電子電力變壓器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的運(yùn)用分析

張 央，楊 鑫，賀承瑞

（徐州工程學(xué)院，江蘇徐州，221018）

電子電力變壓器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的運(yùn)用分析

張 央，楊 鑫，賀承瑞

（徐州工程學(xué)院，江蘇徐州，221018）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于電力能源的需求量逐年上漲，傳統(tǒng)的化石能源，由于其儲(chǔ)量有限，且應(yīng)用過(guò)程中會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較嚴(yán)重的影響，故應(yīng)用和開(kāi)發(fā)新能源勢(shì)在必行。光伏發(fā)電是一種用可再生性的清潔能源，通過(guò)電子電力變壓器接入微電網(wǎng)中，使其具備了一定的事故運(yùn)行能力，并增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。文章對(duì)電子電力變壓器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的運(yùn)用進(jìn)行了分析。

電子電力變壓器；光伏發(fā)電系統(tǒng)；化石能源；環(huán)境污染

0 引言

電子電力變壓器是一種較為常見(jiàn)的變壓器設(shè)置模式，其主要特點(diǎn)在于質(zhì)量較輕、體積小、可進(jìn)行高處設(shè)計(jì)等。應(yīng)用過(guò)程中無(wú)需建立專(zhuān)門(mén)的變電所，故提升了系統(tǒng)的安全性能，同時(shí)也最大限度的降低了安全事故的發(fā)生概率。將電子電力變壓器應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中，可為系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

1 電子電力變壓器的工作原理分析

其與普通的變壓器效果并無(wú)太大區(qū)別，均是為了實(shí)現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換作用，在此過(guò)程中，通過(guò)電流的感應(yīng)效果形成變電效果。但不同點(diǎn)在于電子電力變壓器具有二次能量變化，因此具備了初級(jí)和次級(jí)的功率轉(zhuǎn)換器，在控制變壓的過(guò)程中，可最大限度的還原原電壓表波形，另外，還能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備隔離等功能。若從該變壓器的設(shè)計(jì)角度出發(fā)，其主要源于具有高頻連接的AC/AV變換電路，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，需借助電子電力技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，將原有的工頻輸入信號(hào)通過(guò)該技術(shù)轉(zhuǎn)換成高頻信號(hào)，再由高頻信號(hào)通過(guò)中間高頻隔離變壓器進(jìn)行耦合，最后利用電子電力變壓器獲取工頻信號(hào)[1]。

系統(tǒng)正常運(yùn)行過(guò)程中，高頻變壓器具備隔離和變壓的功能，另外，變壓器的頻率和體積呈反比關(guān)系，故工頻變壓器的體積一般會(huì)大于高頻變壓器體積，所以整體的工作效率也會(huì)得到顯著提高。電子電力變壓器設(shè)備的控制是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，加之相關(guān)技術(shù)人員對(duì)其性能、特征了解較為膚淺，故管控效果并不理想，但該控制工作無(wú)非就是對(duì)其組成設(shè)備的矩陣變換器進(jìn)行管理，為保證管理效果，需結(jié)合實(shí)際情況采取相應(yīng)有效措施。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

20世界80年代，在石油危機(jī)的影響下，日本、美國(guó)以及歐洲等國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始研究新能源的開(kāi)發(fā)和利用，在此過(guò)程中投入了大量的物力和人力，并結(jié)合自身實(shí)際的發(fā)展?fàn)顩r，制定出合理的光伏發(fā)電計(jì)劃。美國(guó)在新能源部的帶動(dòng)和支持下，于1973年率先制定了光伏發(fā)電計(jì)劃，在方案中明確闡述了不同階段的發(fā)展目標(biāo)，并投資了“光伏建筑物計(jì)劃”。截至目前為止，美國(guó)境內(nèi)仍在開(kāi)發(fā)探索階段、開(kāi)始安裝和已經(jīng)安裝的非住宅太陽(yáng)能項(xiàng)目已達(dá)1795個(gè)，容量約為26GW，可見(jiàn)其發(fā)展之迅速，裝機(jī)容量之大。日本國(guó)家境內(nèi)資源有限，故對(duì)光伏發(fā)電十分重視，早在1974年就開(kāi)始投資實(shí)施“陽(yáng)光計(jì)劃”，使其一躍成為國(guó)際上的太陽(yáng)能生產(chǎn)大國(guó)[2]。

2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)是世界上的能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，同時(shí)也是為數(shù)不多的以煤炭能源為主的國(guó)家，為此，提升能源應(yīng)用效率、調(diào)整開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)、發(fā)展可再生性能源才是我國(guó)的當(dāng)務(wù)之急，也是保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速、可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。我國(guó)的日照能源十分豐富，合理應(yīng)用和開(kāi)發(fā)該能源是解決我國(guó)能源緊缺問(wèn)題的關(guān)鍵途徑。雖然我國(guó)的光伏發(fā)電系統(tǒng)起步較晚，但發(fā)展速度較快，早年間對(duì)光伏進(jìn)行研究主要是為了解決衛(wèi)星供電問(wèn)題，一直發(fā)展到90年代，國(guó)家加大了光伏發(fā)電的投資力度，并率先在北京和深圳兩地分別建成了7KV和17KV的光伏屋頂發(fā)電系統(tǒng)。

