电力电子技术在新能源发电领域中的应用

电力电子技术在新能源发电领域中的应用
摘要：市场经济的快速发展，加快了我国的工业化进程，人们在生产、生活中
的电能需求逐年增加。

如果单纯依赖传统的发电方式与技术，往往难以满足电能
使用需求，还会造成更加大的能源与环境问题。

当前，新能源发电技术在电力系
统中逐步得到了普遍的应用，与传统的发电技术相比，新能源发电更为清洁，能
够大大减少不可再生能源的消耗与环境的污染问题，促进电力行业的可持续发展。

因此，新能源发电技术将逐步成为电力系统中的关键技术。

关键词：电力电子技术；新能源发电；应用
0引言
从目前世界的能源结构来看,以资源有限、污染严重的石化能源为主的传统能
源结构将逐步转变为以资源无限、清洁干净的可再生能源为主的新能源结构。

太
阳能、风能、海洋能、生物质能、地热能、燃料电池等可再生能源作为新兴的绿
色能源,以其永不枯竭、无污染、不受地域资源限制等优点,正得到迅速的推广应用。

电力电子技术作为可再生能源发电技术的关键,直接关系到可再生能源发电技
术的发展，可再生能源发出大小变化的直流电或频率变化的交流电,需要电力电子
变换器将电能进行变换。

1新能源介绍
随着全球经济的快速发展，如石油、天然气、煤炭等应用广泛的常规能源储
备日益减少，且化石燃料燃烧产生的二氧化碳等温室气体严重破坏生态环境。

新
能源的推广越来越受到人们的关注。

新能源是指通过对新技术的应用开发的如风能、太阳能、海洋能、地热能等的可以有效利用的再生能源；还包括甲醇、沼气、氢能等由可再生能源衍生出来的能源。

相对于常规能源，新能源具备污染少、可
再生等优点，各个国家和地区纷纷致力于研究和开发环保型可再生能源。

2电力电子技术
电力电子技术起始于五十年代末六十年代初的硅整电子产品流器件，其发展
先后经历了整流器时代、逆变器时代和变频器时代，大功率硅整流管和晶闸管的
开发与应用，开启了电力电子技术的整流时代，使电解、牵引、传动等工业得到
飞速发展。

交流电机的变频调速技术的迅速发展和GTR和GTO的大规模使用将
电力电子技术带入到了逆变时代，但当时的逆变还只停留在低频范围内。

八十年代，大规模集成电路向着超大规模集成电路迅速迈进，IGBT和MOSFET应运而生，使传统电力电子技术向现代电力电子技术跨越。

现代电力电子技术是一种节能、
智能化、自动化、机电一体化的基础,并广泛应用于电机传动、电机工程、材料科学、微电子技术、航空航天等领域。

在电力系统中，现代电力电子技术的身影无
处不在。

随着传统化石燃料的不断消耗以及人们环境保护意识的不断增强，新能
源发电备受关注。

新能源发电的能量源头一半来自于风力、太阳能、潮汐能、地
热能、生物质能等等。

然而与燃烧传统化石燃料发电相比，这些新能源发电存在
着规模小、不连续的劣势，但是电力电子技术却恰恰能改善这些劣势。

3电力电子技术在新能源发电中的应
可再生能源发电系统相对于传统发电系统，其发出的电能与现有电力系统的
用电设备的要求不匹配，往往需要通过电力变换器对可再生能源发电系统输出的
电能进行转换才能达到并网要求。

可再生能源发电系统主要有两种并网方式：逆
变器并网方式和变频器并网方式。

3.1逆变器控制技术在新能源发电中的应用
并网逆变器通过合理的控制，可以使可再生能源发电系统以功率因数为1进
行并网，并且控制并网电流接近正弦波，从而提高电能质量，因此在新能源发电
系统并网发电中得到广泛应用。

在保证正常的供电的基础上，各国纷纷研究逆变器的电路拓扑结构和并网控
制方法，以满足系统动态响应速度的要求并提高变换效率。

由于自然条件和周边
环境等因素的影响，光伏发电等可在能源发电系统输出功率往往具有随机性和波
动性，需要配合最大功率点跟踪控制，以保证其输出功率平滑，减少对电网运行
的冲击，提高电网运行的安全性和稳定性。

