終端用戶分布式新能源接入智能配電網(wǎng)技術(shù)研究

王仁祥王小曼

（1.青島大學(xué)，山東 青島 266071；2.上海交通大學(xué)，上海 266071）

1 引言

環(huán)境問(wèn)題已引起世界各國(guó)前所未有的重視。普遍認(rèn)為，提高能源效率和可再生能源使用效率、減少溫室氣體排放，是未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，并提出各種智能電網(wǎng)（Smart Grid）概念，一致認(rèn)為是改革能源布局的必由之路?？v觀各種關(guān)于智能電網(wǎng)的定義和概念，本文認(rèn)為智能電網(wǎng)是一種由電源框架和信息框架構(gòu)筑的智能網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)框架，是一種系統(tǒng)、高效、智能的電網(wǎng)體系框架，這個(gè)體系框架中的電源以火電、水電、核電等傳統(tǒng)能源為骨干，以平衡方式接入新能源發(fā)電系統(tǒng)，并有充足的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)；整個(gè)體系框架中遍布著各種傳感器和測(cè)量設(shè)備、控制裝置，具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信、計(jì)算和能源信息管理系統(tǒng)。

由于各國(guó)國(guó)情不同，發(fā)展智能電網(wǎng)的方向和目標(biāo)各異。美國(guó)發(fā)展智能電網(wǎng)注重加強(qiáng)電力網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)建設(shè)，重點(diǎn)在配電和用電側(cè)，并大力推動(dòng)可再生能源發(fā)展和提升用戶服務(wù)。歐盟國(guó)家發(fā)展智能電網(wǎng)主要是促進(jìn)超級(jí)智能電網(wǎng)（Super Smart Grid）計(jì)劃的實(shí)施，發(fā)展風(fēng)能、太陽(yáng)能等分布式電源（Distributed Energy Resources）的接入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電源“即插即用（Plug and Work）”的友好、靈活接入方式。日本發(fā)展智能電網(wǎng)以大規(guī)模開發(fā)光伏發(fā)電等為主，以保持電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定。中國(guó)未來(lái)將以低能耗、低污染、低排放的低碳經(jīng)濟(jì)模式作為社會(huì)發(fā)展方向，發(fā)展智能電網(wǎng)的目標(biāo)是以特高壓電網(wǎng)為堅(jiān)強(qiáng)骨干網(wǎng)架，各級(jí)電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，形成堅(jiān)強(qiáng)可靠、經(jīng)濟(jì)高效、清潔環(huán)保、透明開放、友好互動(dòng)的統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)（Strong Smart Grid）?？梢哉f(shuō)，堅(jiān)強(qiáng)的電源骨干網(wǎng)架是任何模式的智能電網(wǎng)所必須具備的安全支撐基礎(chǔ)框架，智能的能源信息框架及物聯(lián)網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)技術(shù)的載體，靈活接入分布式可再生能源將是實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的巔峰時(shí)代。

在可再生能源中，光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電發(fā)展最快，世界各國(guó)都作為重要的發(fā)展方向。低碳經(jīng)濟(jì)的核心技術(shù)之一是新能源的轉(zhuǎn)換、利用和并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)，這也是世界各國(guó)智能電網(wǎng)技術(shù)的研究焦點(diǎn)。為了與我國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展相適應(yīng)，未來(lái)應(yīng)能大幅度提高分布式電源的接納能力，理想的方式應(yīng)能以“即插即得”方式靈活接入、運(yùn)行和控制，這無(wú)疑會(huì)給堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)插上翅膀。

