浅析电力电子技术在新能源发电中的应用

王中晶

（青岛科技大学，山东青岛，266061）

0 引言

随着新能源的不断开发，新能源发电已经成为了可持续发展的重要手段，虽然新能源发电具有环保节约等优势，但其仍然存在诸多问题，电力电子技术可以帮助新能源发电解决大部分运行的难题。

1 电力电子技术以及新能源发电的内容概述

■1.1 电子电力技术

电力电子技术同时被称作功率电子技术，该技术大多被应用在发电领域，工作人员借助电力电子设备，对电子技术进行有效控制与变换。在电力电子技术的应用过程中涉及了许多内容，主要包括电力电子设备、系统控制和电力电子器件等等。电力电子技术可以帮助工作人员将不同的新能源转化为高质量的电能，对传统应用的电子信息技术进行改善，从而对相关产业的持续发展起到一定的促进作用。电力电子相关技术极大地促进了我国经济的发展，该技术的自身优势十分突出，能够有效地节省材料，还可以充分节约能源，提高电力工作效率。电力电子技术包含的基础功能有智能控制、整流、斩波以及开关等。该技术运用的主要原理为利用电网工频的电能，有效转变电能的相关用途与性质，从而帮助其适用于不同的电力装置。电力电子技术的主要特点有五个，第一个是集成度更高，第二个是全控化，第三个是高效化，第四个是高频化，第五个是变流装置的小型化。

■1.2 新能源发电

由于全球经济化步伐的加快，各种传统能源供不应求，其储量越来越少，同时，由于部分燃料的燃烧会产生对大气有害的温室气体，严重破坏了地球的生态环境，越来越多的国家把目光放在了新能源的开发与利用之上。传统的化石能源采用的是集中发电的模式，而新能源则是采用的电网形式，更适合用于分布式发电。新能源发电拥有较多优势。首先，其有助于替换传统能源，缓解传统不可再生能源对生态环境的压力，减少对大气的污染。帮助社会可持续发展。其次，新能源发电的电量不多，比较适合用于在孤岛上运行，可以有效解决孤岛上的供电问题，避免资源的浪费。即便该部分电网发生了故障，也不会对整体的电网造成影响。最后，电网的运行和维护的角度来看，新能源发电厂的建立不受地域的限制，风力发电的电厂可以建立在海上或者宽阔的偏僻处，太阳能发电的电厂只需要保证有充足的日照，生物质电厂最好建立在大片农田的附近，保证回收利用秸秆的方便性，都对电网的运行与维护有一定的便利。

2 电力电子技术在新能源发电中应用的意义

■2.1 降低能源损耗

合理地应用电力电子技术可以有效提高电能转化的工作效率，同时该技术可以将大多数新能源例如风能、水能、太阳能等等转化为电能，不仅能够大量降低能源的损耗，还可以避免对环境的污染与破坏。除此之外，电力电子技术的应用还可以帮助工作人员降低电网所含的谐波，大大降低电网运行时线路上的能量损耗。基于电力电子技术在新能源发电各个方面的优势看来，该技术的发展空间较大，为了将新能源的转化效率进一步提高，对其转化的质量进行优化并提升其稳定性，降低能源在转化以及电流运输过程中所产生的损耗，仍然需要在电力电子技术方面投入必要的人力和物力，加强对该技术的研究，促进其快速发展。由于不同情况下出现的问题不同，研究人员应当结合该技术在新能源发电中的具体情况进行探究与实践[1]。

■2.2 提高其稳定性

风能是新能源领域中的重要组成能源，而和诸多新能源一样，其发电的稳定性不强，为了增强能源的转化率，需要提高风电机组中静态电压的稳定性。如今许多电力企业已经充分认识到感应风机的瞬态电压在电网运行中具有非常重要作用，但仍然需要进一步完善该机制的应用。而科学合理地应用电力电子技术能够帮助相关部门有效提高新能源应用的稳定性。目前相关研究人员对光伏发电的系统在研究工作上已经取得了相应的成果，但仍有需要改进的地方，要求相关人员对出现的问题进行更加深入的分析与探究，再采取切实可行的措施对其进行针对性的改进。除此之外，相关工作人员必须积极总结归纳电力电子技术在新能源发电中应用的共性问题，方便该技术提高新能源发电的稳定性。

3 电力电子技术在新能源发电中的具体应用

■3.1 静止无功补偿

由于风力发电以及光伏发电等新能源的发电形式非常容易被天气变化影响，而电能却是平衡的，因此利用新能源进行发电会出现输出的电能稳定性较差的情况。为了有效提高新能源发电的工作效率，许多发电站会将其输出功率的模式调整为有功功率的模式，能够切实保障有功功率能够稳定地进行输出。但是往往会带来电压降低的问题，由于系统中存在对无功功率有较大需求的负荷，而传统的普通并联电容器没有办法对无功功率的具体大小进行自主调节，系统电压不断降低，并联电容器所输出的无功功率也随之降低，互相循环最终系统的电压过低导致了电网系统的崩溃。而静止无功补偿器可以对无功功率进行灵活的调节，其调节方式为控制相应的晶闸管导通或进行管断，从而便于投切电抗器以及电容器。

