电力电子与新能源发电技术

技 术 学报， ０ ，， ２ ４２Ｉ ０ ［ 李俊峰， ３ ］ 高虎 ， 颖． 王仲 中国风 电发 展报 告 【 ． 京： 国环 境科 学 Ｍ】 北 中
计 算机 光盘 软件 与应 用
２１ ０ ０年第 ｌ 期 ４
Ｃ ｍ ｕ ｅ Ｄ Ｓ ｆｗ ｒ ｎ ｐ ｌｃ ｔ ｏ ｓ ｏ ｐ ｔ ｒＣ ｏ ｔ ａ ｅａ ｄＡ ｐ ａ ｎ ｉ ｉ 工 程技 术
电力电子与新能源发电技术
杨 林
（ 西北民族 大学电气工程 学院，兰州 ７ ０３ ） ３０ ０
Ａｂ ｔａｃ ： ｓ ｐ ｐ ｒ ｄ ｓ ｕ ｓ ｓ ｓ ｖ ｒ ｌ ｎｅ ｓ ｒ ｔＴｈｉ ａ ｅ ｉｃ ｓ ｅ ｅ ｅ ａ ｗ ｆ ｒ ｏ ｅ ｅ ｇ ｇ ｎ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｉｔｇ ａｅ ｏ ｍｓ ｆ ｎ ｒｙ ｅ ｅ ａｉ ｎ ｎ ｅ ｒ ｔｄ ｐ ｏ ｏｗｅ ｓ ｐ ｙ ｓ ｓｅ ｒ ｕ ｐｌ ｙ ｔｍ ｔａ ｆｒ ａｉｎ，ｏ ｔｏｌ ｔｌ ｇ ｎ ｅｍ ａ ａ ｅ ｎ ｎ ａ ｅｙ ｉｓ ｅ ， ｄ ｈ ｐｅｉ ｈｅｆ ｕ ｅ ｄ ｖ ｌｐｍｅ ｔｏ ｅ ｅ ｅ ｇ ｏ ｒｗ ｅ ｌ ｒ ｎｓｏ ｍ ｔ ｏ ｃ ｎ ｒ ， ｅｌ ｅ ｃ ｎ ｇ ｍｅ ｔａ ｄ ｓ ｆｔ ｓ ｕ ｓａ ｏ ｔ ｕｔｒ ｅ ｅｏ ｎ ｉ ｉ ｎ ｎ ｎ ｆｎ ｗ ｎ ｒ ｙ ｐ ｗｅ Ｃａ ｌ ｏ ｅ ｃ ｍ ｅｄｉｆｃ ｌｉｓａ ｄ ａ ｈ ｅ ｅｅｅ ｔｏ ｃｐ ｖ ｏ ｆｉｕｔｅ ｎ ｃ ｉ ｖ ｌｃ ｎｉ ｏｗｅ ｗ ｅ ｅｏ ｒ ｒ ｒｏｆ ｎｅ ｄ ｖ ｌｐｍｅ ｔ ｎ． Ｋｅ ｗｏｒ ｓＰｏ ｅ ｌｃｒ ｎｉｓＥｎｅｇ ｎ ｇ ｍ ｅ ｙ ｔｍ ； ｗｅ ｕ ｌｔ ｏ ｒｏ ｙ ｄ ： ｗ ｒｅｅ ｔｏ ｃ ； ｒ ｙ ｍａ ａ ｅ ｎｔｓ ｓｅ Ｐｏ ｒｑ ａｉｙｃ ｎｔ ｌ
一
三 、电能质 量 控制
太阳 能供 电系统 结构 （ ）风 力发 电 二
如今 ，风 力 的主要 运用 方式 就 是风力 发 电，它 的 发展速 度最 快 ，也最 受全 世界 关注 。风力 发 电主要 有 ３ 运 转方 式 ： 种 １独 立运 行方 式 ，利用 一 台小 型的风 力发 电机 向需要 的用户 ． 提供 电能 ， 还可 以通 过蓄 电池 充 电， 防无 风时 影响 发 电效果 ： 它 预 ２风 力发 电与 其他 发 电方式 相 结合 的联合 供 电方 式，主 要 向 ． 交通 不便 或偏远 山区供 电 ，以及地 广人 稀 的草原 牧场 提供 电力 ； ３ 并网型 风力 发 电运行 方式 ，将 风 力发 电网安 装在 条件较 好 ． 的地 区 ，常常 是一 处风 场安 装几 十 台甚至 几 百台风 力 发 电机 ，这 也是 风力 发 电的主 要发 展方 向。