可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、控制與能量管理專輯特邀主編評(píng)述

阮新波

（南京航空航天大學(xué)，南京 210016）

化石能源是人類現(xiàn)代文明的基石。歷經(jīng)兩百多年的開發(fā)利用，化石能源已趨于枯竭。與此同時(shí)，化石能源的消耗產(chǎn)生了大量的廢棄物，對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，成為人類可持續(xù)發(fā)展的阻礙。

為了應(yīng)對(duì)能源緊缺和環(huán)境污染問題，世界各國(guó)在推行節(jié)能減排的同時(shí)，也在積極尋找新型清潔能源。2012年，全球水電和可再生能源消費(fèi)分別占能源消費(fèi)總量的6.7%和1.9%，均達(dá)到歷史最高水平。以風(fēng)能和太陽(yáng)能為代表的可再生能源在自然界中分布廣泛，開發(fā)利用過程中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染小，近年來(lái)受到越來(lái)越多國(guó)家和地區(qū)的重視。美國(guó)、日本和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已把開發(fā)利用可再生能源作為解決能源危機(jī)和環(huán)境污染問題的重要發(fā)展方向。目前，大規(guī)模開發(fā)可再生能源的主要途徑是基于可再生能源的分布式發(fā)電。

為了集中展現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、變換器電路拓?fù)渑c控制、儲(chǔ)能技術(shù)、能量管理等方面的最新研究成果和進(jìn)展，電源學(xué)報(bào)特別推出“可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、控制與能量管理”專輯。

本專輯征文得到了國(guó)內(nèi)各高校和企業(yè)同行的大力支持和積極響應(yīng)，共收到投稿25篇，經(jīng)過認(rèn)真細(xì)致的評(píng)審，錄用論文14篇。另外，從學(xué)報(bào)已錄用的論文中選取了4篇與本專輯主題密切相關(guān)的論文。因此，本專輯一共有論文18篇，其中特邀論文2篇，新能源發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化配置方面的論文2篇，風(fēng)力發(fā)電特性方面的論文2篇，風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤方面的論文2篇，并網(wǎng)逆變器電路拓?fù)浼捌洳⒕W(wǎng)控制方面的論文7篇，電力電子變壓器方面的論文3篇。

浙江大學(xué)徐德鴻教授和合肥工業(yè)大學(xué)張興教授分別應(yīng)邀為本專輯撰寫了特邀論文。徐德鴻教授等的論文“新能源對(duì)電力電子提出的新課題”指出，電力電子技術(shù)是新能源和智能電網(wǎng)的支撐科技，無(wú)論新能源發(fā)電裝備、儲(chǔ)能裝備，還是新能源組網(wǎng)都依靠電力電子技術(shù)。該文展望了新能源發(fā)電、儲(chǔ)能、微電網(wǎng)等的發(fā)展前景，并闡述了新能源系統(tǒng)對(duì)電力電子提出的新課題。張興教授等的論文“并網(wǎng)逆變器中LCL濾波器改進(jìn)拓?fù)涞膶?duì)比研究”針對(duì)并網(wǎng)逆變器，對(duì)比分析了兩類改進(jìn)的LCL濾波器，其中一類是采用一個(gè)或多個(gè)陷波支路代替LCL濾波器中的電容支路，另一類是在LCL濾波器中的電容支路上并聯(lián)一個(gè)或多個(gè)陷波支路。兩類改進(jìn)的LCL濾波器均可以大幅減小并網(wǎng)電流開關(guān)頻率諧波幅值，而后者對(duì)于主導(dǎo)次以上電流諧波的抑制效果更優(yōu)。

