分布式发电中的电力电子技术

0 引言

集中发电、远距离输电和大电网互联的电力系统存在的一些弊端，使得电力系统显得既“笨拙”又“脆弱”。目前，大电网与分布式电网的结合，被世界许多能源和电力专家公认是节省投资，降低能耗、提高电力系统稳定性和灵活性的主要方式，是21世纪电力工业的发展方向。此外，现在世界各国都在提倡“绿色环保”，而我国电力系统的发电对环境造成了很大的破坏，采用分布式发电，充分利用各地丰富的“清洁能源”，这对于我国可持续发展的战略具有重大意义。

近年来国外，特别是以美国和日本为代表，对新型分布式发电技术的研究已取得了突破性的进展，而且有望在电能生产中占有越来越大的比重。我国对分布式发电的研究较晚，现在还没有形成很成熟的技术，但是，分布式发电是未来电力市场的发展趋势，因此，要加紧开展对分布式发电的研究和探索，其中的一个重要方面就是要将电力电子技术应用到分布式发电中。

1 电力电子技术在电能传递中的应用

分布式发电除了采用传统能源，例如水力、煤炭、石油和原子能外，还广泛采用了新型替代能源。目前公认的几种常用而且成本较低的系统是风能发电系统、光电池、微型气轮机、燃料电池。在这些新型分布式发电系统中，电力电子设备在能量的变换中起到了极其重要的作用。

1.1 微型汽轮机发电系统

由于汽轮机运行的速度很高，可以达到80kr/min，而且交流发电机具有很高的频率，不能直接连接到交流电网上，这中间需要一个直流环节。图1简明扼要地描述了电力电子设备在微型汽轮发电机系统能量变换中的应用。交流发电机发出的电能经过整流后被送到直流电容上，然后经过有源DC/AC逆变后将电能送入电网。

图1 微型汽轮机系统

1.2 风能发电系统

风轮机既可以恒定速度运行也可以变速度运行，所以，它既可以与同步电机相连也可以与异步电机相连。由于操作简单和经济性，与异步机相连的方式被广泛使用。图2描绘的是一个异步发电机系统，首先经过整流，然后经过有源逆变与交流电网相连。

图2 风能发电系统

1.3 光电系统

光电系统进行能量变换的通用方法是，通过有源DC/AC逆变器，将存储在光电池中的直流能量变换为与电网同步的交流电压。图3清楚简要地描绘了这一流程。这里的三相逆变器采用IGBT类型的功率管。

图3 光电系统

1.4 燃料电池系统

燃料电池产生的直流电压经过有源DC/AC逆变器变为交流电压，其变换过程和光电系统相似，图4描绘了这一变换流程。

图4 燃料电池系统