静止无功补偿器是电力电子技术在新能源发电网中的典型具体应用，其最大的优势是具备高度的灵活性，工作人员可以利用合适的电力电子技术让静止无功补偿的设备灵活地调节电压与无功功率，一般该设备主要用于交流输电的装置之中，其目的是进一步稳定新能源电力系统的运行，提高新能源的输电能力。除此之外，由静止无功补偿的相关设备调节出的无功功率能够有效减小新能源电力系统中低频振荡带来的阻力，对新能源电力系统静态下的稳定性的提高起到了巨大的作用。静止无功补偿的相关装置一般分为两大类，一类为电磁型,另一类为晶闸管控制型[2]。其中电磁型的静止无功补偿的相关装置是根据系统不同的电压变化，利用自身的饱和性来进行系统之中无功功率的交换，大多数分为两种器型，一种是可控饱和的并联电抗器型，另一种是自饱和的并联电抗器型。电磁型的静止无功补偿的相关装置在正常情况下，是在电抗器特性饱和段进行工作的，其电力输出通常含有谐波。晶闸管控制型可以分为开关控制型以及相位控制型两种。开关控制型的静止无功补偿装置通常是TSC(晶闸管投切并联电容器型)对相位角控制阀的导通时间进行了触发，起到控制通过该设备电流的作用。这类装置主要包括TCR（晶闸管控制并联电抗器型）以及TCT（晶闸管控制变压器型)。

■3.2 可控串联补偿

可控串联补偿技术是利用串联方式把无功补偿的相关装置接入运行线路，从而对新能源电力系统进行一定容量的无功补偿的技术，该技术一般分为两种类型，一种为固定式，另一种为可控式。固定式中有效容抗值基本是固定的,基本不会发生改变，其工作只能在不补偿与补偿这两个阶段进行。可控式相较于固定式增加了些许器件，通过控制此类器件帮助其能够切换四种不同的工作模式，对电网系统的稳定运行起到加强作用。可控式对相应的技术要求较高，其应用的成本也较高。因此在实际的电力工程中，电力部门通常将固定式与可控式两种类型相互结合，从而降低运行难度，保证新能源电力系统的稳定运行。

■3.3 变速恒频控制

变速恒频是如今经常运用的风力发电系统，在该系统中，发电机的转速和风速的变化有着密不可分的关系，两者相辅相成。在风速改变的时候，风力机会相应地进行变速运行，能够充分提高风能的有效利用率。众所周知，风力非常不稳定，风力能源受气候的影响时有时无，即便是有风的情况，风力的大小也会时强时弱，风机扇叶所受到的风力大小不同，导致风机的转速各不相同。如果不对其加以妥善的控制，电力系统则无法转化具有稳定频率的电力能源。因此变速恒频中变桨距的调节系统充分利用电力电子的变换器调节风机的频率，在其内部进行双馈感应电机的配置，同时加载多级的同步电机，使其不再需要应用传统的变速箱，方便电力系统的运行。

■3.4 APF谐波治理

使用电力电子技术的设备已经大规模地渗透到新能源电网之中，电网日渐呈现出电力电子化的趋势。大量的电力电子设备的应用导致谐波污染逐渐严重，单个电力电子设备所排放的谐波数量有限，属于微谐波源，但整个电网之中大量微谐波源的存在则会导致不可忽视的谐波污染。相较而言，传统的电网中存在的谐波源数量较少，出现的地方集中度较高，通常只集中在几个用户，电力部门可以直接在用户端进行治理，处理妥善便可以较好地控制全网的谐波水平。此类传统的治理方式通常被称为点对点的治理模式。电力人员一般利用有源滤波器来实现用户端的点对点治理。该模式是对谐波源的谐波电流进行检测，利用APF在线路中注入大小相同且方向相反的谐波电流，来进行电流的抵消。而微谐波源的大面积分布给点对点治理带来了诸多困难，其动态性较强，不确定性较大[3]。因此需要不断探索解决谐波污染的新方法。

电力电子技术的使用会导致不同频次谐波的产生是众所周知的情况，而谐波的含量超出既定范围会给用户带来极差的体验。APF的应用能够完美解决此类问题。例如三相桥式电路之中，APF可以通过外部的电流互感器，对负载的电流进行实时的检测，再通过内部数字信号处理的精确计算，将其谐波成分提取出来，通过PWM信号将其传送到内部IGBT，控制逆变器会发出和负载的谐波大小一致但方向完全相反的电流，并将该电流输送到电网中对谐波电流进行补偿，从而实现滤波的作用。电力电子技术大力推动了APF的飞速发展并促进其广泛应用，APF在诸多实践运行之中逐渐将无源滤波器替换下来。

4 结论

综上所述，随着工业化脚步的不断加快，我国的能源危机越来越严重，新能源发电成为缓解能源短缺的重要手段，电力电子技术在新能源发电中具有重大意义，虽然该技术已经在新能源发电上得到了一定的应用，但仍需要提高对其的重视，充分利用该技术的优势，为新能源发电的长远发展添砖加瓦。只有加强电力电子技术在新能源发电中的广泛应用，才能够保证我国新能源发电的稳定、安全运行，进而达到缓解能源危机的目的。