在新能源發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化配置方面，北京交通大學(xué)孫瑜等的論文“基于生物地理學(xué)算法的風(fēng)光柴儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化配置”基于生物地理學(xué)優(yōu)化算法，在保證發(fā)電出力的基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)運(yùn)行總成本最小為目標(biāo)，對(duì)包含風(fēng)光柴儲(chǔ)的孤網(wǎng)運(yùn)行微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，提出了一種混合發(fā)電系統(tǒng)孤網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的方法；山東大學(xué)丁志龍等的論文“平抑光伏發(fā)電功率波動(dòng)的儲(chǔ)能配置方法”提出了一種改進(jìn)型的儲(chǔ)能配置方法，以平抑光伏發(fā)電功率，對(duì)光伏電站的儲(chǔ)能配置具有參考價(jià)值。

風(fēng)力發(fā)電具有間歇性、隨機(jī)性和不確定性的的特點(diǎn)，研究風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)的影響十分重要。西安理工大學(xué)楊樹德等的論文“風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)功率波動(dòng)傳遞特性的研究”以長(zhǎng)時(shí)間大量風(fēng)速和電功率數(shù)據(jù)為樣本，采用小波包將電功率和風(fēng)功率分解為不同頻段下的波動(dòng)，得到從風(fēng)功率到電功率的傳遞函數(shù)，從而將電功率波動(dòng)的估計(jì)問題轉(zhuǎn)化為風(fēng)功率波動(dòng)的估計(jì)，為擬建風(fēng)電場(chǎng)的功率波動(dòng)研究提供一種新途徑。清華大學(xué)畢大強(qiáng)等的論文 “基于RT-LAB的風(fēng)電并網(wǎng)混合仿真系統(tǒng)”結(jié)合實(shí)際風(fēng)力發(fā)電物理設(shè)備和RT-LAB實(shí)時(shí)電力仿真平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一個(gè)風(fēng)電并網(wǎng)混合仿真的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，不僅可在實(shí)際電網(wǎng)環(huán)境下研究新能源的運(yùn)行特性，而且可以研究新能源接入后電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。

實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的最大功率點(diǎn)跟蹤，可以充分利用太陽(yáng)能和風(fēng)能。北京交通大學(xué)王俊平等的論文 “通過分區(qū)變步長(zhǎng)和過采樣技術(shù)提高M(jìn)PPT算法的控制性能”針對(duì)光照條件變化迅速時(shí)擾動(dòng)觀察法可能會(huì)出現(xiàn)誤判的問題，提出了一種基于過采樣技術(shù)的分區(qū)變步長(zhǎng)的MPPT算法，以解決擾動(dòng)觀察法存在的跟蹤精度和速度的矛盾問題。南京航空航天大學(xué)周興偉等的論文“電勵(lì)磁雙凸極風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)MPPT控制策略的對(duì)比”針對(duì)定槳距風(fēng)力機(jī)，對(duì)比分析了葉尖速比法和功率信號(hào)反饋法實(shí)現(xiàn)電勵(lì)磁雙凸極風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最大風(fēng)能跟蹤的效果，并指出后者優(yōu)于前者。

