分布式發電中的電力電子技術

0 引言

集中發電、遠距離輸電和大電網互聯的電力系統存在的一些弊端，使得電力系統顯得既“笨拙”又“脆弱”。目前，大電網與分布式電網的結合，被世界許多能源和電力專家公認是節省投資，降低能耗、提高電力系統穩定性和靈活性的主要方式，是21世紀電力工業的發展方向。此外，現在世界各國都在提倡“綠色環保”，而我國電力系統的發電對環境造成了很大的破壞，采用分布式發電，充分利用各地豐富的“清潔能源”，這對于我國可持續發展的戰略具有重大意義。

近年來國外，特別是以美國和日本為代表，對新型分布式發電技術的研究已取得了突破性的進展，而且有望在電能生產中占有越來越大的比重。我國對分布式發電的研究較晚，現在還沒有形成很成熟的技術，但是，分布式發電是未來電力市場的發展趨勢，因此，要加緊開展對分布式發電的研究和探索，其中的一個重要方面就是要將電力電子技術應用到分布式發電中。

1 電力電子技術在電能傳遞中的應用

分布式發電除了采用傳統能源，例如水力、煤炭、石油和原子能外，還廣泛采用了新型替代能源。目前公認的幾種常用而且成本較低的系統是風能發電系統、光電池、微型氣輪機、燃料電池。在這些新型分布式發電系統中，電力電子設備在能量的變換中起到了極其重要的作用。

1.1 微型汽輪機發電系統

由于汽輪機運行的速度很高，可以達到80kr/min，而且交流發電機具有很高的頻率，不能直接連接到交流電網上，這中間需要一個直流環節。圖1簡明扼要地描述了電力電子設備在微型汽輪發電機系統能量變換中的應用。交流發電機發出的電能經過整流后被送到直流電容上，然后經過有源DC/AC逆變后將電能送入電網。

圖1 微型汽輪機系統

1.2 風能發電系統

風輪機既可以恒定速度運行也可以變速度運行，所以，它既可以與同步電機相連也可以與異步電機相連。由于操作簡單和經濟性，與異步機相連的方式被廣泛使用。圖2描繪的是一個異步發電機系統，首先經過整流，然后經過有源逆變與交流電網相連。

圖2 風能發電系統

1.3 光電系統

光電系統進行能量變換的通用方法是，通過有源DC/AC逆變器，將存儲在光電池中的直流能量變換為與電網同步的交流電壓。圖3清楚簡要地描繪了這一流程。這里的三相逆變器采用IGBT類型的功率管。

圖3 光電系統

1.4 燃料電池系統

燃料電池產生的直流電壓經過有源DC/AC逆變器變為交流電壓，其變換過程和光電系統相似，圖4描繪了這一變換流程。

圖4 燃料電池系統