綠色能源的應用——構建小型電力系統

陳鵬 任鵬 王秀

（山東科技大學 電氣與自動化工程學院，山東 青島 266590）

0 引言

隨著傳統化石能源的逐漸枯竭，綠色可再生能源得到迅猛的發展。近十年來，綠色能源的發電技術得到了各國的不斷關注，開展對綠色能源的利用，對于緩解能源和環境問題，改善能源消耗結構，具有重大的理論和現實意義。黨的十八大報告中指出，要大力推進生態文明建設。建設生態文明是關系到人民福祉，關乎民族未來的長遠大計。隨著社會經濟的不斷發展，傳統能源逐漸被用完，很多國家都在尋求一些清潔綠色能源，一是為了獲得可持續利用的能源，另一方面也是為了減少對環境的污染。

太陽能是人類可利用的最重要的、最豐富的可再生資源。它具有儲量巨大，易開采，無毒無害，清潔環保的特點。我國幅員遼闊，有著豐富的太陽能資源和風能資源，在北方農村夏季光照較強，冬季季風強烈，有豐富的太陽光照資源和風能資源，南方夏季雨量充沛，有著豐富的水能資源。根據我國廣大地區具有豐富的未被開發的能源，我們可以建立一個小型電力網絡系統，把這些資源進行開發利用，同時解決局部地區的用電問題。

1 小型電力系統

1.1 小型電力系統介紹

此小型用電系統包括電能生產系統、電能輸送系統、電能利用系統、還有二次監控控制系統。小型電力系統如圖1所示。

圖1 小型電力系統結構圖

電能生產系統包括光伏發電機組、風力發電機組、水輪發電機組、柴油機發電機組、抽水蓄能電廠。

根據是否與電網相連，可分為獨立型光伏發電系統和光伏并網發電系統，本文采用的是光伏并網發電系統。其并網系統可分為：光伏電池序列，DC-DC變流器，DC-AC并網逆變器，交流電網。

其中并網逆變器主要應用于并網發電，其輸入為光伏電源，可把小系統電網看作是一個理想的三相平衡負載，通常，三相光伏并網發電逆變器采用的是電壓型三相橋式逆變器結構。三相橋式逆變器具有電路拓撲簡單、易于控制、功率開關電壓應力低等特點，不足之處是帶不平衡負載的能力較弱。

1.2 風力發電并網

風力發電機組系統如圖2所示，它的并網過程是當風力發電機組接收到由控制系統內微處理機發出的啟動命令后，先檢查發電機的相序與電網的相序是否一致。若相序正確，則發出松閘命令，風力發電機機組開始啟動。當發電機轉速接近同步轉速時，雙向晶閘管的控制角同時由180°到0°逐漸同步打開；同時，雙向晶閘管的導通角則同時由0°到180°逐漸增大，此時并網自動開關K2未動作，動合觸頭未閉合，異步發電機即通過晶閘管平穩地并入電網；隨著發電機轉速繼續升高，電機的滑差率漸趨于零。當滑差率為零時，并網自動開關動作，動合觸頭閉合，雙向晶閘管被短接，異步發電機的輸出電流將不再經雙向晶閘管，而是通過已閉合的自動開關觸頭流入電網。在發電機并網后，應立即在發電機端并入補償電容，將發電機的功率因數（cosφ）提高到0.95以上。

圖2 風力發電機組系統圖

當系統生產的電能過多的時候，可以打開抽水蓄能電廠，進行蓄水，這樣當用電緊張的時候，我們就可利用抽水蓄能電廠進行發電。此外，當用電緊張的時候我們也可以通過進行常規能源（柴油機機組）發電，以彌補清潔能源發電的不足。

電能輸送系統，根據地區規模的不同，本文采用選用10kV輸電回路，環式網絡供電系統，中性點直接接地，這樣能夠提高輸電回路供電的可靠性。

電能利用系統是根據自己產電自己應用的原則。經過變壓器的變化，直接供給用戶用電。有一條6kV的輸電線路直接進入工廠，供給工廠電機用電。

2 二次監控系統

二次監控控制系統包括各種監測儀表設備、繼電保護裝置。對各個產電輸電用電環節進行監控，一有故障或者是事故的時候，能夠第一時間對電路和設備進行保護，使其造成的相應的損害和經濟損失達到最小。二次監控控制系統組成如圖3所示。當系統出現故障或者事故的時候，系統的一些電壓、電流特征量就反映到推理機里來，然后與數據庫中的相關量進行比較，然后做出相應的動作執行。

圖3 二次控制系統圖

3 小結

系統應用的前景及方向。此小型電力網絡系統可以很好的解決我國的部分地區的用電，此系統主要依賴于一些太陽能、風能和水能，清潔環保無污染。是當今能源比較匱乏時代背景下的一種良好的運用新能源的模式。具有很大的意義，不僅可以改善人民的生活，而且還可以極大的提高人民的生活水平，同時也促進了對生態環境的保護。

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