电力电子器件在分布电源中的应用

2017年09月13日 10:09    傲壹电子

我国一次能源储量丰富,但分布不均,人均能耗低而单位产值能耗高,所以必须靠节约能源即“第六能源”和新能源来解决可持续发展对能源的要求我国太阳能风能资源丰富,大规模光伏(PV)电站与储能系统及风力发电(WG)的组合是未来照明和民用的重要分布式电源电力电子器件技术比较成熟,本文针对不同形式分布式电源,讨论了电力电子设备在太阳能风能发电系统及综合系统中的应用和关键技术1太阳能发电我国太阳能资源丰富,年均日照长,辐射总量大,适于安装光伏发电设备。我国光伏技术地面应用始于70年代,今后将以20%的递速度稳步发展,到2000年光伏发电总容量达70MW光伏系统通过用户侧管理可很好的运用可再生能源太阳能发电系统分为独立系统及与电力系统连接两类,前者将太阳能电池输出直接或变换成交流电后供给负载;后者需与系统协调对于家庭、小的商业楼可用PV蓄能电池一永磁电机组成系统(卜15kW)驱动(见),大商业楼和小工业用尸用PV―DCDAC逆变器驱动三相感应电机(15~)(见)PV系统可在短路、开路及其间任何点工作,其输出电流lul电压乘积的最大值为最大功率点(MPP),输出功率P随太阳辐射及天气变化而变化为了保证最大功率输出,PV矩阵和负载之间设计有MPPT(MPP跟踪器,见)MPPT用一个升压变换器和电流锁定环,较用脉冲宽度调制(PWM)技术降压变换器平均提高输出功率225%.MPPT测出PV系统与电压Ure(在此电压下可得最大输出功率)比较从比较器和网难以达到的边远分散用〖户布式电源在技术lishingHuse.A1Mghtsreserved.谐振器得到PWM信号来触发功率变换器,调节注入负载功率太阳能发电装置稳定和自恢复性好,维护要求低2风能风能清洁、可再生分布面广、适于建设分散式电源风能转化系统有4种:①恒速恒频(CSCF)用同步发电机,速度由节距角度控制器维持;②近似恒速恒频(ACSCF)用鼠笼感应电机(G),节距角度控制器维持1%~5%的速度波动;③变速恒频(VSCF)用变换器、永磁发电机、同步发电机鼠笼感应电机或双端输出感应电机;④变速变频(VSVF)用鼠笼感应电机,由强迫换流变换器控制新的电力开关能使WG装置变速工作,灵活且年发电量高。4种系统输出电压都与风速有关电压频率正比于风速,电压、电流正比于频率平方,功率正比于频率3次方恒速系统无电压调节,且消耗无功。大功率高频高效换流器的应用使电压幅值和频率可控,故使用G比同步发电机成本低系统的稳定性好、不需分离直流源激磁容易装拆维护,运行风速范围更大WG系统有串联开关、并联型3种联接方式(见~6),前二者适于一些特别应用。


串联型:对电池的充电与电池性能电池充电水平有关,效率低,电池尺寸大,对柴油机不易控制;开关型:柴油发电机(DG)白天用于峰值负载,晚上低负载,噪音低,但容量大,优化范围有限;并联型:无前两者的局限,性能比前两者好,更易被接受DG装置与整流器并联运行,风能发电一电池组一逆变器对低负载供电,DG―逆变器在负载高峰期供电中等负载时DG既供电又储能能这些过程由微处理控制。WG/DG的发电量合理比为80:2这样全系统动态稳定性好,但电池是薄弱环节,其寿命与充电深度、充放电之比、环境温度有关对输电线路可产生的电磁影响的忧虑,使用户近旁的分布式发电装置成为它的一种替代方案,它与大电网配合,可大大提高供电可靠性,能在电网崩溃和意外灾害情况下,维持重要用户的供电。对供电济上具有竞争力。


WG与电网连接方式(见)有5种:①与现存的中压(MV)电网连接;②连接现存变电站的MV侧;③在现存变电站另设变压器连接;④在现存的HV传输线附近另设HVMV变电站;⑤通过新的HV传输线另设新的HVMV变电站WG投切于电网时会引起干扰:系统正常时,①风速变化使电网电压变化快,电压变化的幅值会引起“回闪效应”;②电网电压变化梯度很大;③WG的谐波引起电网电压畸变系统故障时,①引起保护设备的误动作;②WG的反射作用加大短路时开关设备的过电压并使部分网自动解列,引起末端设备的故障,对操作者产生危害,电网有大电容设备时,危险更大因此要注意联接点电网的传输容量,电网短路水平,风场与联接点的距离,风场的容量。在电网受严重干扰后,旋转设备能调节频率回到正常水平,在恶劣条件下由于风能损耗,应有一定旋转设备容量的储备3综合系统综合系统(见)结合柴油机与可再生能源的优势,可分时维护持续供电,降低后备设备的代价,对不可预知的变化与故障系统仍保持足够的后备和动态控制。


为获得最大的可再生能源并高效传输给负载,通过PWM电压源强迫换流的GBT逆变器来实现(见)综合系统的传输控制用于电压频率驱动的逆变电路为了提高整体效率,需要高效DC/DC变换器,它可在不同条件、场合下适当修改,以适应不同要求一种新的零电压零电流半桥ZV―DC电路(见0)可以主从方式运行,实现电池组与交流输出电压之间的隔离其关断条件由C2确定。C2的最小值由IGBT特性决定,一般效率达91%~965%,当负载>满负载的20%时,效率达94 5%若GBT的额定电流高,则效率更高,损耗更小开断时dU/dtdl/dt很小,电磁干扰(EMI)也小,电流纹波低,容性电流小。按1:1的变压器合理设计,无需另加内感。


DC/AC变换器(见1)输出部分是带滤波器的标准三相硬开关逆变电路,第一个U滤波器限制无线电干扰(RFI),降低非理想PWM产生的低次谐波第二个L1-C1限制电磁干扰(EMI)如PWM开关频率很高,则低频畸变严重,电压跌落大,开关损耗大,但电感柱的尺寸大大降低DC电压输出系统比AC输出复杂,但可靠4结论a分布式电源己成为一种必然趋势,能满足电力系统和用户的特定要求几种能源综合利用可保证供电可靠性,提高后备力量,充分利用可更新能源资源bPV系统要设计好MPPT系统应通过简单可靠的控制策略,保证最大能量传输还要设计和应用高效DC/DCDC /AC变换电路来提高系统整体效率,简化电磁元件的设计c风能转化采用变频变速系统发电量高而且灵活,G的应用更降低了成本WG系统中,DG与整流器并联运行,优于串联型和操作型。系统与电网相连时,会引起一定干扰,为保持稳定,应有旋转设备容量的储备d风能/PV柴油机系统中,为了能得到高效能量输出,需要高效的DC/DC或DC/AC变换器,但DC/AC是以后的发展趋势



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