电力电子技术在新能源发电领域中的应用

电力电子技术在新能源发电领域中的应用

刘志博 张雪

天津市瑞能电气有限公司 天津市 300385

摘要：可再生能源发电系统作为智能电网的重要组成部分，由于其资源分布广、开发潜力大、环境影响小、可持续利用等特点，得到了迅速发展。电力电子技术作为可再生能源发电的关键技术，直接关系到可再生能源发电技术的发展。简要介绍了可再生能源发电的发展现状，从能量转换、电能质量控制和储能技术等方面详细介绍了电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用和发展趋势。

关键词：电力电子技术；新能源；发电领域；应用

1新能源发电形式

随着全球经济的快速发展，煤炭、石油、天然气等传统能源储量日益减少，化石燃料燃烧产生的温室气体和酸性气体对地球生态的破坏日益严重，新能源发电已引起人们的关注电力公司的人。

1.1新能源发电的优势

与传统的化石能源集中发电方式相比，新能源发电网更适合于分布式发电。新能源发电有许多优点。

首先，利用新能源发电有利于缓解传统化石能源的大量消耗和化石能源燃烧对大气环境的污染，符合可持续发展的战略目标。其次，由于新能源发电量小，适合孤岛运行，解决孤岛供电问题。而且，当海岛电网出现故障时，对整个电网的影响也很小。从工程和运行维护的角度来看，新能源发电厂址选址相对容易，受区域限制。风力发电可以建在海上或陆地上；太阳能发电可以建在阳光充足的地方；生物质发电厂可以建在农田附近，方便秸秆的回收、加工和利用；北京新的垃圾焚烧发电厂可以建在垃圾回收站附近。由于新能源发电量小，运行维护所需的人工成本和消耗品非常小。

1.2新能源发电的劣势

尽管新能源发电与传统化石能源发电相比具有诸多优势，但其能源状况决定了新能源发电存在一些先天性的不足。

新能源发电的第一个缺点是间歇性。新能源的间歇性不是由于光伏发电机或风力发电系统的不稳定，而是由于天气（如阳光和风）的不稳定。因为各种新能源最终都转化为电力供人们使用，而电力供应的最大需求是稳定可靠。目前，发电侧并网地面电站完全依靠主电网进行调节。当光伏发电容量逐渐增大时，瞬时的大容量波动会对电网造成较大的影响。

新能源的第二个缺点是光伏和风力发电的能量密度低。这是由于低日照强度和风能密度。一般来说，光伏组件每平方米的峰值功率上限目前在150瓦左右，多数时候在100瓦左右。这将导致光伏发电的巨大足迹。

2优化新能源行业中电子电力技术的应用策略

2.1做好故障管控

在故障控制工作中，为了取得更好的研究成果，可以选择更简单、更典型的控制策略。例如，在进行故障检测工作后，可以消除电压中可能出现的故障，帮助电力系统恢复有功功率，保证新能源有效转化为电能。随着科学技术的发展，无功控制策略越来越多。在很多情况下，当无功功率和有功功率被用来控制光伏功率和风机时，特别是当风机被直接驱动产生风能时，情况并没有太大的不同。目前有大量的电力电子设备用来控制故障概率，保证了电能向安全电能的转化。因此，只有按照规定的标准合理使用电力设备，才能保证新能源转换过程的安全。

2.2增强系统稳定性

传统的电力资源来源于燃煤发电的应用，造成了严重的大气污染。但是，绿色能源的开发利用不会向大气排放大量废气，避免大气污染，有利于保护自然环境。目前，人们日常生活中接触到的新能源较多，是太阳能的广泛应用，但太阳能电池转换效率低，价格相对昂贵，系统缺乏稳定性，但不能广泛应用于各个领域。为此，研究人员将在太阳能材料、电子光伏等方面投入更多的研究资金，提高太阳能电池的转化率，增强系统的稳定性。