并網(wǎng)逆變器是新能源發(fā)電單元與電網(wǎng)的能量變換接口，對(duì)基于新能源的分布式發(fā)電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和高質(zhì)量運(yùn)行具有十分重要的作用。浙江大學(xué)胡光鋮等的論文“基于SiC MOSFET戶用光伏逆變器的效率分析”針對(duì)兩級(jí)式戶用型光伏逆變器，詳細(xì)對(duì)比了采用SiC MOSFET和Si MOSFET作為功率器件時(shí)的效率，指出高頻工作條件下SiC MOSFET有利于提高開關(guān)頻率、變換效率和功率密度。燕山大學(xué)楊國(guó)良等的論文“直驅(qū)風(fēng)電系統(tǒng)三電平變流器的設(shè)計(jì)與仿真”針對(duì)風(fēng)力發(fā)電的大容量和高壓的特點(diǎn)，研究了三電平逆變器的SVPWM調(diào)制手段和中點(diǎn)電位平衡方法，在獲得所期望的輸出電壓波形的同時(shí)，有效減小了中點(diǎn)電壓的波動(dòng)。燕山大學(xué)郭忠南等的論文“基于可變虛擬阻抗的接口逆變器改進(jìn)下垂控制”針對(duì)在孤島運(yùn)行下微電網(wǎng)的接口逆變器，引入虛擬功率解耦控制，使低壓微電網(wǎng)具有大電網(wǎng)的P/f-Q/V下垂控制特性，并提出一種可變虛擬阻抗的下垂控制方法，改善了分布式發(fā)電單元的輸出功率均分。天津大學(xué)楊柳等的論文“基于虛擬阻抗參數(shù)優(yōu)化的并聯(lián)逆變器控制研究”針對(duì)無(wú)互聯(lián)線的并聯(lián)逆變器，提出了一種優(yōu)化虛擬阻抗系數(shù)的方法，有效地改善了逆變器的動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)性能，提高了多逆變器并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性。北京交通大學(xué)王之赫等的論文 “基于MMC的鐵路功率調(diào)節(jié)器環(huán)流抑制策略”針對(duì)多電平鐵路功率調(diào)節(jié)器，分析了其環(huán)流機(jī)理和構(gòu)成，提出了基于比例諧振調(diào)節(jié)器的環(huán)流抑制策略。燕山大學(xué)王曉寰等的論文“基于0-1序列的三相并網(wǎng)逆變器孤島檢測(cè)方法研究”提出了一種適用于微電網(wǎng)運(yùn)行與控制的新型主動(dòng)式孤島檢測(cè)方法，該方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)逆變器孤島運(yùn)行條件不造成破壞。燕山大學(xué)閆朝陽(yáng)等的論文“電網(wǎng)電壓不平衡時(shí)基于二階廣義積分器SOGI的2倍頻電網(wǎng)同步鎖相方法”基于二階廣義積分器，提出了一種新型的2倍頻鎖相方法，該方法對(duì)不平衡電網(wǎng)電壓產(chǎn)生的2倍頻交流量進(jìn)行鎖相，可實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的快速準(zhǔn)確同步。

電力電子變壓器（也稱固態(tài)變壓器）是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種新型變壓器，不僅可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工頻變壓器的電壓變換和能量傳遞，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)原副邊電壓、電流和功率的靈活調(diào)節(jié)。與此同時(shí)，由于采用高頻變壓器作為電氣隔離，可大幅減小體積和重量。重慶大學(xué)李程等的論文“用于DFIG風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)的固態(tài)變壓器控制策略”提出通過控制固態(tài)變壓器風(fēng)場(chǎng)側(cè)換流器電壓的下降和故障切除時(shí)電壓上升的斜率，來(lái)抑制電網(wǎng)故障過程中因電網(wǎng)電壓突變而使雙饋發(fā)電機(jī)的電壓、電流以及轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的沖擊。廣西電網(wǎng)公司周柯和湖南大學(xué)涂春鳴等的論文 “重負(fù)荷切換下電力電子變壓器的穩(wěn)定性研究”針對(duì)電力電子變壓器提出了一種前饋控制方法，有效減小了重負(fù)荷切換時(shí)直流側(cè)電壓的波動(dòng)。他們的另一篇論文“電力電子變壓器故障下的運(yùn)行策略研究”針對(duì)電力電子變壓器中雙有源橋（Dual Active Bridge）的故障，提出了檢測(cè)方法和應(yīng)對(duì)運(yùn)行方案。

本專輯論文基本反映了目前國(guó)內(nèi)關(guān)于可再生能源發(fā)電系統(tǒng)、控制與能量管理方面的研究熱點(diǎn)問題，有較好的參考價(jià)值。希望本專輯的出版對(duì)于推動(dòng)可再生能源發(fā)電領(lǐng)域起到一定的推動(dòng)作用。衷心感謝同行們?cè)诒敬螌］嫷恼魑?、投稿和評(píng)審過程中的大力支持！感謝中國(guó)電源學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)、電源學(xué)報(bào)主編、浙江大學(xué)徐德鴻教授對(duì)本專輯的關(guān)心和支持！感謝電源學(xué)報(bào)編輯部主任汪惠勇和孟慶梅編輯的大力支持！