2 終端用戶新能源接入配電網(wǎng)的環(huán)境和條件

中國(guó)可再生能源資源豐富，除水電資源外，太陽(yáng)能和風(fēng)能資源也非常豐富。目前，大規(guī)模開發(fā)利用可再生能源主要集中在大中型風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電場(chǎng)和大型建筑屋頂光伏發(fā)電方面，通過(guò)10kV及以上電壓等級(jí)線路并網(wǎng)發(fā)電。近年來(lái)，風(fēng)電裝機(jī)容量增速飛快，但由于電網(wǎng)接納能力有限，有些風(fēng)電場(chǎng)被限制電量上網(wǎng)。相反，光伏發(fā)電并網(wǎng)卻寥寥無(wú)幾，這主要由于成本高，審批程序和電價(jià)核準(zhǔn)程序還不明確，致使市場(chǎng)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，中國(guó)光伏電池年產(chǎn)量已突破200萬(wàn) kW，居世界第一。但光伏發(fā)電安裝量還不到世界總量的1%，與生產(chǎn)大國(guó)的地位相差甚遠(yuǎn)。因此業(yè)界呼吁盡快建立有效的激勵(lì)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)“平價(jià)上網(wǎng)”。本文認(rèn)為出現(xiàn)上述局面的根本原因是目前電網(wǎng)接納能力與新能源發(fā)電市場(chǎng)發(fā)展不均衡，兩者非合作性博弈所致。電網(wǎng)接納能力屬于技術(shù)層面問(wèn)題，新能源發(fā)電市場(chǎng)發(fā)展的瓶頸是價(jià)格問(wèn)題，即技術(shù)和價(jià)格是兩個(gè)主要影響因素。技術(shù)因素有賴于堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展，這是新能源發(fā)電市場(chǎng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和環(huán)境；價(jià)格因素有賴于市場(chǎng)的有序發(fā)展和培育，所說(shuō)的市場(chǎng)是由生產(chǎn)商、投資商和消費(fèi)者共同參與博弈的市場(chǎng)。只有技術(shù)和價(jià)格因素合作性博弈，其結(jié)果才對(duì)博弈各方均有利，新能源發(fā)電市場(chǎng)才能持續(xù)發(fā)展，政府的指導(dǎo)作用才能真正有效。

本文所述的終端用戶是指在電力市場(chǎng)中的合作性博弈環(huán)境下，以利用風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源為目的的單一電網(wǎng)用戶，即消費(fèi)者，其自有的發(fā)電設(shè)備容量在幾百瓦至幾百kW之間，單機(jī)容量在100kW以下，自發(fā)自用，多余電量出售給電網(wǎng)，在配電網(wǎng)低壓側(cè)（或用戶側(cè)）并網(wǎng)，由控制器控制并網(wǎng)條件，當(dāng)滿足并網(wǎng)條件時(shí)自動(dòng)并網(wǎng)，反之，則隨時(shí)脫網(wǎng)。對(duì)于發(fā)電設(shè)備容量在幾百瓦至幾千瓦之間的家庭用戶，可通過(guò)220V插座“即插即得”。這樣，在堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)環(huán)境下，可發(fā)揮社會(huì)各方利用新能源的主動(dòng)性，從而提高可再生能源的開發(fā)力度和使用效率。

3 目前大規(guī)模風(fēng)電、光伏發(fā)電和屋頂光伏發(fā)電并網(wǎng)存在的主要問(wèn)題

新能源發(fā)電的目的是增加電力系統(tǒng)的電量，減少電力系統(tǒng)對(duì)一次能源的消耗。新能源發(fā)電具有間歇性、隨機(jī)性、可調(diào)度性差的特點(diǎn)，目前，在電網(wǎng)接納能力不足的情況下，大規(guī)模新能源發(fā)電并網(wǎng)會(huì)給電力系統(tǒng)帶來(lái)一些不利影響，電網(wǎng)必須控制接入容量在可控范圍內(nèi)，以最大限度地減小不利影響，存在的主要問(wèn)題在眾多文獻(xiàn)中均有描述，本文總結(jié)如下幾點(diǎn)。

3.1 間歇性和波動(dòng)性發(fā)電特點(diǎn)

