可再生能源中的控制与电力电子技术研究

冯佳梦 汤煜东 周晓旭

（1.国网冀北电力有限公司检修分公司，河北 唐山063000；2.国网电动汽车服务有限公司，北京 100052；3.北京电力设备总厂有限公司，北京 102401）

0 引言

能源是人类赖以生存的必需品，同时也是经济发展的要素，更是社会发展的重要组成部分，基于此，能源的再生直接影响着国家的经济建设。近几年，由于我国发展速度过快，能源短缺问题严重影响了国家的发展进度，尤其是优质能源问题，直接影响着我国的发展进程，严重制约我国的经济发展，使其产生瓶颈。基于此，我国在全国人大常委会对可再生能源进行立法，使其成为当前我国开发利用较为重要领域，并且要求能源发展优先，为我国可再生能源事业提供发展方向，并为后续工作奠定有利基础。

1 能源形式与可持续发展

我国一次性能源包括了以下三项：首先是石油，其次是天然气，最后是煤炭化石类能源，此类能源不可再生，并且在开采的过程中会对环境造成影响，尤其是空气污染较为严重，此类因此已经对人类生存环境造成了污染。我国过程性能源种类较多，具体包括了太阳能、风能等，并且此类能源对于环境污染较少，它不仅可以再生，并且整体蕴含量巨大，能够满足各类所需。

与其他能源相比较，石油类的能源属于不可再生并且较为优质的能源之一。随着经济的不断发展，使我国在能源消费方面占据了世界比例的百分之十以上，并且在此过程中单对石油能源，我国整体的对外依存度超过了百分之四十。随着油价的不断上涨，多个国家的竞争让石油成为世界斗争的武器，此类现象愈演愈烈。目前占据世界前二十的石油跨国企业拥有百分之八十的石油储备量，这使世界格局产生变动，并且在此过程中加剧了市场垄断问题，及时是发生了此类状况，相关企业仍然选择继续此项工作，导致中国石油安全长期被他人威胁和限制。为了解决能源问题，中国早前开启了海外寻找石油的旅程，整体跨越了将近三十个国家，并且充分开展了多个石油开发合作，以此满足国内的需求，并为后续事项做好万全之策。

2 风力发电相关技术

2.1 风力发电机组建模

风力发电机组因其是非线性对象，所以整体设计难度较高，因此在设计和建设的过程中需要结合空气电力学内容进行严谨考虑，并且也需对后续的机电能量进行考虑。在机组设计和建设的过程中结合了风速、转速、转矩、功率传递等等多个要素进行考量，以此丰富动态模型建设内容，使其不断在后续工作中发挥出相应作用，并且降低后续设计工作中出现的各类影响因素，以此让其完成实际工作需求。并且在建设的过程中还需将其与物理量相互结合，考量因素越多后续系统的能力越强，并且被考虑因素也会随之增多，此类事项能够降低发散性病态模型的出现。如何能够得到一个完善的风电机组模型是当前我国风力发电中较为关键的内容，所以需要相关技术人员不断优化此项工作内容，使其能够为课题提供研究条件。

风力发电机组结合建设内容可以被分为两大类，首先是自治系统，其次是并网运行系统。其中自治系统可以分为两大类，一个是独立运行系统，另一个是互补运行系统，而并网系统也被分为两大类别，一个是单机并网另一个是多机并网。为了提高研究力度，相关研究人员和设计人员对系统研究内容选择了建模的方式进行丰实，对于后续研究原理方面，相关技术人员可以先从风力机的系统内部构造开始研究，结合激励模型各单元需求对此项内容进行分析，后续选择适合风力发电机组建设的特性将其有效综合，最终得到整机的机理模型。

2.2 变速恒频控制

当前我国风电场广泛应用的发电机组是并网型异步风力发电机组，所以风速风险对于电网所造成的冲击和污染较大，对于后续电网工作状态造成了影响，并且在此过程中电网的整体稳定性受到了威胁。为了解决此类问题，相关设计人员经过严谨考量决定采用变速恒频的方式对此进行解决，并且在此过程中还能对输出进行保护，使其输出处于恒定状态下。应用此项技术时，可以从以下两个方式进行实现。首先是将发电机的输出系统通过整流将其电能进行改变，后续结合电力变流装置对功率进行改变，将其容量扩大到一般容量的1.1和1.3倍，但是此项研究需要较高的成本进行支持，所以实行此项方案的概率较小，并且整体并不切合实际。另一类方法是从风力发电机机体入手，将其整体结构进行改变，之后结合变流装置，实现控制方案，此时变流装置在控制通道中可以将其容量降低，并且此项应用符合实际需求，因此能够实现的概率较大[1]。

3 可再生能源发电中的电力电子技术

3.1 逆变器并网控制装置

可再生能源发电输出，需要结合并网中双馈风力发电机组的支持进行后续联网工作，并且在此基础之上还应结合变换器联网，最终以DC－AC变换单元的联网方式出现。矩阵式变换器对于电容的要求不高，只要确保相应的可靠性即可，并且后续控制的复杂性不高，整体难度较小。目前我国可再生能源发电几乎采取的形式是DC－AC变换单元与电网的连接，而此内容中DC－AC变换单元需要确保电能的质量和外在条件，在此基础之上还需实现可再生能源的其他功能，以此完善风能控制的最大功率输出控制环节。基于此相关设计人员还需结合电路结构对功能问题进行改造，实现无功功率的可调性，并且使其拥有较高的变换效率。目前我国对于以上内容的研究有了相关成果，但是在研究的过程中还需对各类问题进行解决，提高技术成果的实用性能，后续对于功率的跟踪和控制也需进行综合考虑，最终统一系统算法[2]。

3.2 太阳能充电控制器

太阳能发电在我国发展中有一定不稳定性存在，因此为了提高太阳能发电的稳定性，相关设计人员需要结合蓄电池组的支持，以此提高太阳能发电的稳定性。在蓄电池组中铅酸蓄电池组的整体成本较高并且使用寿命受到限制，所以在开发的过程中不支持使用。对于太阳能发电而言，蓄电池组的成本一直是影响技术推广的主要障碍。对于太阳能发电而言，常规的充电方法一共分为以下几种：恒流充电法、阶段充电法、恒压充电法，各类充电方式均是以特性曲线进行。但是常规充电的方式容易受到外界因素的影响，所以后续常规充电的方式应该采取自适应的算法对蓄电池的控制能力和功率进行跟踪控制，才可确保后续工作的稳定进行[3]。

基于太阳能发电当前建设形势，我国对于太阳能的控制主要针对蓄电池组的成本问题，为了高效改变此类问题的发生，需要相关设计人员对蓄电池组进行高度重视。

4 结语

综上所述，面对我国当前能源形式，为了提高可再生能源的建设，相关设计人员需要结合各类电力电子技术完善此项工作，以此让其伴随能源产业发展，不断提高自身能力，为后续工作奠定相关基础。