风力 发 电机组 在不 同风速 的条件 下运 行 ，其发 电机 输 出的 电压 的幅值 和频 率是 变化 的 ，所 以，通 常要 配置 电力 电子 功率 变换 器 ，通过 这种 装置 控制 电流 ，保 证输 出 的电压 是平 衡稳 定的 。 （ ）燃 料 电池 发 电系 统 三 燃料 电池 （ｕ ｌ ｅ １ Ｆ ｅ ｌ ）是将反 应物 如氢气 等 的化 学能直接 转 Ｃ 化为 电能 的 电化学 装置 。它 通过 燃料 （ 常是 氢气 ）和氧 气 结合 通 所 发 生 的光 电反应 来发 电。燃料 电池 发展 了这 么久 ，根据 电介 质 的不 同 ，主 要分 为 ５ 燃料 电池 ：碱性 燃料 电池 （ ｌａ ｉｅ ｕ ｌ 种 Ａ ｋ ｌｎ ｅ Ｆ
Ｙａｎ ｉ ｇ Ｌｎ
（ ｓｉｔ ｆ ｌ ｔｃ ｌ ｎ ｉ ｅｉｇＮ ｒ ｗｅｔ ｎｖ ｒｉ ｒ ａｉｎ ｌｅ ，ａ ｚ ｏ ７ ０ ３ ， ｈｎ ） Ｉ ｔｕｅｏ ｅ ｒ ａ Ｅ ｇｎ ｒ ，ｏｔ ｓ Ｕ ｉ ｓ ｙ ｏ ｔ ａｉ ｓ ｎ ｈ ｕ ３ ０ ０Ｃ ｉａ ｎ ｔ Ｅ ｃｉ ｅ ｎ ｈ ｅ ｔｆ Ｎ ｏ ｔ Ｌ ｉ
（ ） 电源 谐 波检 测和 分析技 术 一 谐波 的测 量和 分析 都是 以思 想谐 波 治理 为前提 条件 的 ，精 准 的谐 波测 量和 分析 可 以为谐 波 的治理 提供 准确 的依 据 。 自提 出快 速 傅里 叶变 换算 法 （Ｆ ）以来 ，基 于傅 里叶变 换 的谐波 测量得 到 ＦＴ 了普遍 应 用 。然而 基于 傅里 叶变 换 的谐波 测量 要求 整周 期 同步采 样 ， 不然就 会严 重 影响 其效 果 。因此 ， 怎样减 少 因同步 偏差而 引 起 的测 量误 差成 为 电子 电力技 术人 员迫 切要 解 决的难题 。 （ ） 电能质 量控制 和 管理 二 首先 ， 电能质 量 的控制 和管 理主 要包 含功 率 因数校 正和滤 波 器 设计 ，由于传 统 的无 源滤 波器 体积 和重 点都 很大 ，还 需要对 不 同的频 率进 行 设计 ，而 功率 因数 较技 术正 是提 高功 率 因数 和 降低 谐 波污 染 的重要 途 径 。如今 ， 电能质 量控制 和 管理 的研 究重 点在 与 Ｐ Ｃ控制 技术 上 ， 比如 ：单 开关 、多 开关 以及软 开关 三相 Ｐ Ｃ Ｆ Ｆ 电路 的研制 ，软 开 关技术 与 Ｐ Ｃ技 术的 融合 已经成 为未 来的发 展 Ｆ 趋 势 ，虽然 目前 的 Ｐ Ｃ产 品受 到功 率的 限制 ，但应 用于 分布式 新 Ｆ 能源发 电系 统却 是 重要机 遇 。 四 、总 结 综 上所 述 ，随 着科 技的 发展 ，新 能源 的开 拓和 使用技 术越 来 越 成 熟 ，但 是 ，要 真正 做好 新能源 发 电技术 ，还需 要从解 决先 存 的各种 问题 ， 因此 ， 电子 电力技术 人 员应在 在 电气 、 电子 、控 制 和 信息 等工 程技 术领 域加 强合 作研 究 ， 通过 系统 集成 和技 术融合 ， 实现各 种技 术 的突破 ，我相信 ，我们 一定 可 以克服 各种 困难 ，迎 来 新能 源造福 人类 的灿烂 明天 。 参 考文 献 ： 【 Ｒ ｃｔ 可 再 生能 源技 术 【 】 １ ｅｈｅ Ｈ． ］ ｎ Ａ． 中美 清洁 能 源技 术论 坛论 文 集
