王中晶

（青島科技大學(xué)，山東青島，266061）

0 引言

隨著新能源的不斷開發(fā)，新能源發(fā)電已經(jīng)成為了可持續(xù)發(fā)展的重要手段，雖然新能源發(fā)電具有環(huán)保節(jié)約等優(yōu)勢，但其仍然存在諸多問題，電力電子技術(shù)可以幫助新能源發(fā)電解決大部分運行的難題。

1 電力電子技術(shù)以及新能源發(fā)電的內(nèi)容概述

■1.1 電子電力技術(shù)

電力電子技術(shù)同時被稱作功率電子技術(shù)，該技術(shù)大多被應(yīng)用在發(fā)電領(lǐng)域，工作人員借助電力電子設(shè)備，對電子技術(shù)進(jìn)行有效控制與變換。在電力電子技術(shù)的應(yīng)用過程中涉及了許多內(nèi)容，主要包括電力電子設(shè)備、系統(tǒng)控制和電力電子器件等等。電力電子技術(shù)可以幫助工作人員將不同的新能源轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的電能，對傳統(tǒng)應(yīng)用的電子信息技術(shù)進(jìn)行改善，從而對相關(guān)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。電力電子相關(guān)技術(shù)極大地促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，該技術(shù)的自身優(yōu)勢十分突出，能夠有效地節(jié)省材料，還可以充分節(jié)約能源，提高電力工作效率。電力電子技術(shù)包含的基礎(chǔ)功能有智能控制、整流、斬波以及開關(guān)等。該技術(shù)運用的主要原理為利用電網(wǎng)工頻的電能，有效轉(zhuǎn)變電能的相關(guān)用途與性質(zhì)，從而幫助其適用于不同的電力裝置。電力電子技術(shù)的主要特點有五個，第一個是集成度更高，第二個是全控化，第三個是高效化，第四個是高頻化，第五個是變流裝置的小型化。

■1.2 新能源發(fā)電

由于全球經(jīng)濟(jì)化步伐的加快，各種傳統(tǒng)能源供不應(yīng)求，其儲量越來越少，同時，由于部分燃料的燃燒會產(chǎn)生對大氣有害的溫室氣體，嚴(yán)重破壞了地球的生態(tài)環(huán)境，越來越多的國家把目光放在了新能源的開發(fā)與利用之上。傳統(tǒng)的化石能源采用的是集中發(fā)電的模式，而新能源則是采用的電網(wǎng)形式，更適合用于分布式發(fā)電。新能源發(fā)電擁有較多優(yōu)勢。首先，其有助于替換傳統(tǒng)能源，緩解傳統(tǒng)不可再生能源對生態(tài)環(huán)境的壓力，減少對大氣的污染。幫助社會可持續(xù)發(fā)展。其次，新能源發(fā)電的電量不多，比較適合用于在孤島上運行，可以有效解決孤島上的供電問題，避免資源的浪費。即便該部分電網(wǎng)發(fā)生了故障，也不會對整體的電網(wǎng)造成影響。最后，電網(wǎng)的運行和維護(hù)的角度來看，新能源發(fā)電廠的建立不受地域的限制，風(fēng)力發(fā)電的電廠可以建立在海上或者寬闊的偏僻處，太陽能發(fā)電的電廠只需要保證有充足的日照，生物質(zhì)電廠最好建立在大片農(nóng)田的附近，保證回收利用秸稈的方便性，都對電網(wǎng)的運行與維護(hù)有一定的便利。

2 電力電子技術(shù)在新能源發(fā)電中應(yīng)用的意義

■2.1 降低能源損耗

合理地應(yīng)用電力電子技術(shù)可以有效提高電能轉(zhuǎn)化的工作效率，同時該技術(shù)可以將大多數(shù)新能源例如風(fēng)能、水能、太陽能等等轉(zhuǎn)化為電能，不僅能夠大量降低能源的損耗，還可以避免對環(huán)境的污染與破壞。除此之外，電力電子技術(shù)的應(yīng)用還可以幫助工作人員降低電網(wǎng)所含的諧波，大大降低電網(wǎng)運行時線路上的能量損耗。基于電力電子技術(shù)在新能源發(fā)電各個方面的優(yōu)勢看來，該技術(shù)的發(fā)展空間較大，為了將新能源的轉(zhuǎn)化效率進(jìn)一步提高，對其轉(zhuǎn)化的質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化并提升其穩(wěn)定性，降低能源在轉(zhuǎn)化以及電流運輸過程中所產(chǎn)生的損耗，仍然需要在電力電子技術(shù)方面投入必要的人力和物力，加強(qiáng)對該技術(shù)的研究，促進(jìn)其快速發(fā)展。由于不同情況下出現(xiàn)的問題不同，研究人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合該技術(shù)在新能源發(fā)電中的具體情況進(jìn)行探究與實踐[1]。