2.3提高能源利用的性价比

在电压变换中，高频逆变器主要用于大功率晶体管和高频逆变器，改变电压的功率和频率，达到节能的目的。在与电子电源相关的新技术中，不断改进新能源技术的研究和强弱电结合的利用，可以进一步提高能源利用的成本效益，大大减少污染排放，达到节能效果。

在新能源应用领域，利用电力电子技术实现了电子电器与新能源技术的应用与发展对接。绿色能源与能源要实现对接，就需要满足更高的要求。比如使用绿色能源，不仅要实现有效的能源转换，还要考虑如何提高能源转换效率。只有降低电力电子技术的能耗和功耗，绿色电源才能有更好的实际应用效果。

2.4电力电子技术在新能源领域的应用

一是电子电源技术在新能源领域的应用，具有较高的节能效率。电力电子技术能有效地将不同的能源转换成高质量的电能，避免了资源的浪费。目前，煤炭仍是我国的主要能源消费。电力电子技术的应用，可以实现风能、潮汐能转换为电能的目的，既可以降低煤炭能源的消耗，又可以发展清洁能源，有效地节约能源。

二是电力电子技术在新能源领域的应用更加绿色。目前，随着科学技术的不断发展，电力电子技术也在不断的智能化，数字技术也得到了很大的发展。新型电力电子装置的应用，可以获得接近1的功率因数和接近零的谐波含量，实现电力系统不产生外部污染的目标。

第三，电力电子技术在新能源领域的应用可以控制精度，使其更加灵活。在传统模拟控制电路的应用中，布线工作比较复杂，系统响应比较慢。调试时也有非常复杂的步骤，所以需要相对简单的电路控制应用。与传统电力电子系统和新型电力电子系统相比，将新型电力技术应用于数字控制技术，不仅可以保证其精度和灵敏度，而且可以实现控制、通信和人机界面等不同功能。

2.5电力电子在储能中的应用

由于太阳能、风能等可再生能源发电系统受自然环境和气候条件的影响较大，其输出功率具有间歇性和波动性。为了提高供电质量，往往需要为可再生能源发电系统配备一定容量的储能装置，以使可再生能源发电系统的发电量平稳，减少对电网的影响。

现代电力电子技术的飞速发展为可再生能源发电系统与储能装置之间的能量交换提供了一个灵活的接口。电池储能、超级电容储能、飞轮储能、超导储能等储能技术已应用于发电领域。

电池储能系统和超级电容储能系统在储存电能时，利用电力电子技术将交流电能转换成直流电能储存在电池或电容器中；当需要释放电能时，利用电力电子装置将储存的直流电能量转换为与系统兼容的交流电，为电网供电。

飞轮储能是一种能将电能和机械能转换的储能技术。通过功率变换器实现可再生能源发电系统电能与飞轮储能系统飞轮转子机械能的转换。随着新材料、制造技术和电力电子技术的发展，飞轮储能技术实现了从理论到实践的飞跃。

超导储能系统主要包括超导磁体和变换器。电流在超导磁体构成的闭合电感中连续循环，但不消失。变换器分为电流型和电压型两种，它们控制着储能系统与电网之间的能量交换。与其它储能技术相比，超导储能技术具有能量损耗小、储能密度高、能量回馈率高、能量释放快等优点。

现有的储能技术应用于可再生能源发电时，仍存在储能容量小、可靠性差、经济性差等缺点。电力电子技术和储能技术需要结合和发展，不断提高储能能力、安全性和可靠性，使储能系统能够根据电网运行状况和用电用户的需要，安全可靠地吸收和释放电能，确保电网的稳定和经济运行。

结束语

传统化石能源的全球性短缺使新能源发电走上了时代的前列。但是，新能源发电的间歇性和低能量密度有待改善。电力电子技术在新能源发电技术中的应用，有效地改善了这些问题。它不仅可以使新能源发电的输出持续稳定，而且可以通过谐波治理来调节系统的无功功率，改善电能质量，为新能源发电提供了良好的发展前景。

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