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希望在未来的新能 莓 毒：文章主要探讨了几种新型能源的发电 形式，以及集成供电系 统的电源变换、智能管理及安全控制等问题，并
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源电 力发 展 中，我 们 能克服 困难 ，实现 电子 电力技 术 的新发 展 。 文 献标 识码 ：Ａ
关冀 词 ：电力 电子 ；能量 管理 系统 ； 电能质 量控 制
一
、
燃料 电池 所输 出的 电压 会 随着 电压 的变 化， 发生较 大范 围 的 变化 。燃 料 电池 的输 出 电压 在 负载发 生突 变 时还要 经过 一段 时 间 才能 停止 反应 ， 于质 子 交换模 燃料 电池 响应延 迟达 ２ 。因此 ， 对 秒 燃料 电池 一般 与负 荷动 态 的具体要 求无 法很 好 的匹配 。 二 、电 力储 能 技术 可再 生能 源发 电装 置所 产生 的 电能 主要还 存在 无法 预测 的周 期性 变化 ，例 如风 能 、光伏 发 电等 ，如果 将 其 电能直接 输入 普通 电网，将 会对 电流 带来 不 良影 响 ，而 电力储 备装 置就可 以平 衡 能 源发 电输 入与 电网之 间 的矛 盾 。 电力 储 能技 术有蓄 水蓄 能 、压缩 空气 储 能、飞 轮储 能 、 电池 储能 等它 们都 各 具特 点 ，各 有优 势 ， 但它们 的正常运 行 主要 是依靠 电子 电力 技术 。 蓄水 储能 与压 缩 空气储 能主 要 是对 电力 高峰 期进行 调节 ，但 是对 地理 条件 的要 求较 高 。 电池 储 能的精 密 性高 ，需要 在技 术成 熟的 条件 下进 行 ，理论 上可 以用 于 电力调 峰 ，单 电池使 用寿 命有 效 ， 成为 蓄 电技术 的难 点 。飞轮储 能 的储 能量有 限 ，运行 复杂 ， 这 般用 于 电能质 量 调节 。
，
我们 已进 入 ２ 世 纪，这是 一个 全新 的时 代 ， １ 经济 的高 速发 展 给人 们 的生活 带来 了很 多 的便 利 ， 但随 之而 来的却 是能 源 的耗竭 ， 原本 丰 富的能 源如 今 已变得 匮乏 ， 并危 及到 人们未 来 的生产 生活 。 与此 同时 ，毫 无顾 忌 的能源 利用 还造 成 了大 气 的严 重 污染 ，从 而 又 引发 能源危 及 ，这样 的恶 性循 环会 直接 危 及到 人类 的发 展 ，甚 至威 胁人 类 的健康 和繁 衍 。