風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電受天氣影響均具有間歇性和波動(dòng)性特點(diǎn)，并網(wǎng)電量隨機(jī)波動(dòng)較大、可調(diào)節(jié)性差，并網(wǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊電流，從而會(huì)引起電網(wǎng)頻率偏差、電壓波動(dòng)與閃變，引起饋線中的潮流發(fā)生變化，進(jìn)而影響穩(wěn)態(tài)電壓分布和無(wú)功特性，使電網(wǎng)的不可控性和調(diào)峰容量余度增大，如果電網(wǎng)中沒有足夠的調(diào)峰容量，就會(huì)使電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性受到影響。如果風(fēng)電機(jī)組不具備低電壓穿越性能，風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，極易引發(fā)電網(wǎng)瞬時(shí)故障，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。這些問(wèn)題的嚴(yán)重程度與接入點(diǎn)電網(wǎng)的電壓等級(jí)、短路容量、聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及其控制方法、電源的類型及其并網(wǎng)容量等密切相關(guān)。因此，除并網(wǎng)風(fēng)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)具備一定的并網(wǎng)技術(shù)性能外，還必須要求電網(wǎng)具備足夠的調(diào)峰容量和接納能力。同時(shí)要求并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)配置有功功率調(diào)整和動(dòng)態(tài)無(wú)功功率調(diào)整控制功能，還需要配置一定的無(wú)功補(bǔ)償，以補(bǔ)償場(chǎng)（站）內(nèi)的無(wú)功損耗。

3.2 注入電網(wǎng)的諧波

由于并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)均配有電力電子裝置，會(huì)產(chǎn)生一定的諧波和直流分量。諧波電流注入電力系統(tǒng)后，會(huì)引起電網(wǎng)電壓畸變，影響電能質(zhì)量，還會(huì)造成電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。所以，需配置濾波裝置、靜止或動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置等，以抑制注入電網(wǎng)的諧波含量。

3.3 孤島現(xiàn)象

孤島現(xiàn)象是當(dāng)電網(wǎng)失壓時(shí)，并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)仍保持對(duì)失壓電網(wǎng)中的某一部分供電的狀態(tài)，并與本地負(fù)載連接形成獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)。這時(shí)，孤島中的電壓和頻率不受電網(wǎng)控制，如果電壓和頻率超出允許的范圍，可能會(huì)對(duì)用戶設(shè)備造成損壞；如果負(fù)載容量大于孤島中逆變器容量，會(huì)使逆變器過(guò)載，可能會(huì)燒毀逆變器。同時(shí)，會(huì)對(duì)檢修人員造成危險(xiǎn)；如果對(duì)孤島進(jìn)行重合閘操作，會(huì)導(dǎo)致該線路再次跳閘。由此可見，對(duì)孤島現(xiàn)象的檢測(cè)和預(yù)防是十分重要的，這也是目前并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)急需解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前研究的重點(diǎn)技術(shù)包括功率預(yù)測(cè)和儲(chǔ)能技術(shù)，具備功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)是并網(wǎng)的必備技術(shù)。

3.4 并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

目前，我國(guó)還沒有統(tǒng)一的關(guān)于新能源發(fā)電的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的多是關(guān)于大中型并網(wǎng)系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)定，相關(guān)并網(wǎng)和檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)檢測(cè)和認(rèn)證體系等都還在逐漸完善中。事實(shí)上，目前關(guān)于大中型新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定性、電能質(zhì)量、電網(wǎng)調(diào)度和運(yùn)行等的影響因素，以及電網(wǎng)接納能力等方面的技術(shù)問(wèn)題尚沒有確切定論，對(duì)接入系統(tǒng)的有功/無(wú)功控制能力、電能質(zhì)量及低電壓穿越能力等的檢測(cè)手段也不完善，包括對(duì)控制器、逆變器、輸配電設(shè)備、雙向計(jì)量設(shè)備及系統(tǒng)安全性方面的檢測(cè)。隨著大中型新能源并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)的接納能力、電量調(diào)度運(yùn)行、配套政策等方面會(huì)提出新的要求。