■2.2 提高其穩(wěn)定性

風(fēng)能是新能源領(lǐng)域中的重要組成能源，而和諸多新能源一樣，其發(fā)電的穩(wěn)定性不強(qiáng)，為了增強(qiáng)能源的轉(zhuǎn)化率，需要提高風(fēng)電機(jī)組中靜態(tài)電壓的穩(wěn)定性。如今許多電力企業(yè)已經(jīng)充分認(rèn)識到感應(yīng)風(fēng)機(jī)的瞬態(tài)電壓在電網(wǎng)運行中具有非常重要作用，但仍然需要進(jìn)一步完善該機(jī)制的應(yīng)用。而科學(xué)合理地應(yīng)用電力電子技術(shù)能夠幫助相關(guān)部門有效提高新能源應(yīng)用的穩(wěn)定性。目前相關(guān)研究人員對光伏發(fā)電的系統(tǒng)在研究工作上已經(jīng)取得了相應(yīng)的成果，但仍有需要改進(jìn)的地方，要求相關(guān)人員對出現(xiàn)的問題進(jìn)行更加深入的分析與探究，再采取切實可行的措施對其進(jìn)行針對性的改進(jìn)。除此之外，相關(guān)工作人員必須積極總結(jié)歸納電力電子技術(shù)在新能源發(fā)電中應(yīng)用的共性問題，方便該技術(shù)提高新能源發(fā)電的穩(wěn)定性。

3 電力電子技術(shù)在新能源發(fā)電中的具體應(yīng)用

■3.1 靜止無功補(bǔ)償

由于風(fēng)力發(fā)電以及光伏發(fā)電等新能源的發(fā)電形式非常容易被天氣變化影響，而電能卻是平衡的，因此利用新能源進(jìn)行發(fā)電會出現(xiàn)輸出的電能穩(wěn)定性較差的情況。為了有效提高新能源發(fā)電的工作效率，許多發(fā)電站會將其輸出功率的模式調(diào)整為有功功率的模式，能夠切實保障有功功率能夠穩(wěn)定地進(jìn)行輸出。但是往往會帶來電壓降低的問題，由于系統(tǒng)中存在對無功功率有較大需求的負(fù)荷，而傳統(tǒng)的普通并聯(lián)電容器沒有辦法對無功功率的具體大小進(jìn)行自主調(diào)節(jié)，系統(tǒng)電壓不斷降低，并聯(lián)電容器所輸出的無功功率也隨之降低，互相循環(huán)最終系統(tǒng)的電壓過低導(dǎo)致了電網(wǎng)系統(tǒng)的崩潰。而靜止無功補(bǔ)償器可以對無功功率進(jìn)行靈活的調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)方式為控制相應(yīng)的晶閘管導(dǎo)通或進(jìn)行管斷，從而便于投切電抗器以及電容器。

靜止無功補(bǔ)償器是電力電子技術(shù)在新能源發(fā)電網(wǎng)中的典型具體應(yīng)用，其最大的優(yōu)勢是具備高度的靈活性，工作人員可以利用合適的電力電子技術(shù)讓靜止無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備靈活地調(diào)節(jié)電壓與無功功率，一般該設(shè)備主要用于交流輸電的裝置之中，其目的是進(jìn)一步穩(wěn)定新能源電力系統(tǒng)的運行，提高新能源的輸電能力。除此之外，由靜止無功補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)設(shè)備調(diào)節(jié)出的無功功率能夠有效減小新能源電力系統(tǒng)中低頻振蕩帶來的阻力，對新能源電力系統(tǒng)靜態(tài)下的穩(wěn)定性的提高起到了巨大的作用。靜止無功補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)裝置一般分為兩大類，一類為電磁型,另一類為晶閘管控制型[2]。其中電磁型的靜止無功補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)裝置是根據(jù)系統(tǒng)不同的電壓變化，利用自身的飽和性來進(jìn)行系統(tǒng)之中無功功率的交換，大多數(shù)分為兩種器型，一種是可控飽和的并聯(lián)電抗器型，另一種是自飽和的并聯(lián)電抗器型。電磁型的靜止無功補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)裝置在正常情況下，是在電抗器特性飽和段進(jìn)行工作的，其電力輸出通常含有諧波。晶閘管控制型可以分為開關(guān)控制型以及相位控制型兩種。開關(guān)控制型的靜止無功補(bǔ)償裝置通常是TSC(晶閘管投切并聯(lián)電容器型)對相位角控制閥的導(dǎo)通時間進(jìn)行了觸發(fā)，起到控制通過該設(shè)備電流的作用。這類裝置主要包括TCR（晶閘管控制并聯(lián)電抗器型）以及TCT（晶閘管控制變壓器型)。

