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接入新能源的电网系统发输变阶段的损耗研究
编辑:admin   时间:2018-10-25 14:45

1 新能源研究趋势及背景
化石能源的大量消耗给生态环境带来了严重的问题,根据联合国环境规划署的报告,目前全球温室气体的排放量不减反增,比2020年的排放水平大约高出了14个百分点。如果按照这种排放速度,到2020年,大气层中的温室气体排放量将达到580亿吨左右,全球气温将持续上升3~5度。世界能源体系正面临着艰难的抉择,急需开发和利用太阳能、风能等新能源。有专家测算,未来10年推广风能、太阳能等新能源的综合应用,可带来1.8万亿元的市场空间,再考虑到对其他行业的带动和发展,其经济发展空间更大。
2 传统电力损耗的计算方法
2.1潮流算法简介
对于电力网络的潮流分布计算,系统计算工程较小的包括开式网络的潮流计算和闭式网络的潮流计算。开式网络的潮流计算包括首端功率、末端功率、电压和电流这几个参数的未知量,在电力网络的实际计算中,又主要分为两种类型:(1)已知同一端的电压和功率;(2)已知不同端的功率和电压。闭式网络潮流计算包括两个,一个是两端供电网络,另一个就是环形网络。需要指出的一点,闭式网络的功率分布计算,不仅和负荷功率有关,还和电力网络电气参数和电源电压有关,环形网络的潮流计算又包括两种类型:(1)已知功率分点电压;(2)已知电源端电压。
随着经济和工业的快速发展,电力的需求和消耗急剧增加。复杂电力网络可以用节点方程式和回路方程式表示出来,通过建立相对应的数学模型,可以更方便的分析电力系统中的物理现象。伴随着计算机技术的普及和应用,可以将计算机技术应用到复杂电力系统的潮流计算中,目前应用较广的是高斯-赛德尔潮流算法、牛顿-拉夫逊算法以及PQ分解潮流计算法。
3 逆变器损耗因素分析
3.1逆变器工作原理
逆变器其实就是一种电流变换装置,将直流电转换成交流电,将不同频率变换成并网需要的标准频率。一般有逆变桥、逻辑控制电路、滤波电路等结构组成。一般工作流程是输入接口→MOS管开关→直流变换电路→LC震荡电路→负载→反馈电路→PWM控制器→电压输入回路。逆变器最关键的部分是逆变桥。现在电力电子变换器中应用最多的是DCDC和DC-AC的两种变换。当前应用最普遍的是H桥全桥,它带有两个桥臂。我们知道,刚开始的直流电转换成交流电不是标准的正弦波,通过滤波电路将不规则的正弦波过滤掉。所以滤波电路的好坏在于其过滤过程中有没有使原来的波形失真。所以好的滤波电路对滤波线圈的要求相对较高。
3.2逆变器损耗
对逆变器的损耗分析是非常重要的,不仅关系到发电并网的效率,而且对我们选取合适的元器件具有重要的参考价值。
并网逆变器的损耗主要是:(1)功率器件的开关损耗;(2)导通损耗;(3)驱动损耗;(4)滤波电路的损耗。影响功率器件的开关损耗的因素主要是开、关状态转换时刻的流过的电流大小,还有就是电压的高低和开、关时刻的频率大小。开关损耗会随着管子工作频率的变化而变化。
4 新能源发电的展望
4.1风能和风能发电技术
风是一种因气体流动而产生的能源,这种能源从目前形势来看,可以说是取之不尽用之不竭。因为风是一种自然现象,所以风能是一种清洁能源。风能每个地区的分布是不均匀的,风速和风力等级随着时间变化很大,不同地区的储量可以说是差别巨大。我国的风能资源储量非常丰富,对我国的新能源发电利用具有天然的优势。
4.2风能的计算和利用
4.2.1风能计算
由于地表太阳辐射度不同,所以地表温度不同,风会随着地表的温度、平坦度、地表粗糙度的变化而变化。其公式为:P=½A*V³*Cp*D*η,其中P:功率,A:扫风面积,即A=½π*R²(π=3.14159,R为半径,即风叶长度),V:风速,Cp:一种风能转化率值,根据贝兹极限,Cp值最高59%,但目前厂家无法达到这个理论值,根据厂家技术的不同,这个值不同,一般都做到20-30,40以上的很少,所以这个值也比较重要,D:空气密度,随海拔升高而降低,η:系数。
4.2.2风力发电技术
目前风力发电有两个行业,一个是大型风电技术。大多应用于欧洲国家,因为他们的风能资源非常丰富,而且他们的风电技术应用也比较成熟,比如丹麦、荷兰等国家。另一种是中小型风电技术。主要应用于分布式风力发电,目前在我国的新疆、内蒙古地区应用较为广泛。
4.3风光互补发电系统
风能和太阳能互补发电技术,就是两者不同时间相互补充发电,并将发得的电存储在蓄电池或者直接提供给负载。风能或者太阳能独立发电系统一般流程就是获得能量→控制器→变流→负载。下图给出了风光互补发电发电系统的示意图。
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风光互补发电系统流程示意图
4.4风光互补发电的合理性
风光互补发电具有其优势和资源利用的高效化、合理化。从环境角度来看,太阳能和风能是清洁能源,不产生污染。从其运行的稳定性来看,风能和太阳能具有气候变化的自然互补性,更好的结合季节和昼夜因素,使得发电输出系统更加稳定。从能源利用效率来看,很明显能源利用效率大大提高。除此之外,风光互补发电系统可以节省机组和电池容量,具有更强的适应性,性价比高。
从表1对比可以看出来,风能和太阳能单独发电不是很稳定,不够连续。单独利用的话,性价比不是很高。
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表1 三种发电模式经济效益对比
4.5风光互补发电并网优势和问题
优势很多,清洁能源、可持续性和可再生性、储量丰富、没有污染等。但风光发电互补发电并网系统存在的问题也很明显。首先,太阳能和风能的能量密度都很低,需要占用很大的土地,甚至设计直径更大的风轮。再者就是这两种能源的稳定性都不很好,给能源的利用带来了一定的困难。除此之外,不可调度的发电系统必须加入储能环节,蓄电池对土地和水质的污染不容小觑。目前很多的风光互补发电设计案列,大都停留在仿真模拟的环节,与真实多变的自然环境还有相比,还有很多其他的影响因素没有通过实际生产活动验证。
5 结语
在未来的能源利用行业中,太阳能、风能等可再生的清洁型能源势必会占有越来越重要的地位。目前对太阳能或者风能的独立利用技术已经得到了较为快速的发展。虽然每年的装机容量和发电量在逐步增加,但是目前并没有大规模并网输送到远距离外的负载。所以,新能源并网技术势必会成为研究的热点,将来肯定会带动不止一个行业的发展。并网损耗的研究会给新能源发电行业的快速推进商业化做好铺垫。损耗不可能完全消失,但通过科学手段,可以发现影响损耗的因素,根据发现的问题,有针对性的降低损耗,提高能源的利用效率,减少能源的浪费。


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