电力电子技术在分布式发电中的应用

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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。
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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。
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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。
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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。
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图4 燃料电池系统