電力電子技術在風力發電中的應用--儲能與輸電技術
時間:2014-06-20 點擊:2499 次

電力電子技術在風力發電中的應用--儲能與輸電技術

 

儲能技術

因風能是不可直接儲存的能源,對于離網型風力發電系統,為了保證供電的穩定可靠,可在多風期間將風能儲存起來,以供其他裝置使用。即使在風能資源豐富的地區,若以風力發電作為獲得電能的主要方式,也必須配有適當的儲能系統。再者,在風力和其他能源聯合供電時,也需要儲能技術的介入。

1.蓄電池

風力發電機在與其它發電裝置互補運行或獨立運行時通常使用蓄電池進行儲能。 在風力-柴油發電系統聯合運行中,采用配備蓄電池短時儲能的措施,可避免由于風力及負荷的變化而造成的柴油機的頻繁起動與停機。此外,蓄電池還可以減少柴油機的輕載運行,使其絕大部分時間運行在比較合適的功率范圍內。同樣的,在風光互補發電中,也使用蓄電池作為主要的儲能方式。鑒于蓄電池成本考慮,在風力發電系統中,多采用鉛酸蓄電池或堿性蓄電池作為儲存電能的裝置。

2.超導儲能器(SMES)

開發超導線圈儲能的可行性,美國在20世紀90年代就開始研究了。超導線圈可在超導溫度下流過極高電流密度的大電流而不消耗電能,是儲存電能的最佳選擇之一。利用超導儲能可以吸收或發出有功和無功功率,響應快,容量大,大大減少了電路的損耗。

使用超導儲能技術使風力發電機組輸出電壓和頻率穩定,從而使電網穩定。文獻[7]在詳細介紹了超導儲能SMES的調節原理及其最優控制方法的基礎上,提出在并網型風力發電系統中,建立了SMES 模型,同時用基因算法對 SMES 的控制參數進行尋優,仿真結果表明,SMES 單元用于并網形風力發電系統可實現對電壓和頻率的同時控制,提高了輸出穩定性。

3.不間斷電源(UPS)

不間斷電源(UPS)是指當交流輸入電源發生異?;驍嚯姇r,還能繼續向負載供電,并能保證供電質量,使負載供電不受影響的裝置?,F代UPS普遍采用脈寬調制技術和IGBT、功率 M0SFET 等現代電力電子器件,效率和可靠性得以提高。并引入微處理器軟硬件技術,實現了智能化管理,可進行遠程維護和遠程診斷。風能的隨機性較大,發電的穩定性也受到限制,對較偏遠地區或者單獨運行的風電場來說,不間斷電源的使用很有必要。

 

輸電技術

風力發電場的建立選取風力資源豐富的地區,一般都遠離城鎮,線路的輸送能力也成為風力發電的重要考慮因素?,F在主要采用的是交流輸電方式,但存在很多缺點,HVDC已經開始進入風電輸電領域。高壓直流輸電是應用換流技術將交流電轉換為直流電輸送到落點處再逆變為交流的一種輸電技術。它的優點是:可以用來實現異步聯網,線路造價和運行費用較低,一般不需要增加額外裝置,更易于實現地下或海底電纜輸電等。新一代 HVDC 技術采用 GTO、IGBT 等可關斷器件,以及脈寬調制(PWM)等技術,它的采用進一步改善了性能、大幅度地簡化了設備、減少了換流站的占地、而且降低了造價,使直流輸電更有競爭力。目前,全世界HVDC 工程已達60多個, 總設備容量超過40GW。

輕型直流輸電HVDC Light,以電壓型換流器(VSC) 和絕緣柵極雙極晶體管( IGBT) 為基礎,可在無源逆變方式下運行,更方便連接各種分散式電源。對于海上風電場的長距離功率輸送來說,HVDC Light是一種較好的選擇,它允許海上風電場的交流網絡與電網不保持同步運行,一旦網絡發生故障,可以迅速恢復到故障前的輸電能力。瑞典已經建成了第1 個實驗性HVDC Light 工程-赫爾斯揚(Hellsjon) 試驗工程,在丹麥,HVDC light 也已被應用到大型海上風電場的輸電工程中。

靈活交流輸電系統(FACTS)在電力系統中廣泛采用,但在風力發電領域還沒有得到足夠的重視。柔性交流輸電技術是指電力電子技術與現代控制技術結合,以實現對電力系統參數(如線路阻抗)、相位角、功率潮流的連續快速調節控制,從而大幅度提高輸電線路輸送能力和提高電力系統穩定水平,降低輸電損耗。自1986年美國專家N-G-Hingorani提出了FACTS(Flexible AC Transmission System)這個完整的概念以來,FACTS的發展越來越受到全世界的重視。

 

 

 

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