智能電網(wǎng)清潔能源并網(wǎng)技術(shù)

智能電網(wǎng)清潔能源并網(wǎng)技術(shù)建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)是適應(yīng)國家新能源戰(zhàn)略發(fā)展的必然選擇，隨著全球變暖和環(huán)境問題的加劇，清潔能源的利用已經(jīng)成為國際化發(fā)展趨勢(shì)。本文基于對(duì)清潔能源和我國智能電網(wǎng)的論述，具體分析了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)，并總結(jié)了智能電網(wǎng)中清潔能源發(fā)揮的支撐作用。標(biāo)簽：智能電網(wǎng)；清潔能源；低碳；并網(wǎng)；0引言能源緊缺、氣候變化和環(huán)境污染問題是21世紀(jì)人類所面臨的重大課題。能源是人類社會(huì)生存和發(fā)展的動(dòng)力源泉。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類生活水平的提高，世界范圍內(nèi)對(duì)能源的需求日益增長，目前世界能源的利用仍以煤炭、石油、天然氣和水與核能等一次能源為主，然而這化石燃料在地球上的貯存量卻越來越少。并且這些傳統(tǒng)的火電需要的化石燃料，在燃燒時(shí)將排出二氧化碳和硫的氧化物，因此會(huì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)和酸雨，污染地球環(huán)境。對(duì)清潔能源并網(wǎng)技術(shù)的開發(fā)是當(dāng)今時(shí)代的發(fā)展主題，清潔能源所帶來的低碳經(jīng)濟(jì)具有低能耗和高效能的特征，能夠減少溫室氣體排放。然而，大力發(fā)展清潔能源勢(shì)必給當(dāng)前電網(wǎng)的發(fā)展帶來巨大的挑戰(zhàn)，我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整角度看，光伏發(fā)電產(chǎn)能的不斷發(fā)展提升，隨著光伏發(fā)電成本的降低、化石能源發(fā)電成本的提高以及礦物能源的減少，光伏發(fā)電商業(yè)化成為必然趨勢(shì)，智能電網(wǎng)在促進(jìn)低碳發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。如何在保證經(jīng)濟(jì)發(fā)展前提下，兼顧社會(huì)轉(zhuǎn)型，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，成為我國必須解決的重大課題。隨著可再生能源在中國能源結(jié)構(gòu)中所占比重的不斷提高，新能源并網(wǎng)逐漸成為熱點(diǎn)話題，堅(jiān)強(qiáng)可靠的智能電網(wǎng)將承載中國能源的未來。1清潔能源概述所謂清潔能源是措在使用的過程中不會(huì)出現(xiàn)有毒物質(zhì)排放的能源，清潔能源是指對(duì)環(huán)境沒有污染或污染較小的能源，有時(shí)也叫綠色能源。如太陽能，風(fēng)能，海洋能；垃圾發(fā)電、沼氣等。非清潔能源是指可能對(duì)環(huán)境造成較大污染的能源，例如煤炭等化石燃料。清潔與非清潔能源的劃分也是相對(duì)的。風(fēng)能是一種清潔的可再生能源，風(fēng)力發(fā)電的基本原理是把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械動(dòng)能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電力動(dòng)能。它是一種安全可靠的發(fā)電方式，隨著大型機(jī)組的技術(shù)成熟和產(chǎn)品商品化的進(jìn)程，風(fēng)力發(fā)電成本降低。太陽能是最為典型的清潔能源，從能源的角度看，太陽能必將實(shí)現(xiàn)其從補(bǔ)充能源向替代能源的角色過渡，光伏發(fā)電具有以下優(yōu)點(diǎn)：資源可再生、環(huán)保清潔、資源分布廣泛、建造靈活方便、可共地域發(fā)電供電、光伏建筑集成化程度高。而太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽能光伏利用的主要發(fā)展趨勢(shì)，必將得到快速的發(fā)展。太陽能發(fā)電將逐漸從無電地區(qū)向有電地區(qū)發(fā)展。中國2009年能源戰(zhàn)略顯示，預(yù)計(jì)2020年實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電裝機(jī)容量20吉瓦的目標(biāo)。核能也是一種清潔性非常高的能源，這種能源的優(yōu)點(diǎn)是以最小的消耗實(shí)現(xiàn)能源利用的最大化，并且成本較低。除此之外，還有海洋能發(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電等清潔能源發(fā)電技術(shù)。2智能電網(wǎng)智能電網(wǎng)就是電網(wǎng)的智能化，它是以集成的、高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，智能電網(wǎng)從廣義上來說涉及到很多方面、多個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字化、自動(dòng)化以及信息化；狹義而言，主要是其核心部分電網(wǎng)的智能化建設(shè)。引入了新的智能產(chǎn)品和服務(wù)。在電力系統(tǒng)的電力輸送過程中，智能電網(wǎng)具有強(qiáng)大的電力輸送功能，并且還能有效保證其安全與穩(wěn)定。