智能電網(wǎng)技術(shù)在清潔能源中的應(yīng)用現(xiàn)狀

高崧耀

【摘要】：進(jìn)入21世紀(jì)以來，人類不得不直面以下三個重要的課題：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，這無疑會嚴(yán)重的阻礙人類社會的發(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)技術(shù)；清潔能源；應(yīng)用現(xiàn)狀；措施

1、導(dǎo)言

隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展和我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程的深人，能源緊缺已成為當(dāng)今值得深思的重要問題。為了應(yīng)對當(dāng)今社會能源日益短缺的窘境，可持續(xù)發(fā)展的理念已經(jīng)成為世界各國的發(fā)展共識。能源產(chǎn)業(yè)特別是清潔能源產(chǎn)業(yè)成為世界各國爭相發(fā)展的重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)之一。電力作為一種清潔綠色的可再生能源越發(fā)得到人們的關(guān)注。因此開展智能電網(wǎng)與清潔能源并網(wǎng)技術(shù)能夠提高能源的多樣化與可持續(xù)化。

2、智能電網(wǎng)概述

智能電網(wǎng)是以物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)（我國的智能電網(wǎng)是以特高壓電網(wǎng)為骨干網(wǎng)架、各電壓等級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)為基礎(chǔ)），將現(xiàn)代先進(jìn)的傳感測量技術(shù)、通訊技術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)與物理電網(wǎng)高度集成而形成的新型電網(wǎng)。它能夠提高能源的利用效率，同時(shí)減少對環(huán)境的污染，提升供電安全與可靠性，減少電能損耗等。智能電網(wǎng)系統(tǒng)的智能性體現(xiàn)在量測、傳感技術(shù)帶來的可觀測性；對觀測狀態(tài)進(jìn)行控制的可控制性；此外還有嵌入式的自主處理技術(shù)；還能實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)和自愈。智能電網(wǎng)技術(shù)具有交互、協(xié)調(diào)、優(yōu)質(zhì)、高效、自愈、安全、兼容以及集成的特點(diǎn)。

3、清潔能源概述

簡單來說，在使用過程中，不會排放出有毒物質(zhì)，對環(huán)境污染較小甚至沒有污染的能源可統(tǒng)稱為清潔能源。舉個例子來說，風(fēng)能、太陽能以及沼氣就是最常見的清潔能源。與之相對的非清潔能源，就是指在使用的過程中，會給環(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，太陽能正逐漸從補(bǔ)充能源向替代能源過渡，利用太陽能發(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。太陽能光伏利用的主要發(fā)展趨勢將逐漸轉(zhuǎn)化為太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電，太陽能發(fā)電的趨勢也正一步步的從無電地區(qū)向有電趨勢蔓延

4、智能電網(wǎng)的清潔能源并網(wǎng)控制方式

4.1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。以智能電網(wǎng)的電力電子技術(shù)的控制方法為基礎(chǔ)，卡特里娜提出針對可調(diào)度能源的有功無功潮流而設(shè)計(jì)的控制方法。

4.2基于多代理系統(tǒng)的控制方法

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，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_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)對各個清潔電源、負(fù)荷和開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，使智能電網(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)。

4.3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、清潔電源和儲能系統(tǒng)融合成一個獨(dú)特的電廠，來參與電網(wǎng)的運(yùn)行。在這個龐大的虛擬電廠中，每一個構(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。此外，由于電廠具有高級監(jiān)測的功能，測量和計(jì)算不同節(jié)點(diǎn)動態(tài)電壓、故障數(shù)據(jù)、頻率波動、監(jiān)測系統(tǒng)的異步運(yùn)行、同步發(fā)電機(jī)短時(shí)失磁異步運(yùn)行、低頻振蕩的變化過程。

結(jié)論

總而言之，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)展我國智能電網(wǎng)，可以幫助解決目前我國能源緊缺的問題，同時(shí)改善氣候，緩解部分環(huán)境污染的問題等。因此，智能電網(wǎng)的建設(shè)可以說是一項(xiàng)長期浩大的工程。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)出對清潔能源并網(wǎng)技術(shù)的足夠重視。

【參考文獻(xiàn)】：

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