由上可見，大中型新能源并網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展，有賴于電網(wǎng)的發(fā)展和技術(shù)的提高，只有電網(wǎng)具有足夠的接納能力和功率調(diào)整能力，才能有效地發(fā)揮新能源并網(wǎng)技術(shù)和增加電力系統(tǒng)電量的作用。因此，堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展是大規(guī)模新能源并網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展的重要基礎(chǔ)和環(huán)境。智能電網(wǎng)應(yīng)具備適應(yīng)新能源特點(diǎn)的電力調(diào)度技術(shù)和運(yùn)行管理技術(shù)，確保新能源發(fā)電容量按自然條件進(jìn)行發(fā)電，以增加電力系統(tǒng)電量，達(dá)到利用可再生能源節(jié)能降耗的目的。

4 終端用戶新能源接入問(wèn)題

眾多文獻(xiàn)資料證明，人類的終極能源將是太陽(yáng)能、風(fēng)能和水能，大力開發(fā)太陽(yáng)能、風(fēng)能資源是發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、永續(xù)發(fā)展的惟一選擇。太陽(yáng)能、風(fēng)能資源的特性決定了其最適合分散利用的特點(diǎn)，地球上任何有太陽(yáng)照射和一定風(fēng)力的地方，只要環(huán)境條件許可都可以建立光伏發(fā)電站或風(fēng)力發(fā)電站。隨著分布式電源技術(shù)的進(jìn)步和成本降低，每個(gè)電力用戶甚至家庭都可以建立一定規(guī)模的分布式發(fā)電站（Distributed Generation，簡(jiǎn)稱DG），除滿足自身的用電需要外，還可以向電網(wǎng)輸送多余電量。這樣，在電力系統(tǒng)中將分布著數(shù)量眾多的微小型終端用戶的 DG組成的微網(wǎng)（microgrid）發(fā)電系統(tǒng)，微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可看成是電力系統(tǒng)中的一個(gè)可控功率單元，在某個(gè)局部區(qū)域內(nèi)直接將微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)、電網(wǎng)和終端用戶聯(lián)系在一起，以優(yōu)化和提高能源利用效率。電力系統(tǒng)能夠容納這些微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，并能保證整個(gè)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，是推動(dòng)利用可再生能源發(fā)展的重要途徑，也是智能電網(wǎng)發(fā)展的目標(biāo)。

4.1 終端用戶新能源接入的特點(diǎn)

（1）DG與主電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，各電站相互獨(dú)立，用戶可以自行控制；并網(wǎng)點(diǎn)分布在配電網(wǎng)的末端，并網(wǎng)逆變器通常采用 PWM電壓控制方式，可以維持系統(tǒng)電壓恒定。幾乎不存在大規(guī)模風(fēng)電、光伏發(fā)電并網(wǎng)存在的問(wèn)題，對(duì)電力系統(tǒng)的影響很小。由于其容量小，分布性大，不會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)造成明顯的電流沖擊，所以安全可靠性比較高。

（2）由DG和蓄電池組成分布式電源，當(dāng)接入配電網(wǎng)時(shí)，當(dāng)?shù)刎?fù)荷同時(shí)從配電網(wǎng)獲取功率，能減小電網(wǎng)擾動(dòng)，保證電能質(zhì)量。配電網(wǎng)供電中斷時(shí)，DG能平滑地過(guò)渡到孤島運(yùn)行，隨后再重新接入配電網(wǎng)。

（3）操作簡(jiǎn)單，具有儲(chǔ)能單元，起?？?，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，在微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)可對(duì)局部區(qū)域的電能質(zhì)量實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，除工業(yè)用途外，非常適合向農(nóng)村、牧區(qū)、山區(qū)，中、小城市或商業(yè)區(qū)的居民供電。

