新能源并網發電系統的關鍵技術和發展趨勢

【摘 ?要】我國相關能源發展規劃中，明確規定水電、風電及太陽能等新能源和可再生能源為能源重點發展領域。目前僅依靠傳統的電力能源生產模式，越來越難滿足現代社會發展提出的能源供應需求，必須加強新能源的利用，以緩解電力能源供應壓力，提高電力能源供應的經濟效益、社會效益。本文即圍繞新能源并網發電，就其關鍵技術和未來發展趨勢，進行了分析和探討。

【關鍵詞】新能源;并網發電系統;關鍵技術;發展趨勢

1新能源并網發電技術的概述

1.1分布式新能源發電技術

（1）太陽能光伏發電。太陽能光伏發電技術是通過對半導體材料的光電效應的利用，將太陽能直接轉化為電能。光伏發電系統可以是獨立的，也可以是并網的。在實際運用過程中，太陽能發電系統通常是采用2級電力變換器來工作，第1級起到的作用是變換太陽能輸出的電壓與控制對光伏電池陣列最大功率的跟蹤;第2級是使用逆變器來保持直流側電壓的恒定，并對輸入電網的無功功率進行控制。

（2）風力發電。風力發電技術是將風能轉化為電能的發電技術。風力發電機組并網運行時，要求發電機的輸出頻率與電網頻率一致。風力發電技術可分為恒速恒頻和變速恒頻兩大類。恒速恒頻采用失速調節或主動失速調節的風力發電機，以恒速運行時，主要采用異步感應發電機;變速恒頻采用電力電子變頻器將發電機發出的頻率變化的電能轉化成頻率恒定的電能。

（3）燃料電池。燃料電池是一種直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效地轉化為電能的發電裝置。它還具有燃料多樣化、噪聲小、環境污染低、排氣干凈、可靠性高及維修性好等優點。燃料電池被認為是21世紀全新的高效、節能、環保的發電方式之一。

1.2微電網的概念和基本結構

微電網是一種新的供電絡結構，該系統的結構可分為微電源、負荷控制裝置和儲能裝置三個部分。與其他系統相比，微電網是一個更加全面的自治系統，可以實現自主管理和自主控制。微電網的提出實際上是為了和傳統電網更好的區分，微電網是由許多分布的微電源和相關設施按照一定的拓撲結構構成的系統。該系統還可以和配網相連接，但是必須要經過靜態開關的連接作用。

2新能源并網發電系統的關鍵技術研究

2.1新能源發電技術主要方式

新能源發電技術主要方式是分布式。分布式新能源發電技術主要突出了分布式和新能源兩個特點。首先發電規模小，其次是和電力用戶距離不遠，然后是可單獨給電力用戶供電的形式就是分布式。傳統能源以外的各種環保的、清潔的、可再生的能源都是新能源。新能源主要靠發電技術與儲能技術兩者結合的方式給電力用戶提供電能。

2.2電力電子技術的關鍵部件

（1）并網逆變器。光伏電池、風機、燃料電池以及儲能元件等都需要通過電力電子變換器才能與微網系統網絡相連接。這些變換器可能既包括整流器也包括逆變器，也可能僅是一個逆變器。變換器具有響應速度快、慣性小、過流能力弱等特性。同時，適用于微網中的逆變器除了需要具備常規逆變器的功能以及能夠并聯運行外，還需要根據微網系統的特殊需求具備一些控制功能，如有功-頻率下垂控制功能和電壓-無功下垂控制功能。因此，逆變器的拓撲結構和運行控制成為微網中的關鍵技術。

（2）靜態開關。靜態開關類似于一種保護措施，當系統出現一些意外情況時，例如，主網發生故障，電能質量不能達到系統要求時，靜態開關都可以識別出來并將微網轉換到孤島運行狀態，以防系統被破壞;如果故障消除，靜態開關可以自動完成微網和主網的連接，使系統能夠正常工作。