智能電網(wǎng)是保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)和優(yōu)質(zhì)運(yùn)行的重要手段，是經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。智能電網(wǎng)的清潔能源并網(wǎng)技術(shù)就是整合利用各種資源的風(fēng)能新能源聯(lián)合并網(wǎng)。3風(fēng)能發(fā)電技術(shù)按照不同的需要，風(fēng)能可以被轉(zhuǎn)化成其他不同形式的能量，如機(jī)械能、電能、熱能等，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是風(fēng)能和電能進(jìn)行轉(zhuǎn)化的機(jī)械以及電氣及共控制設(shè)備的組合。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)組成，風(fēng)力機(jī)的作用是把風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；發(fā)電機(jī)的作用是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)通常包括風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)、變速器及有關(guān)控制器和儲(chǔ)能裝置。風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)運(yùn)行方式有恒速桓頻何變速恒頻兩種，受風(fēng)能不可控性的影響，利用變速恒頻發(fā)電機(jī)組對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行功率調(diào)節(jié)已成為風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的主流趨勢(shì)。變速恒頻方式是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速的波動(dòng)作變速運(yùn)行，但仍輸出恒定頻率的交流電。這種方式可提高風(fēng)能的利用率，但將導(dǎo)致必須增加實(shí)現(xiàn)恒頻輸出的電力電子設(shè)備，同時(shí)還應(yīng)解決由于變速運(yùn)行而在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組文撐結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)共振現(xiàn)象等問題。風(fēng)力發(fā)電具有很多優(yōu)勢(shì)，比如不消耗資源、不污染環(huán)境；建設(shè)周期短，裝機(jī)規(guī)模靈活；運(yùn)行簡單，可完全做到無人值守；實(shí)際占地少，機(jī)組與監(jiān)控、變電等建筑僅占風(fēng)電場約1%的土地，其余場地仍可供農(nóng)、牧、漁使用；對(duì)土地要求低，在山丘、海邊、河堤、荒漠等地形條件下均可建設(shè)；并且在發(fā)電方式上還有多樣化的特點(diǎn)。4太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)4.1太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)組成及工作原理太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽電池的光生伏打效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)太陽光輻射能與電能之間的直接轉(zhuǎn)換。一般光伏發(fā)電系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：太陽電池組件、充放電控制器、逆變器以及蓄電池。而光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)部分組成：光伏組件（太陽能電池陣列）、并網(wǎng)逆變器、數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置及配電系統(tǒng)。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的工作原理就是要把太陽能電池組件發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電，并并入市電電網(wǎng)，可供正常的交流用電電器使用。4.2太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)分類太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)通過太陽電池陣列產(chǎn)生直流電，并將其饋送給交流電網(wǎng)，這兩者之的能量的傳遞與變換有多種方式。按照功能和性能要求的不同，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)也有不同的分類方式。目前常用的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)按照系統(tǒng)功能可以為兩類；一種是不可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。不含蓄電池環(huán)節(jié)，另一種為可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，含有蓄電池組。