新能源并网发电系统的关键技术和发展趋势

【摘  要】我国相关能源发展规划中，明确规定水电、风电及太阳能等新能源和可再生能源为能源重点发展领域。目前仅依靠传统的电力能源生产模式，越来越难满足现代社会发展提出的能源供应需求，必须加强新能源的利用，以缓解电力能源供应压力，提高电力能源供应的经济效益、社会效益。本文即围绕新能源并网发电，就其关键技术和未来发展趋势，进行了分析和探讨。

【关键词】新能源;并网发电系统;关键技术;发展趋势

1新能源并网发电技术的概述

1.1分布式新能源发电技术

（1）太阳能光伏发电。太阳能光伏发电技术是通过对半导体材料的光电效应的利用，将太阳能直接转化为电能。光伏发电系统可以是独立的，也可以是并网的。在实际运用过程中，太阳能发电系统通常是采用2级电力变换器来工作，第1级起到的作用是变换太阳能输出的电压与控制对光伏电池阵列最大功率的跟踪;第2级是使用逆变器来保持直流侧电压的恒定，并对输入电网的无功功率进行控制。

（2）风力发电。风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术。风力发电机组并网运行时，要求发电机的输出频率与电网频率一致。风力发电技术可分为恒速恒频和变速恒频两大类。恒速恒频采用失速调节或主动失速调节的风力发电机，以恒速运行时，主要采用异步感应发电机;变速恒频采用电力电子变频器将发电机发出的频率变化的电能转化成频率恒定的电能。

（3）燃料电池。燃料电池是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效地转化为电能的发电装置。它还具有燃料多样化、噪声小、环境污染低、排气干净、可靠性高及维修性好等优点。燃料电池被认为是21世纪全新的高效、节能、环保的发电方式之一。

1.2微电网的概念和基本结构

微电网是一种新的供电络结构，该系统的结构可分为微电源、负荷控制装置和储能装置三个部分。与其他系统相比，微电网是一个更加全面的自治系统，可以实现自主管理和自主控制。微电网的提出实际上是为了和传统电网更好的区分，微电网是由许多分布的微电源和相关设施按照一定的拓扑结构构成的系统。该系统还可以和配网相连接，但是必须要经过静态开关的连接作用。

2新能源并网发电系统的关键技术研究

2.1新能源发电技术主要方式

新能源发电技术主要方式是分布式。分布式新能源发电技术主要突出了分布式和新能源两个特点。首先发电规模小，其次是和电力用户距离不远，然后是可单独给电力用户供电的形式就是分布式。传统能源以外的各种环保的、清洁的、可再生的能源都是新能源。新能源主要靠发电技术与储能技术两者结合的方式给电力用户提供电能。

2.2电力电子技术的关键部件

（1）并网逆变器。光伏电池、风机、燃料电池以及储能元件等都需要通过电力电子变换器才能与微网系统网络相连接。这些变换器可能既包括整流器也包括逆变器，也可能仅是一个逆变器。变换器具有响应速度快、惯性小、过流能力弱等特性。同时，适用于微网中的逆变器除了需要具备常规逆变器的功能以及能够并联运行外，还需要根据微网系统的特殊需求具备一些控制功能，如有功-频率下垂控制功能和电压-无功下垂控制功能。因此，逆变器的拓扑结构和运行控制成为微网中的关键技术。

（2）静态开关。静态开关类似于一种保护措施，当系统出现一些意外情况时，例如，主网发生故障，电能质量不能达到系统要求时，静态开关都可以识别出来并将微网转换到孤岛运行状态，以防系统被破坏;如果故障消除，静态开关可以自动完成微网和主网的连接，使系统能够正常工作。

（3）电能质量控制装置。任一单元的接入都会对电能质量产生影响，如果对其控制不当，会给电压波形、功率因数、频率等带来不好的影响。如风能、太阳能等能源的频繁启停操作、功率变化，都会导致该系统中电能质量问题的出现。因此，电能质量综合监控技术是保证微网安全平稳运行的一种重要技术。

2.3新能源并网发电系统关键技术

（1）微网的运行。微网的抗扰动能力不强，而且无法控制自然资源，例如风力的大小、出现的时间以及出现的频率等，这就导致微网的安全性不稳，需对其加强控制。

（2）微网的故障检测与保护。随着科技技术的进步，现在的微网系统中不仅存在单向潮流，也会包含双向潮流，传统的保护措施可能已经不能有效的进行保护，例如，传统的继电保护设备可能不仅起不到保护作用，甚至会对设备造成损害，因此需要研发可以在不同于常规保护模式下运行的故障检测与保护控制系统状态下进行的系统。

3新能源并网发电系统的发展趋势

3.1太阳能光伏发电

太阳能发电的最大优势就在于方便廉价，受环境影响不大，只要有太阳的地方就可以，而且可以分散到每家每户进行单独供电。当大规模或并网供电时，太阳能发电既无污染、也无噪音，也是很好的发电选择。

3.2地热发电

地热发电易受环境影响，使用对象很狭隘，不适合大面积供电，但是对于有些地热资源好的地方来说，这无疑是一种福音，地热发电的开发有利于推动部分地区的经济文化发展，也是如今不可忽略的新能源发电方式之一。

3.3海洋能发电

利用海洋能发电主要是在海上，对人们的生产生活影响不大，而且我国海域资源辽阔，海岸线长，所以海洋能发电也是一种主要发电形式。

3.4生物质能发电

我国是农业大国，每年都会有大量的农副产品遗留，而且随着社会的发展，人民生活水平的提高，所产生的生活垃圾也是日渐增多。这些东西都可以作为发电的生物质能资源，既保护了环境又可以解决电力需求，所以生物质能资源也有较大的发展空间。

3.5风能发电

风能是一种可再生清洁能源，无污染、能量较大、发展前景良好。风能得到了各国的认同与重视。而且风力发电在众多的可再生能源中属于成本较低的类型，即可并网运行，也可独立运行，又能与其他技术互补组成混合型发电系统。近年来，风力发电技术日趋完善，并网型风力发电机单机额定功率最大已经达到5MW，叶轮直径已达到126m。我国已成为亚洲风电产业发展的助推者之一，总装机容量位居世界第八。今后，不论国内还是国外，风力发电技术与产业发展速度都会大大提升。

4结语

尽管新能源和可再生能源发电技术已取得一定成绩，但是由于各种因素的限制，都极大妨碍了可再生能源的并網利用和进一步发展。今后应该将新能源和可再生能源发电作为一种重要的分布式电源，以减少发电业对不可再生能源的依赖，以达到可持续发展这一道路。

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作者简介：

付庆美（1985.9-），男，河北阳原人，华北电力大学电气工程学院硕士，单位：国网大同供电公司灵丘县供电分公司，研究方向：电气工程领域。

（作者单位：国网大同供电公司灵丘县供电分公司）