新能源发电并网技术

郑恒

摘要：大量以风、水、生物能、太阳能等为主的新能源发电成为了人们关注的重点,并通过不断的研究来强化对新能源发电并网系统的控制,探词新能源发电并网系统的控制是十分必要的。本文就新能源发电并网技术进行简单的阐述。

关键词：新能源发电；并网；技术

引言

各种新能源的发电过程还存在一定的不稳定因素,这就需要在电能转化和输送过程中,加强对并网系统的控制。只有稳定的运行才能让新能源发挥出更大的作用。微网发电技术的推广应用,能够以更加环保的方式实现新能源发电并网的有效控制。

1新能源并网发电技术简介

1.1散布式新能源发电技术

散布式新能源发电技术主要突出了散布式和新能源两个特点，散布式说明了发电规模较小，并且和电力用户距离不远，可以单独给用户提供电能；新能源则是指传统以外的各种环保、清洁能源，包括刚开始推广或者还未推广的能源。新能源之所以可以给用户提供高质量电能，主要和发电技术和储能技术的相结合，二者缺一不可。

目前世界上的新能源发电技术主要有太阳能发电、潮汐能、波浪能、地热能，风能地热能等，这些能源共同的优点就是可再生，环保，廉价。

1.2微电网的概念和基本结构

微电网是一种新的供电网络结构（图1），该系统的结构可分为微电源、负荷控制装置和储能装置三部分。微电网与其他系统相比，它是一个更加全面的自治系统，可以实现自主管理和自主控制。微电网的提出实际上是为了和传统电网更好的区分，微电网是由许多分布的微电源和相关设施按照一定的拓扑结构构成的系统。该系统还可以和配网相连接，但是必须要经过静态开关的连接作用。

2新能源并网发电系统技术

2.1新能源发电系统结构

新能源发电系统结构采用多种能源并联组成的分布式发电系统。小型分布式发电系统中，存在着风能、太阳能、燃料电池、微型燃气轮机和储能系统多种能源的组合供电，其大部分都需要通过逆变电源并联的形式接入微型公共电网。

2.2基于电力电子技术的关键部件

电力电子技术是开发各类可再生能源和发展分布式发电的关键技术之一。根据微网的特殊需求，需要研制基于电力电子技术的一些新型的电力电子设备，如并网逆变器、静态开关和电能质量控制装置。在新能源并网发电系统中，并网变换器、静态开关以及电能质量控制装置等作为关键部件，对系统的运行产生重大影响。

2.2.1并网逆变器

光伏电池、风机、燃料电池、储能元件等都需要通过电力电子变换器才能与微网系统网络相连接。这些变换器可能既包括整流器也包括逆变器，也可能仅是一个逆变器。变换器具有响应速度快、惯性小、过流能力弱等特性。同时，适用于微网中的逆变器除了需要具备常规逆变器的功能以及能够并联运行外，还需要根据微网系统的特殊需求具备一些控制功能，如有功-频率下垂控制功能和电压-无功下垂控制功能。因此逆变器的拓扑结构和运行控制成为微网中的关键技术。

2.2.2静态开关

静态开关置于连接微网与主网间的公共连接点处。在发生一些主网故障、电能质量等事件时，静态开关应该能自动地将微网切换到孤岛运行状态；此后，当上述事件消失时，它也应自动实现微网与主网的重新连接。

2.2.3电能质量控制装置

任何DER单元的接入都会对系统中的电能质量产生或多或少的影响，如果控制不当，它们对电压波形、频率以及功率因数会产生负面影响，尤其是太阳能、风能这些随机性的能源，其频繁的启停操作、功率输出的变化,都可能给所接入系统的用户带来电能质量问题；微网中大量单相分布式电源的存在,也增加了配电系统的三相不平衡水平；而且电子负载易受暂态、跌落、谐波、瞬间中断及其它扰动的影响，这些都是需要关注的方面。总之，微网及含分布电源微网配电系统中存在很多与电能质量相关的独特问题。电能质量综合监控技术是解决保证微网安全可靠运行的关键技术问题之一。

2.3微网技术

将各类微型能源与电力储能装置以及电力电子装置有机的结合起来，构建成为一个发电设备、储能设备组成的微型电网(Microgrid)，通过电力电子装置实现与大电网的“柔性”联网。微网技术从局部解决了分布式电源大规模并网时的运行问题。

2.3.1微网的运行控制

微网系统承受扰动的能力相对较弱，尤其是在孤岛(自主)运行模式下，考虑到风能、太阳能资源的随机性，系统的安全性可能面临更高的风险，因此对系统进行有效地运行控制是非常关键技术之一。

(1)微网中多个微电源之间的协调控制问题。在微网系统中，含有多个微电源，可以是同类型的微电源，也可以是异种类型的微电源，这些电源的外特性、时间常数和组成环节等各不相同，而电力系统中的能量都是平衡的，如何保持微电网运行时电压的稳定性与系统的平稳性和可靠性，减小微电网对大电网的冲击，都需要进一步的探讨和研究。如：各种微电源稳态、暂态、动态分析模型，多个变流器的稳定性及其协调控制问题。

(2)在并网与独立运行两种运行状态的切换过程。IEEEP1547对分布式电源入网标准做了规定：在大电网发生故障时，分布式电源必须立即退出运行。微电网与分布式发电一个主要区别就是微电网既可与大电网并网运行，也可以在大电网故障情况下切断与大电网的联接而独立运行。两种运行状态的切换过程对大电网而言就是一种扰动，对大电网的稳定运行有一定的影响，且影响不可能完全消除，必须改进微电网的结构与配置参数，改进控制策略，消除对大电网的影响。

2.3.2高级能量管理与优化运行

高级能量管理是微网的核心组成部分,能够根据能源需求、市场信息和运行约束等条件迅速做出决策,通过对分布式设备和负荷的灵活调度来实现系统的最优化运行[7]。微网EMS与传统EMS的关键区别在于:（1)微网内集成热负荷和电负荷,因此微网EMS需要热电匹配；（2)能够自由与电网进行能量交换；（3)微网EMS能够提供分级服务,特殊情况下可牺牲非关键负荷或延迟对其需求响应,为关键负荷提供优质电力保障。

2.3.3微网故障检测与保护技术

DER单元的引入使得微网系统的保护控制与常规电力系统中的保护控制在故障检测方法和保护原理上有很大不同，如除了过压及欠压保护外，针对分布式电源还包括反孤岛和低频保护的特殊保护功能。另外，常规的保护控制策略是针对单向潮流系统的保护，而在微网系统中潮流可能双向流通，且随着系统结构和所连接的DG单元数量的不同，故障电流级别将有很大不同，传统的继电保护设备可能不再起到应有的保护作用，甚至可能导致这些保护设备损坏，因而需要研发能够在完全不同于常规保护模式下运行的故障检测与保护控制系统。

4小结

尽管新能源和可再生能源发电技术已取得一定成绩，但是由于各种因素的限制，都极大妨碍了可再生能源的并网利用和进一步发展。今后，应该将新能源和可再生能源发电作为一种重要的分布式电源，以减少发电业对不可再生能源的依赖，从而达到可持续发展这一道路。

参考文献:

[1]陈卓,葛启桢.一种新能源发电并网控制技术研究[J].船电技术,2015,05:40-43.

[2]张宇,姜牧林.并网光伏发电系统设计[J].数字技术与应用,2015,03:133-134.