不可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，太陽能電池板產(chǎn)生的直流電可以通過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)化為交流電能，并且與電網(wǎng)電壓具有相同的頻率和相位，如果主電網(wǎng)斷電，系統(tǒng)就不再向電網(wǎng)供電，白天，光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的交流電能相對(duì)于本地負(fù)載所需有超出時(shí)，多出的部分會(huì)送往電網(wǎng)；晚上，光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的交流電能相對(duì)于本地負(fù)載所需不足時(shí)，電網(wǎng)自動(dòng)向負(fù)載提供補(bǔ)充電能?？烧{(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是指帶有蓄電池儲(chǔ)能環(huán)節(jié)的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，和不可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)相比，主要不同之處是系統(tǒng)中配有儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，此系統(tǒng)中，逆變器配有主開關(guān)和重要負(fù)載開關(guān)，使得系統(tǒng)具有不間斷電源的作用。和不可調(diào)度式系統(tǒng)相比，可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在功能和性能方面都有很大的擴(kuò)展和提高。此外，該系統(tǒng)還可以充當(dāng)功率調(diào)節(jié)器的作用，穩(wěn)定電網(wǎng)電壓、抵消有害的高次諧波分量從而提高電能質(zhì)量。4.3太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)依靠很多關(guān)鍵的核心技術(shù)，首先是MPPT技術(shù)，當(dāng)前最大的實(shí)施難點(diǎn)在于動(dòng)態(tài)追蹤太陽最大輻射能量。一般有四種方法：在線擾動(dòng)法、微分法、下山法和模糊規(guī)則法來進(jìn)行動(dòng)態(tài)追蹤太陽輻射能量。其次是質(zhì)量控制（諧波源）的難點(diǎn)在于抑制注入電網(wǎng)的諧波電流在最低水平，主要方法有：提高載波頻率、合理整定參數(shù)、濾波器設(shè)計(jì)、群控技術(shù)。最后是控制與保護(hù)的難點(diǎn)在于速度要求、與電網(wǎng)配合，保護(hù)措施主要：抗孤島保護(hù)可整定短路、過欠壓/頻保護(hù)以及通訊接口對(duì)接。5智能電網(wǎng)中清潔能源發(fā)揮的支撐作用為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和可再生能源綜合利用的目標(biāo)，電網(wǎng)承擔(dān)著提升、擴(kuò)展和優(yōu)化中國電力結(jié)構(gòu)的任務(wù)。智能電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用將最大限度降低電力消耗，進(jìn)而營造更加具有競爭力的市場環(huán)境。更新更強(qiáng)的智能電網(wǎng)是中國實(shí)現(xiàn)可再生能源合理利用、快速建立清潔能源經(jīng)濟(jì)體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)為電能的清潔生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。促進(jìn)能源替代推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)低碳化，為清潔能源的規(guī)模化開發(fā)和利用提供物質(zhì)基礎(chǔ)，這將極大地促進(jìn)我國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化，促進(jìn)低碳發(fā)展。提高能源利用和輸送效率，促進(jìn)能源輸送環(huán)節(jié)的低碳化。與此同時(shí)，智能調(diào)度系統(tǒng)和靈活輸電技術(shù)的推廣能夠減少輸配環(huán)節(jié)損耗，提高能源的輸送和利用效率，并且通過通過智能交互終端，實(shí)現(xiàn)終端節(jié)電控制，促進(jìn)能源消費(fèi)環(huán)節(jié)的低碳化。推動(dòng)智能用電。能夠支撐低碳電力系統(tǒng)發(fā)展與完善。6結(jié)束語隨著全球變暖和環(huán)境問題的加劇，清潔能源的利用已經(jīng)成為國際化發(fā)展趨勢(shì)。我國的地域遼闊，擁有很多豐富的清潔能源，積極穩(wěn)妥的推進(jìn)智能電網(wǎng)下清潔能源的并網(wǎng)技術(shù)研究，對(duì)于解決我國乃至世界范圍內(nèi)能源緊缺、生態(tài)失衡等環(huán)境問題都具有非常深遠(yuǎn)的意義智能電網(wǎng)是在保證國家能源安全和應(yīng)對(duì)氣候變化情況下提出的，隨著時(shí)代的發(fā)展，智能變電站建設(shè)的不斷深化，智能電網(wǎng)在電力系統(tǒng)傳輸中具備強(qiáng)大的電力輸送功能，并且可以大力促進(jìn)低碳電力可持續(xù)發(fā)展