3 電子電力變壓器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的運(yùn)用

3.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

微電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，電壓等級(jí)較低，系統(tǒng)容量較小，故系統(tǒng)內(nèi)電源的波動(dòng)對(duì)于系統(tǒng)的影響和沖擊也比較大。將光伏系統(tǒng)通過(guò)電子電力變壓器接入微電網(wǎng)的過(guò)程中，需結(jié)合光伏系統(tǒng)和微電網(wǎng)的實(shí)際輸出特性來(lái)選擇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

由于光伏系統(tǒng)是直流輸出，故此時(shí)的電子電力變壓器連接了交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)，但應(yīng)注意系統(tǒng)兩端的運(yùn)行方式并非一定保持同步，因此一般可使用混合型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在整個(gè)工作過(guò)程中，原邊和副邊也無(wú)需保持同步，副邊可采用恒電壓或者是恒功率的控制模式，而原邊通?？刹捎弥绷麟妷旱目刂颇Ｊ?。

3.2 控制措施

隔離級(jí)和輸入級(jí)別控制。輸入級(jí)一般會(huì)減少一個(gè)整流環(huán)節(jié)，故不需要進(jìn)行控制。而隔離級(jí)一次側(cè)需將光伏系統(tǒng)輸出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l交流電，在二次側(cè)通過(guò)直流電路再轉(zhuǎn)變成直流信號(hào)，其中，一次側(cè)為單相全橋逆變電路，二次側(cè)為單相橋式不控制整流。隔離級(jí)要將直流信號(hào)調(diào)整為高頻方波信號(hào)，耦合至二次側(cè)之后便可還原為直流信號(hào)。在此過(guò)程中，單相全橋逆變器可應(yīng)用開(kāi)環(huán)控制，將直流信號(hào)的占空比調(diào)整為5%的高頻方波，耦合至二次側(cè)之后通過(guò)單相橋式不控制整流獲取直流信號(hào)。該操作簡(jiǎn)單，且控制效果顯著，可有效解決同步問(wèn)題，若不考慮高頻變壓器的過(guò)渡過(guò)程，則中間隔離器也可被看作是比例放大器。

其中，k為變壓器變比。

3.3 微電網(wǎng)模型

“微電網(wǎng)”一詞概念較新，且提出時(shí)間短，目前尚未形成一個(gè)完整的標(biāo)準(zhǔn)。各國(guó)家及地區(qū)對(duì)于其的描述均立足于本地社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件、能源結(jié)構(gòu)以及電力系統(tǒng)的實(shí)際特點(diǎn)。但正常情況下，微電網(wǎng)是將發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)能、負(fù)荷以及控制裝置等進(jìn)行結(jié)合，從而構(gòu)成一個(gè)完整的單元，向用戶(hù)提供熱能和電能。微電網(wǎng)的電源通常為微電源，包括蓄電池、飛輪、超級(jí)電容器、燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)等儲(chǔ)能元件，將這些設(shè)備接在用戶(hù)側(cè)，具有污染小、電壓低、成本低廉等優(yōu)勢(shì)。

4 總結(jié)

光伏發(fā)電系統(tǒng)利用電子電力變壓器接入配電網(wǎng)后，可使其功率、電流、電壓等均能滿(mǎn)足并網(wǎng)需求。另外，還能使光伏發(fā)電系統(tǒng)具備一定的事故運(yùn)行能力，且在該狀態(tài)下仍可為配電網(wǎng)輸送功率，并保持端口電流、電壓的穩(wěn)定性。結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出的有功和無(wú)功，可使光伏系統(tǒng)在配電網(wǎng)故障時(shí)保持短時(shí)的并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。

[1]田玉成.淺析非晶合金變壓器在光伏電站的應(yīng)用[J].太陽(yáng)能.2014,10:41-43.

[2]吳濤.電氣節(jié)能技術(shù)在蘇寧易購(gòu)總部設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代建筑電氣.2016,709:10-15.

Application of electronic power transformer in photovoltaic power generation system

Zhang Yang,Yang Xin,He Chengrui
(Xuzhou Institute of technology,Xuzhou Jiangsu,221018)

With the continuous development of social economy, people gradually rising energy for electricity demand, the traditional fossil energy, because of its limited reserves, and the application process will produce serious pollution to the environment, the application and development of new energy imperative.Photovoltaic power generation is a kind of renewable clean energy. Through the electronic power transformer of microgrid, which has one accident operation ability, and enhance the stability and safety of the system.This paper analyzes the use of electronic power transformer in the photovoltaic power generation system..

electronic power transformer; photovoltaic power generation system; fossil energy;environmental pollution