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电力电子技术在风力发电中的应用--储能与输电技术
时间:2014-06-20 点击:1593 次

电力电子技术在风力发电中的应用--储能与输电技术

 

储能技术

因风能是不可直接储存的能源,对于离网型风力发电系统,为了保证供电的稳定可靠,可在多风期间将风能储存起来,以供其他装置使用。即使在风能资源丰富的地区,若以风力发电作为获得电能的主要方式,也必须配有适当的储能系统。再者,在风力和其他能源联合供电时,也需要储能技术的介入。

1.蓄电池

风力发电机在与其它发电装置互补运行或独立运行时通常使用蓄电池进行储能。 在风力-柴油发电系统联合运行中,采用配备蓄电池短时储能的措施,可避免由于风力及负荷的变化而造成的柴油机的频繁起动与停机。此外,蓄电池还可以减少柴油机的轻载运行,使其绝大部分时间运行在比较合适的功率范围内。同样的,在风光互补发电中,也使用蓄电池作为主要的储能方式。鉴于蓄电池成本考虑,在风力发电系统中,多采用铅酸蓄电池或碱性蓄电池作为储存电能的装置。

2.超导储能器(SMES)

开发超导线圈储能的可行性,美国在20世纪90年代就开始研究了。超导线圈可在超导温度下流过极高电流密度的大电流而不消耗电能,是储存电能的最佳选择之一。利用超导储能可以吸收或发出有功和无功功率,响应快,容量大,大大减少了电路的损耗。

使用超导储能技术使风力发电机组输出电压和频率稳定,从而使电网稳定。文献[7]在详细介绍了超导储能SMES的调节原理及其最优控制方法的基础上,提出在并网型风力发电系统中,建立了SMES 模型,同时用基因算法对 SMES 的控制参数进行寻优,仿真结果表明,SMES 单元用于并网形风力发电系统可实现对电压和频率的同时控制,提高了输出稳定性。

3.不间断电源(UPS)

不间断电源(UPS)是指当交流输入电源发生异常或断电时,还能继续向负载供电,并能保证供电质量,使负载供电不受影响的装置。现代UPS普遍采用脉宽调制技术和IGBT、功率 M0SFET 等现代电力电子器件,效率和可靠性得以提高。并引入微处理器软硬件技术,实现了智能化管理,可进行远程维护和远程诊断。风能的随机性较大,发电的稳定性也受到限制,对较偏远地区或者单独运行的风电场来说,不间断电源的使用很有必要。

 

输电技术

风力发电场的建立选取风力资源丰富的地区,一般都远离城镇,线路的输送能力也成为风力发电的重要考虑因素。现在主要采用的是交流输电方式,但存在很多缺点,HVDC已经开始进入风电输电领域。高压直流输电是应用换流技术将交流电转换为直流电输送到落点处再逆变为交流的一种输电技术。它的优点是:可以用来实现异步联网,线路造价和运行费用较低,一般不需要增加额外装置,更易于实现地下或海底电缆输电等。新一代 HVDC 技术采用 GTOIGBT 等可关断器件,以及脉宽调制(PWM)等技术,它的采用进一步改善了性能、大幅度地简化了设备、减少了换流站的占地、而且降低了造价,使直流输电更有竞争力。目前,全世界HVDC 工程已达60多个, 总设备容量超过40GW

轻型直流输电HVDC Light,以电压型换流器(VSC) 和绝缘栅极双极晶体管( IGBT) 为基础,可在无源逆变方式下运行,更方便连接各种分散式电源。对于海上风电场的长距离功率输送来说,HVDC Light是一种较好的选择,它允许海上风电场的交流网络与电网不保持同步运行,一旦网络发生故障,可以迅速恢复到故障前的输电能力。瑞典已经建成了第1 个实验性HVDC Light 工程-赫尔斯扬(Hellsjon) 试验工程,在丹麦,HVDC light 也已被应用到大型海上风电场的输电工程中。

灵活交流输电系统(FACTS)在电力系统中广泛采用,但在风力发电领域还没有得到足够的重视。柔性交流输电技术是指电力电子技术与现代控制技术结合,以实现对电力系统参数(如线路阻抗)、相位角、功率潮流的连续快速调节控制,从而大幅度提高输电线路输送能力和提高电力系统稳定水平,降低输电损耗。自1986年美国专家N-G-Hingorani提出了FACTS(Flexible AC Transmission System)这个完整的概念以来,FACTS的发展越来越受到全世界的重视。

 

 

 

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