（3）電能質量控制裝置。任一單元的接入都會對電能質量產生影響，如果對其控制不當，會給電壓波形、功率因數、頻率等帶來不好的影響。如風能、太陽能等能源的頻繁啟停操作、功率變化，都會導致該系統中電能質量問題的出現。因此，電能質量綜合監控技術是保證微網安全平穩運行的一種重要技術。

2.3新能源并網發電系統關鍵技術

（1）微網的運行。微網的抗擾動能力不強，而且無法控制自然資源，例如風力的大小、出現的時間以及出現的頻率等，這就導致微網的安全性不穩，需對其加強控制。

（2）微網的故障檢測與保護。隨著科技技術的進步，現在的微網系統中不僅存在單向潮流，也會包含雙向潮流，傳統的保護措施可能已經不能有效的進行保護，例如，傳統的繼電保護設備可能不僅起不到保護作用，甚至會對設備造成損害，因此需要研發可以在不同于常規保護模式下運行的故障檢測與保護控制系統狀態下進行的系統。

3新能源并網發電系統的發展趨勢

3.1太陽能光伏發電

太陽能發電的最大優勢就在于方便廉價，受環境影響不大，只要有太陽的地方就可以，而且可以分散到每家每戶進行單獨供電。當大規模或并網供電時，太陽能發電既無污染、也無噪音，也是很好的發電選擇。

3.2地熱發電

地熱發電易受環境影響，使用對象很狹隘，不適合大面積供電，但是對于有些地熱資源好的地方來說，這無疑是一種福音，地熱發電的開發有利于推動部分地區的經濟文化發展，也是如今不可忽略的新能源發電方式之一。

3.3海洋能發電

利用海洋能發電主要是在海上，對人們的生產生活影響不大，而且我國海域資源遼闊，海岸線長，所以海洋能發電也是一種主要發電形式。

3.4生物質能發電

我國是農業大國，每年都會有大量的農副產品遺留，而且隨著社會的發展，人民生活水平的提高，所產生的生活垃圾也是日漸增多。這些東西都可以作為發電的生物質能資源，既保護了環境又可以解決電力需求，所以生物質能資源也有較大的發展空間。

3.5風能發電

風能是一種可再生清潔能源，無污染、能量較大、發展前景良好。風能得到了各國的認同與重視。而且風力發電在眾多的可再生能源中屬于成本較低的類型，即可并網運行，也可獨立運行，又能與其他技術互補組成混合型發電系統。近年來，風力發電技術日趨完善，并網型風力發電機單機額定功率最大已經達到5MW，葉輪直徑已達到126m。我國已成為亞洲風電產業發展的助推者之一，總裝機容量位居世界第八。今后，不論國內還是國外，風力發電技術與產業發展速度都會大大提升。

4結語

盡管新能源和可再生能源發電技術已取得一定成績，但是由于各種因素的限制，都極大妨礙了可再生能源的并網利用和進一步發展。今后應該將新能源和可再生能源發電作為一種重要的分布式電源，以減少發電業對不可再生能源的依賴，以達到可持續發展這一道路。

參考文獻：

[1]李舟.新能源并網發電系統的關鍵技術和發展趨勢[J].科技視界，2017，（2）.

[2]丁益民，程琳，丁柱元.光伏建筑一體化并網發電系統在某電廠的應用[J].華電技術，2014，（10）.

[3]李軍徽，楊螈螈，馮爽，等.風儲聯合并網發電系統建模與運行控制[J].電機與控制學報，2017，（5）.

[4]李譚龍.新能源并網發電系統的關鍵技術和發展趨勢[J].通信電源技術，2016，（5）.

[5]劉洋，劉孟歆.太陽能并網發電系統[J].農村電氣化，2017，（11）.

[6]李舟.新能源并網發電系統的關鍵技術和發展趨勢[J].科技視界，2017，（2）.

作者簡介：

付慶美（1985.9-），男，河北陽原人，華北電力大學電氣工程學院碩士，單位：國網大同供電公司靈丘縣供電分公司，研究方向：電氣工程領域。

（作者單位：國網大同供電公司靈丘縣供電分公司）