因此 ，开拓新 能源 ，减 少 能量 源浪 费 成 为当今 世界 最为 关注 的话题 。 新 能源的 发 电方式 （ ）太 阳能 发 电 一 太 阳能发 电开始 于上世 纪 ５ ０年 代 ，当时 ，第一 块实用 的硅太 阳 电池研制成 功 ， 今，太 阳能发 电技术 已经 经历 了半个世 纪的发 如 展 ，其技 术也在 日 成熟 。 目 ，占主流 的太 阳 电池 仍然是硅 太阳 益 前 电池 ，主要分 为单 晶硅太 阳电池 、多晶硅太 阳 电池和 非晶硅太 阳 电 池 。典型 的太 阳能供 电系统 结构如 图 １ 所示 ，太阳 电池阵列进 行光 电转 换，把太 阳 能变 为 电能，再 由功 率变换器 将太 阳电池 输入 到直 流 电中，最后 转换成 用户所 要使用 的电源模 式。根据用 户 的需求 ， 功率 变换器可 以选择 直流斩 波器进行 Ｄ ／ Ｃ 换 ， ＣＤ 变 或采用 逆变 器进 行 Ｄ ／ｃ ＣＡ 变换 。而功 率变换装 置还应包 括蓄 电池系统 ，主要是 为 了 平衡 电流 。 如果太 阳光 充足 ， 以利用太 阳 能， 可 并利用 蓄 电池 充电； 如果 在夜 晚或 者阳光 不充足 时，就可 以使用 蓄电池供 电。
中 固分类 号 ：Ｔ ５ Ｕ８２
文 章蝙 号 ：１０ — ５９（ ００）１— １７ Ｏ ０ ７ ９９ ２ １ ４ ００ 一 １
Ｐｏ ｒＥｌｃｒ ｎｉｓａ ｗ ｗｅ ｅ ｔ ｏ ｃ ｎｄ Ｎｅ Ｅｎｅ ｇ ｗｅ ｅ ｒ ｔｏ Ｔｅ ｈｎｏ ｏ ｙ ｒ ｙ Ｐｏ ｒＧ ｎｅ ａ ｉｎ ｃ ｌｇ
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【］ ２ 汤天浩 ． 能源与 变换 ： 新 系统 集成 、技 术融合 及应 用展 望【】 Ｊ． 电源
Ｃ ｌ ，Ｆ ）质子交换膜燃料电池（ｒ ｔ ｎ ｘｈ ｎ ｅｅｂ ａ ｅ ｕ ｌ ｅ １Ａ Ｃ ； Ｐ ｏ ｏ ｃａ ｇＭ ｍ ｒｎ ｅ Ｅ Ｆ
Ｅ ｌ， Ｅ Ｃ ； ｅ １ Ｐ 肝 ） 磷酸 燃料 电池 （ ｈ ｓ ｈ ｒ Ｃ ｃ ｄ ｕ ｌ ｅ １ Ｐ Ｆ ） Ｐ ｏ ｐ ｏ ｉ ｉ ｅ ｌ ， Ａ Ｃ ： Ａ Ｆ Ｃ 熔 盐燃 料 电池 （ ｏ ｔ ｎ Ｃ ｒ ｂ ｎ ｔ ｕ ｌ Ｃ ｌ ，Ｍ Ｆ ） 固体 氧 Ｍ ｌｅ ａ—ｏ ａｅ Ｆｅ ｅ １ ＣＣ ； 化物燃 料 电池 （ ｏ ｉ ｘ ｄ ｕ ｌ Ｃ ｌ ，Ｓ Ｆ ） Ｓ ｌｄＯ ｉｅＦｅ ｅ１ ＯＣ 。 实际上 ， 料 电池 也有其 优 点，例 如 ：发 电效 率高 ：发热 少 ； 燃 噪音低 ，污染 小 ；功率 密度 高 。 目前 ，燃 料 电池 发 电主要 集 中在 以下几 个 方面 ：燃 料 电池特 性研 究 ；燃料 电池 发 电系统 结构和 高 效功率 变 换的研 究 ；能 量管 理技 术 ；孤 岛检测和 保护 技术 ，并 网 电流控 制 ；并 网运行 与独 立运 行之 间 的无 缝切 换控 制技 术 。