可再生能源发电系统并网时，结合瞬
时无功功率理论，采用电压、电流双闭环控制策略和PWM调制技术，实现有功
和无功的解耦控制，很好的解决了功率跟踪、功率因数提高和谐波抑制等问题，
并且保证了并网逆变器的快速动态响应，为新能源发电提供了良好的并网方案。

随着新能源发电比重的不断提高，新能源在电力供应中占有越来越重要的地位。

当公共电网出现供电中断时，新能源发电系统可以向本地负载继续供电，从
而形成一个自给式的供电孤岛。

“孤岛”现象会严重影响电力系统的安全运行以及
检修人员的安全，如何快速、准确的进行“孤岛”检测和控制是新能源发电技术中
的重要技术。

人们通过检测电压、频率和相位的变换等方法来判断新能源发电系
统是否进入“孤岛”运行，并控制保护装置动作，从而实现新能源发电系统持续供
电从而提高供电可靠性。

在孤岛运行模式下，通常采用下垂控制方式对逆变器进
行控制，以提供电压支撑并合理分配功率。

灵活的逆变器技术大大促进了新能源
发电系统的发展。

3.2变频器控制技术在新能源发电中的应用
在新能源发电技术中，风力发电是技术最成熟，最具规模化发展的发电技术，并且具有清洁环保，建设占地少，施工周期短等优点，因此在世界范围内得到快
速发展。

风力发电既可独立运行，也可并网运行。

风力发电可以采用直接并网和
通过变换器并网两种方式进行并网发电。

直接并网方式的风力发电机主要是并网型异步风力发电机组，其运行方式是
不加控制的直接并网。

由于受风力大小变化的影响，风力发电系统具有间歇性和
波动性，很容易对电网形成冲击，并影响电网的电能质量，严重时会影响电网运
行的安全性和稳定性。

为了限制异步发电机在并网瞬间出现较大的冲击电流，一
般还需配备软并网装置，并在出口处安装无功补偿设备。

采用变速恒频控制的双馈感应发电机，通过变换器并网可以有效解决直接并
网带来的问题。

双馈感应发电机的定子侧绕组与电网相连，转子绕组由具有可调
节频率的三相电源激励。

交流励磁控制通过变频装置向转子提供三相滑差频率的
电流进行励磁，因此通过变频器的功率仅仅是转差功率，其容量较小，投资少，
发电效率高。

通过最大功率点的跟踪控制，可实现风力发电系统的最佳功率输出，从而提高发电效率。

在风速变化的情况下，可实时地调节风力机转速，使之始终
运行在最佳转速上，在提高了机组发电效率的同时，减少了力矩的脉冲幅度，从
而降低了对风机的机械强度要求。

通过合理的控制策略可以实现对风力发电机组
有功功率、无功功率解耦控制，使其具备电压的控制能力。

变速恒频风力发电系
统在并网时，极大的解决了异步发电机并网时较大冲击电流影响电网稳定的问题。

不断创新的控制方法使电力电子装置充分发挥了改善风力发电系统运行性能的作用，提高了风力发电接入电网的稳定性、安全性和经济性。

变频器及其控制技术
的不断发展，有效弥补了风力发电的缺陷，同时大大促进了新能源发电系统的发展。

结束语：全球传统化石能源的紧缺使得新能源发电走上了时代的口风。

然而新能源发电的间歇性、能量密度低等问题需要得到改善。

电力电子技术在新能源发电技术中的应用，有效改善了这些问题，既能使新能源发电持续稳定的输出电能，又可以调节系统无功、治理谐波改善电能质量，为新能源发电提供了良好的发展前景。

参考文献:
[1]朱希华.电力电子技术在大型风力发电机领域的应用[J].电子技术与软件工程,2019(22):219-220.
[2]谭品武.新能源时代电力电子技术在风力发电中的应用探索[J].信息与电脑(理论版),2016(23):113-114.
[3]翟宇翾.电力电子技术的应用分析和总结[J].通讯世界,2016(05):150.
[4]张嵩,谷鸣,李莹.电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用[J].国网技术学院学报,2014,17(05):71-74+88.
[5]徐建中,冯遵安,王恩荣.电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用[J].南京师范大学学报(工程技术版),2007(03):21-25.。