（4）無(wú)需建配電站，可降低附加的輸配電成本，并減少DG接入點(diǎn)配電網(wǎng)中的傳輸功率，增加輸配電網(wǎng)的輸電裕度，減輕輸配電網(wǎng)過(guò)負(fù)荷壓力，提高末端電壓和系統(tǒng)對(duì)電壓的調(diào)節(jié)性能，減少線路損耗，末端電壓的提高量與DG接入點(diǎn)的位置和總?cè)萘康拇笮∮嘘P(guān)。

（5）中國(guó)已制定《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》及配套細(xì)則，發(fā)展可再生能源已成為一項(xiàng)基本國(guó)策，將實(shí)行可再生能源發(fā)電全額保障性收購(gòu)制度，支持智能電網(wǎng)、邊遠(yuǎn)地區(qū)離網(wǎng)發(fā)電及各種新技術(shù)研發(fā)。在包括財(cái)政政策、補(bǔ)貼政策、稅收政策、利率政策等各種政策支持和間接調(diào)控手段下，將促使可再生能源市場(chǎng)機(jī)制不斷完善，必定會(huì)吸引和鼓勵(lì)社會(huì)團(tuán)體、社區(qū)和個(gè)人投資綠色能源的積極性。

4.2 終端用戶新能源接入技術(shù)

目前，微小型風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)大致可分為離網(wǎng)蓄電、并網(wǎng)發(fā)電及兩者混合系統(tǒng)三類?；旌舷到y(tǒng)兼顧了離網(wǎng)蓄電和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，有較強(qiáng)的適應(yīng)性，用戶可根據(jù)電網(wǎng)峰谷電價(jià)來(lái)調(diào)整自身的發(fā)電策略。并網(wǎng)控制的目標(biāo)是控制逆變器輸出穩(wěn)定的高質(zhì)量正弦波，且與電網(wǎng)接入點(diǎn)電壓、頻率和相位同步，以達(dá)到穩(wěn)定并網(wǎng)的目的。系統(tǒng)中的逆變器或變頻器技術(shù)目前已達(dá)到相當(dāng)高的水準(zhǔn)，并都采用了SPWM控制技術(shù)。最大功率跟蹤控制是風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，小型發(fā)電系統(tǒng)一般采用被動(dòng)式最大功率跟蹤控制系統(tǒng)，控制方式簡(jiǎn)單實(shí)用。

（1）光伏發(fā)電的接入和并網(wǎng)方式

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、傳感器、儲(chǔ)能型蓄電池和充放電控制器、DC/DC升壓電路、逆變器、濾波器和系統(tǒng)控制器等組成。核心部件是光伏陣列、逆變器和系統(tǒng)控制器。并網(wǎng)方式可以將光伏陣列組件輸出與逆變器連接，經(jīng)隔離變壓器接入電網(wǎng)，或者將逆變器直接與電網(wǎng)連接。或者將光伏陣列輸出經(jīng)高頻逆變后，通過(guò)變壓器隔離，再經(jīng)過(guò)變頻器與電網(wǎng)相連。由于設(shè)有隔離變壓器，直流分量不會(huì)流入接入電網(wǎng)，諧波含量低。無(wú)隔離變壓器并網(wǎng)方式是將光伏輸出通過(guò)DC/DC升壓電路、逆變器和濾波器，直接與電力系統(tǒng)相連，這種方式會(huì)向電網(wǎng)注入一定的諧波含量。儲(chǔ)能型蓄電池可起功率和能量調(diào)節(jié)的作用。

小型光伏發(fā)電系統(tǒng)一般通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)光伏陣列的輸出功率，預(yù)測(cè)當(dāng)前工作狀況下光伏陣列可能的最大功率輸出，然后根據(jù)功率平衡原則使光伏陣列達(dá)到最大功率輸出，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。主動(dòng)式自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)采用步進(jìn)跟蹤方式，包括水平單軸、傾緯度角斜單軸和雙軸跟蹤，前兩者只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度，雙軸跟蹤具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。通過(guò)計(jì)算得出太陽(yáng)直射方位，以控制光伏陣列朝向，使其有最大功率輸出。

