智能電網(wǎng)的清潔能源并網(wǎng)技術(shù)分析

郭佳

【摘要】：進(jìn)入21世紀(jì)以來，人類不得不直面以下三個(gè)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(jìn)而加劇了氣候變化與環(huán)境污染的程度，這無疑會(huì)嚴(yán)重的阻礙人類社會(huì)的發(fā)展。研究并應(yīng)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(guān)技術(shù)并不完善，在電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)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(huì)導(dǎo)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(yīng)當(dāng)如何實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)與清潔能源的并網(wǎng)應(yīng)用，并進(jìn)一步減少故障的發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】：智能電網(wǎng)；清潔能源；并網(wǎng)技術(shù)

1、導(dǎo)言

當(dāng)前我國(guó)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(huì)給電力系統(tǒng)的監(jiān)控和管理帶來一系列技術(shù)上的挑戰(zhàn)。本文結(jié)合智能電網(wǎng)與清潔能源概述分析，針對(duì)智能電網(wǎng)的清潔能源并網(wǎng)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析，希望為我國(guó)科學(xué)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(shù)是近幾年來依靠科技的進(jìn)步而興起的，它通過高級(jí)的傳感裝置，集合各種繁雜的信息技術(shù)，創(chuàng)造出電力自動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)提供給人民相關(guān)的服務(wù)。目前，電網(wǎng)的能源由國(guó)家管控，是國(guó)家的重要能源產(chǎn)業(yè)之一，伴隨著人們對(duì)電力的不間斷的需求，尤其是有些行業(yè)對(duì)電力技術(shù)的要求相對(duì)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(duì)現(xiàn)實(shí)生活的需求，國(guó)家不僅要投入很多的精力去學(xué)習(xí)國(guó)際上較為先進(jìn)的超導(dǎo)技術(shù)，電力技術(shù)等并進(jìn)行相關(guān)研究，才能夠保障智能電網(wǎng)的安全。智能電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能電網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)

2.2清潔能源概述

簡(jiǎn)單來說，在使用過程中，不會(huì)排放出有毒物質(zhì)，對(duì)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(gè)例子來說，風(fēng)能、太陽(yáng)能以及沼氣就是最常見的清潔能源。與之相對(duì)的非清潔能源，就是指在使用的過程中，會(huì)給環(huán)境帶來較大的污染，甚至是有毒物質(zhì)的能源，例如煤炭、石油等化石燃料。

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

作為最典型的清潔能源，太陽(yáng)能正逐漸從補(bǔ)充能源向替代能源過渡，利用太陽(yáng)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(yáng)能光伏利用的主要發(fā)展趨勢(shì)將逐漸轉(zhuǎn)化為太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電，太陽(yáng)能發(fā)電的趨勢(shì)也正一步步的從無電地區(qū)向有電趨勢(shì)蔓延。

3、智能電網(wǎng)的清潔能源并網(wǎng)技術(shù)要點(diǎn)

3.1基于電力電子技術(shù)的控制方法

光伏電池、風(fēng)機(jī)和燃料電池等都要求利用電力電子變頻器進(jìn)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(yīng)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(shí)，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(yùn)行之外，還應(yīng)該根據(jù)清潔能源的相關(guān)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(shí)現(xiàn)負(fù)荷功率變化的時(shí)候，不同種類的清潔電源間變化功率實(shí)現(xiàn)共享，并且在電力單元孤島運(yùn)行時(shí)為智能電網(wǎng)提供頻率支持；有功無功的控制可以通過實(shí)際運(yùn)行的情況來實(shí)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(diào)優(yōu)化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)-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(yùn)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(kù)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(dòng)，并由控制代理發(fā)送主網(wǎng)控制信息至相應(yīng)的代理。一方面，用戶代理傳送負(fù)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_(tái)收集各代理發(fā)送的信息以便調(diào)度員進(jìn)行下一步處理。該法兼顧發(fā)電單元所需電能質(zhì)量和能量管理的要求，采用集中管理和分散獨(dú)立運(yùn)行相結(jié)合的控制策略，運(yùn)用多代理技術(shù)對(duì)各個(gè)清潔電源、負(fù)荷和開關(guān)狀態(tài)進(jìn)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(shè)計(jì)。

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(diǎn)，為了適應(yīng)這些特性，我們的研究需要結(jié)合電網(wǎng)頻率、電壓控制技術(shù)、聯(lián)絡(luò)線潮流、發(fā)電預(yù)測(cè)模型和方法等融為一體的控制技術(shù)。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(shù)。它將配電網(wǎng)中分散安裝的受控負(fù)荷、清潔電源和儲(chǔ)能系統(tǒng)融合成一個(gè)獨(dú)特的電廠，來參與電網(wǎng)的運(yùn)行。在這個(gè)龐大的虛擬電廠中，每一個(gè)構(gòu)成部分，都和能量管理系統(tǒng)相連接，此時(shí)控制中心就可以通過智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)雙向信息傳送，利用增強(qiáng)型短信服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行整體的調(diào)度來協(xié)調(diào)機(jī)端潮流、受端負(fù)荷和儲(chǔ)能系統(tǒng)的運(yùn)作，達(dá)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(fù)荷以及提升供電可靠性的目的。

結(jié)論

綜上所述，以智能電網(wǎng)技術(shù)的清潔能源并網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，積極發(fā)展我國(guó)智能電網(wǎng)，可以幫助解決目前我國(guó)能源緊缺的問題，同時(shí)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(nèi)，算是比較新的事物，就會(huì)造成不同國(guó)家，或相同國(guó)家的不同地區(qū)對(duì)智能電網(wǎng)設(shè)備制造、檢測(cè)以及調(diào)試等方面，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。因此，智能電網(wǎng)的建設(shè)可以說是一項(xiàng)長(zhǎng)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(huì)出現(xiàn)明顯的技術(shù)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(xué)術(shù)領(lǐng)域應(yīng)該表達(dá)出對(duì)清潔能源并網(wǎng)技術(shù)的足夠重視。

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