■3.2 可控串聯(lián)補(bǔ)償

可控串聯(lián)補(bǔ)償技術(shù)是利用串聯(lián)方式把無功補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)裝置接入運行線路，從而對新能源電力系統(tǒng)進(jìn)行一定容量的無功補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)，該技術(shù)一般分為兩種類型，一種為固定式，另一種為可控式。固定式中有效容抗值基本是固定的,基本不會發(fā)生改變，其工作只能在不補(bǔ)償與補(bǔ)償這兩個階段進(jìn)行?？煽厥较噍^于固定式增加了些許器件，通過控制此類器件幫助其能夠切換四種不同的工作模式，對電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行起到加強(qiáng)作用。可控式對相應(yīng)的技術(shù)要求較高，其應(yīng)用的成本也較高。因此在實際的電力工程中，電力部門通常將固定式與可控式兩種類型相互結(jié)合，從而降低運行難度，保證新能源電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

■3.3 變速恒頻控制

變速恒頻是如今經(jīng)常運用的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和風(fēng)速的變化有著密不可分的關(guān)系，兩者相輔相成。在風(fēng)速改變的時候，風(fēng)力機(jī)會相應(yīng)地進(jìn)行變速運行，能夠充分提高風(fēng)能的有效利用率。眾所周知，風(fēng)力非常不穩(wěn)定，風(fēng)力能源受氣候的影響時有時無，即便是有風(fēng)的情況，風(fēng)力的大小也會時強(qiáng)時弱，風(fēng)機(jī)扇葉所受到的風(fēng)力大小不同，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速各不相同。如果不對其加以妥善的控制，電力系統(tǒng)則無法轉(zhuǎn)化具有穩(wěn)定頻率的電力能源。因此變速恒頻中變槳距的調(diào)節(jié)系統(tǒng)充分利用電力電子的變換器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的頻率，在其內(nèi)部進(jìn)行雙饋感應(yīng)電機(jī)的配置，同時加載多級的同步電機(jī)，使其不再需要應(yīng)用傳統(tǒng)的變速箱，方便電力系統(tǒng)的運行。

■3.4 APF諧波治理

使用電力電子技術(shù)的設(shè)備已經(jīng)大規(guī)模地滲透到新能源電網(wǎng)之中，電網(wǎng)日漸呈現(xiàn)出電力電子化的趨勢。大量的電力電子設(shè)備的應(yīng)用導(dǎo)致諧波污染逐漸嚴(yán)重，單個電力電子設(shè)備所排放的諧波數(shù)量有限，屬于微諧波源，但整個電網(wǎng)之中大量微諧波源的存在則會導(dǎo)致不可忽視的諧波污染。相較而言，傳統(tǒng)的電網(wǎng)中存在的諧波源數(shù)量較少，出現(xiàn)的地方集中度較高，通常只集中在幾個用戶，電力部門可以直接在用戶端進(jìn)行治理，處理妥善便可以較好地控制全網(wǎng)的諧波水平。此類傳統(tǒng)的治理方式通常被稱為點對點的治理模式。電力人員一般利用有源濾波器來實現(xiàn)用戶端的點對點治理。該模式是對諧波源的諧波電流進(jìn)行檢測，利用APF在線路中注入大小相同且方向相反的諧波電流，來進(jìn)行電流的抵消。而微諧波源的大面積分布給點對點治理帶來了諸多困難，其動態(tài)性較強(qiáng)，不確定性較大[3]。因此需要不斷探索解決諧波污染的新方法。

電力電子技術(shù)的使用會導(dǎo)致不同頻次諧波的產(chǎn)生是眾所周知的情況，而諧波的含量超出既定范圍會給用戶帶來極差的體驗。APF的應(yīng)用能夠完美解決此類問題。例如三相橋式電路之中，APF可以通過外部的電流互感器，對負(fù)載的電流進(jìn)行實時的檢測，再通過內(nèi)部數(shù)字信號處理的精確計算，將其諧波成分提取出來，通過PWM信號將其傳送到內(nèi)部IGBT，控制逆變器會發(fā)出和負(fù)載的諧波大小一致但方向完全相反的電流，并將該電流輸送到電網(wǎng)中對諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償，從而實現(xiàn)濾波的作用。電力電子技術(shù)大力推動了APF的飛速發(fā)展并促進(jìn)其廣泛應(yīng)用，APF在諸多實踐運行之中逐漸將無源濾波器替換下來。

4 結(jié)論

綜上所述，隨著工業(yè)化腳步的不斷加快，我國的能源危機(jī)越來越嚴(yán)重，新能源發(fā)電成為緩解能源短缺的重要手段，電力電子技術(shù)在新能源發(fā)電中具有重大意義，雖然該技術(shù)已經(jīng)在新能源發(fā)電上得到了一定的應(yīng)用，但仍需要提高對其的重視，充分利用該技術(shù)的優(yōu)勢，為新能源發(fā)電的長遠(yuǎn)發(fā)展添磚加瓦。只有加強(qiáng)電力電子技術(shù)在新能源發(fā)電中的廣泛應(yīng)用，才能夠保證我國新能源發(fā)電的穩(wěn)定、安全運行，進(jìn)而達(dá)到緩解能源危機(jī)的目的。