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可再生能源发电中的电力电子技术

2012-03-20 15:03
kumsing
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  可再生能源发电技术的发展和规模的扩大,使其逐步从补充型能源向替代能源过渡。作为可再生能源应用的重要组成部分的电力变换装置的研究与开发成为一个重要的研究课题。可再生能源发电中应用到的电力电子技术主要包括逆变器、太阳能充电器、矩阵式频率变换器、有源滤波器等。

  1.1 逆变器并网控制装置

  可再生能源发电输出功率的并网主要采用针对双馈风力发电机组的矩阵式变换器联网和采用DC-AC变换单元的联网方式。矩阵式变换器不需电容且有高的可靠性,但控制复杂。目前,可再生能源发电的并网多采用DC-AC变换单元与电网连接,DC-AC变换单元除了要保证并网所要求的电能品质和条件外,还要实现可再生能源发电技术的一些功能,如如风能最大捕获控制和太阳能最大功率输出跟踪控制等,要求其主电路拓扑结构具有有功、无功功率解耦可调,且有高的变换效率。

  目前这方面的研究多集中在电路拓扑方面,所采用的控制策略多为小偏差线性化下的PI控制,对外界环境不具备鲁棒性。利用现代控制理论提高并网控制器性能已有一些成果,如采用非线性状态反馈线性化方法实现了线电流中的有功和无功分量的解耦控制,达到了提高动态性能的目的;在PI控制基础上,引入预测控制,也能改善控制器的动态性能,并可减小直流侧缓冲电容的容量;将滑动模控制应用于风电机组的并网控制器中,可实现低速下的可靠发电控制;基于自抗扰控制器原理的并网控制器,在动态性能和鲁棒性方面具有明显提高,且容易实现。

  以上研究虽然得出了一些研究成果,但都是针对各个问题分别解决,要得出实用性的技术成果,应将功率跟踪控制、功率因数控制和输出电流波形控制等问题综合考虑,研究出统一控制算法。

  1.2太阳能充电控制器

  为提高太阳能发电的稳定可靠性,需配备一定容量的蓄电池组。铅酸蓄电池组成本较高,且使用寿命有限,若使用不当,会严重影响寿命。蓄电池组的成本已成为影响太阳能光伏发电技术推广应用的一个主要障碍。

  常规的充电方法,如恒流充电法、阶段充电法、恒压充电法、脉冲充电法等,都是基于蓄电池的充电特性曲线进行的,但充电控制精度易受外界环境影响,采用自适应搜索算法则能很好地兼顾蓄电池充电控制和太阳能电池最大功率跟踪控制。

  1.3矩阵变换器及控制

  矩阵式变换器是实现变速恒频控制的一个重要实现电力电子变流装置,具备同步速上、下运行时控制绕组所需的功率双向流动功能,其拓扑结构如图:

图 矩阵式变换器的拓扑结构

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