達(dá)到平滑輸出功率波動(dòng)的作用。

與當(dāng)?shù)氐男履茉窗l(fā)電系統(tǒng)相比，分布式發(fā)電即可維持穩(wěn)定的輸出功率，又能提高供電質(zhì)量。還具有相對(duì)備用容量低的特征，只要適當(dāng)?shù)貎?yōu)化系統(tǒng)，調(diào)整算法就能維持穩(wěn)定的運(yùn)行性能，并獲得理想的經(jīng)濟(jì)效益。

3.分布式發(fā)電并網(wǎng)控制技術(shù)

而在控制逆變器時(shí)，需要基于控制目的以及逆變器與系統(tǒng)中的實(shí)際作用，選擇適當(dāng)?shù)乜刂品椒ǎ壳氨容^常用的方法有雙環(huán)控制與多環(huán)控制。但如果是在實(shí)現(xiàn)功能或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，后者會(huì)被列入前者的范疇之內(nèi)。而前者的逆變器當(dāng)中。控制外環(huán)的主要目的是為了明確控制目標(biāo)，同時(shí)向內(nèi)環(huán)傳輸某些參考信號(hào)。正常情況下，外環(huán)的響應(yīng)速度不如內(nèi)環(huán)快，內(nèi)環(huán)主要是針對(duì)系統(tǒng)展開細(xì)節(jié)調(diào)整，可令逆變器保持相較理想的輸出精度。如果控制方法相較簡(jiǎn)單，可以只選擇外環(huán)控制。而在分布式發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，普遍使用的是電壓型的逆變器，觀察下圖可知三相逆變器的控制結(jié)構(gòu)圖。

圖中，u IABC 為逆變器輸出電壓，u SABC 和 i SABC 分別為并網(wǎng)點(diǎn)電壓和電流，u SABC 和 i SABC 經(jīng)過派克變換后得到 u Sdq 和 i Sdq，pout 和 qout 為逆變器輸出功率。

4.總結(jié)

我國(guó)在最近幾年來的新能源發(fā)電技術(shù)方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，而這一切都得益于新能源技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，首先來說，新能源技術(shù)存在利用上的便利性以及能源分布的廣泛性使得這兩種能源的利用變成了一件較為容易的事情，而這也促進(jìn)了很多偏遠(yuǎn)地區(qū)用電方面的難題，這也進(jìn)一步讓電網(wǎng)穩(wěn)定性以及相關(guān)容量獲得了一定程度的提升。本文以分布式發(fā)電系統(tǒng)為基礎(chǔ)，研究了分布式發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化控制技術(shù)，為其技術(shù)的發(fā)展提供參考和借鑒。

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