（2）風(fēng)力發(fā)電的接入和并網(wǎng)方式

目前，已有各種類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)、發(fā)電方式和并網(wǎng)控制方式，如風(fēng)力發(fā)電機(jī)有異步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī)和雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)三類，驅(qū)動(dòng)方式有齒輪箱驅(qū)動(dòng)和直驅(qū)式兩類，運(yùn)行方式有定轉(zhuǎn)速和變轉(zhuǎn)速兩種，變轉(zhuǎn)速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的部分或全部容量采用變頻器并網(wǎng)運(yùn)行。全部容量采用變頻器的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用永磁同步發(fā)電機(jī)，能夠在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行，具有轉(zhuǎn)矩密度高的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展前景看好?，F(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)都有偏航系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等，以提高運(yùn)行性能，偏航系統(tǒng)可以隨時(shí)跟風(fēng)，使風(fēng)輪總是垂直于主風(fēng)向。液壓系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)葉片槳矩、阻尼、停機(jī)、剎車等。

小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要由小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)（直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī)或異步發(fā)電機(jī)）、傳感器、儲(chǔ)能型蓄電池和充放電控制器、DC/DC升壓電路、變頻器、濾波器和系統(tǒng)控制器等組成。核心部件是風(fēng)力發(fā)電機(jī)、變頻器和系統(tǒng)控制器。并網(wǎng)方式可以將變頻器輸出經(jīng)隔離變壓器接入電網(wǎng)，或者將變頻器輸出直接與電網(wǎng)連接。特點(diǎn)與光伏發(fā)電系統(tǒng)相同。

小型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以預(yù)先在控制器中預(yù)設(shè)風(fēng)速-最大功率曲線表，由風(fēng)速傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)風(fēng)速，并測(cè)量整流器輸出側(cè)直流電壓，然后根據(jù)功率平衡原則，用查表法查找對(duì)應(yīng)的最大功率，使變頻器達(dá)到最大功率輸出，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。

（3）風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制器

風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)控制器是整個(gè)系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。兩者除數(shù)據(jù)采集的參數(shù)有區(qū)別外，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)是相同的，目前都可以采用可編程序控制器（PLC）和人機(jī)界面組成，本文采用西門子S7-1200系列PLC和精簡(jiǎn)系列面板，利用PLC的編程組態(tài)軟件，可以實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大的控制作用。PLC與人機(jī)界面使用以太網(wǎng)（PROFINET）連接，并與上位計(jì)算機(jī)的通信。人機(jī)界面用于顯示系統(tǒng)的測(cè)量參數(shù)及控制狀態(tài)，還可用于對(duì)發(fā)電系統(tǒng)的手動(dòng)控制。上位機(jī)可以顯示發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并設(shè)定控制參數(shù)。通過(guò)以太網(wǎng)接口，可以將發(fā)電系統(tǒng)接入互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程監(jiān)控。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 統(tǒng)控制器及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5 結(jié)論

本文通過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)和初步設(shè)計(jì)對(duì)新能源發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了研究，得到如下結(jié)論：目前國(guó)內(nèi)電網(wǎng)接納能力是大規(guī)模發(fā)展新能源發(fā)電的重要基礎(chǔ)和環(huán)境，這有賴于堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展，大力發(fā)展微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是改變能源結(jié)構(gòu)邁向低碳經(jīng)濟(jì)社會(huì)模式的必由之路，這有賴于微網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)的有序發(fā)展和培育，也是建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的目標(biāo)。未來(lái)的能源市場(chǎng)是由生產(chǎn)商、投資商和消費(fèi)者共同參與博弈的市場(chǎng)。目前，微小型風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電技術(shù)已能滿足并網(wǎng)技術(shù)的要求，隨著微網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，將實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化控制。大中型風(fēng)電場(chǎng)、光伏發(fā)電場(chǎng)主要存在有功功率調(diào)整和動(dòng)態(tài)無(wú)功功率調(diào)整控制功能方面的缺陷，這有待于進(jìn)一步研究。

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