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摘要：进入21世纪以来，人类不得不直面以下三个重要的课题：能源紧缺、气候变化以及环境污染。就目前情况而言，全球的能源消耗80%以上仍然依赖着煤炭、石油等传统化石能源，消耗化石能源必将产生大量的温室气体，进而加剧了气候变化与环境污染的程度，这无疑会严重的阻碍人类社会的发展。研究并应用新型能源已然成为现如今的必要课题。然而，人们不可忽略的是，现阶段清洁能源的相关技术并不完善，在电网系统运行的过程中，清洁能源不可避免的受到自身随意性以及间歇性的影响，从而会导致电压失衡以及短路等故障发生。由此看来，现阶段最需要解决的问题就是应当如何实现智能电网与清洁能源的并网应用，并进一步减少故障的发生。鉴于此，本文是对智能电网的清洁能源并网技术进行研究，仅供参考。
关键词：清洁能源；智能电网；并网；控制方法
引言：智能电网技术有机融合了高级传感、通信、自动控制等技术,具有自我管理与恢复、兼容性强等特点,其快速发展为清洁能源的无缝并网提供了良好的技术保障。通过合理利用各类高级控制技术,能推动各类清洁能源与现有电力系统的有机融合,实现“即插即用”、实时互动和协调运行;同时,可根据电源的不同类型,采取不同的对应控制措施,实现清洁能源的智能化调度管理。
一、清洁能源概述
简单来说，在使用过程中，不会排放出有毒物质，对环境污染较小甚至没有污染的能源可统称为清洁能源。举个例子来说，风能、太阳能以及沼气就是最常见的清洁能源。与之相对的非清洁能源，就是指在使用的过程中，会给环境带来较大的污染，甚至是有毒物质的能源，例如煤炭、石油等化石燃料。
风能是一种最为常见的清洁的可再生能源，现如今，采取风力发电的方式是十分普遍的，其基本原理就是将风能通过一定的装置转化为机械能，再进一步将机械能转化为电能。风力发电是一种较为安全可靠的发电方式，随着科学技术的发展与进步，风力发电的成本正逐渐降低。
作为最典型的清洁能源，太阳能正逐渐从补充能源向替代能源过渡，利用太阳能发电的方式成为光伏发电。光伏发电具备着其他发电方式不具备的特性，它不仅是可再生的环保清洁的，还是一种资源分布广泛并且建造灵活的发电方式。太阳能光伏利用的主要发展趋势将逐渐转化为太阳能光伏并网发电，太阳能发电的趋势也正一步步的从无电地区向有电趋势蔓延。
二、清洁能源分类概述
1、风力发电技术
风能是一种清洁的可再生能源。由于风能的不可控性,功率调节是风机的关键技术之一,变速恒频风力发电机组已成为MW级风力发电机组的主流机型。由于风电机组特殊的稳态与暂态特性,在风电穿透功率较大的电网时,会对原有电网带来一定的冲击,包括电压的波动和闪变、接入点短路电流的改变,对频率的影响等;同时,也将改变原有电网的潮流分布、线路传输功率甚至整个系统的惯量,增大了电网控制的难度。
2、太阳能光伏发电技术
太阳能发电主要的利用方式是通过光伏电池将光能直接转化为电能。光伏发电具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单等优点,而发展的主要制约因素是成本较高,是常规发电上网电价的10倍多。但随着光伏发电技术发展、成本下降和能源资源形势及价格形成机制的变化,太阳能发电最终将成为具有明显竞争力的发电技术。光伏发电主要以独立运行或并入大电网运行两种方式加以利用。其中,并网运行通过并网逆变器连接光伏阵列模块和电网关键部件,控制光伏阵列模块运行于最大功率点,并向电网注入正弦电流。并网后,光伏电池可以始终运行在最大功率点处。然而,由于太阳能的随机性与间断性,光伏发电并网将可能引起系统电压和频率的偏差、电压波动和闪变等问题,从而影响到系统的电能质量和稳定,亟需电网发展适当的控制手段加以实时控制和调度。
3、核能发电技术
核能发电技术最大优点是只需消耗很少的核燃料就可以产生大量的电能,每千瓦时电能的成本比火电站要低20%以上。目前,多数核电站采用先进的压水堆技术,具有3道屏障使核电站运行的辐射影响远远低于天然辐射。然而,核电的调峰能力较差,通常需要水电和火电的协调运行以控制出力。
4、水力发电技术
水能是可再生的清洁能源,在我国储量丰富。水电机组具有响应灵活、启动速度快、可调节范围广、跟踪负荷变化能力强的优点。但由于大型水电站会影响周边生态环境平衡,近年来小型水电站(小水电)成为了水电技术的主要发展方向。我国小水电大部分是径流式电站,出力主要决定于河流的天然流量及落差,往往与降雨量之间的关系非常明显。因此,小水电发电负荷的不确定性较强,表现出的规律性往往并不理想,并且调节能力较差,亟需研究预测模型的方法以提高发电负荷预测的准确性。
5、燃料电池技术
燃料电池工作时不需要燃烧,副产品仅为热、水和少量CO2等。此外,通过热电联产利用,可更大地提高能源利用率。燃料电池发电系统不受天气和时间等因素的限制,可持续、稳定、可靠地发电运行,更能满足电网调峰和用户供电保障的要求。然而,燃料电池材料制备工艺却会对环境有所污染且成本较高。因此,在制备工艺和器件技术上的突破是未来降低燃料电池成本和减少污染的关键。此外,燃料电池产生的直流电能电压较低,需通过超兆瓦电力调节系统将其转换为高电压向电网输送。
三、清洁能源并网中存在的问题
1、拉手线路并网
在传统火力发电厂中，采用双向供电的并网模式，在每条线路上安装一个双向计费系统，以发电厂并网回路中的电流量为基础，计算出整个火力发电厂的发电量。如果将这种计算模式利用到清洁能源之中，由于清洁能源企业发电量较小，导致清洁能源企业的发电量很难被计算出来。与此同时，在发电企业中，由于励磁电流管理问题，当容量较小的电场被并入到容量很大的发电系统时，会使各个控制回路变得十分复杂，影响了小容量发电厂在整个回路中的正常运行。
2、双向计量问题
在传统发电系统中，双向计量系统均是通过电磁驱动而完成相关工作，由于电磁驱动往往需要较大的电力支持，因此并不能将小容量发电设备在并网时的电能需求量有效反应出来。电源容量与电厂中的装机容量并没有太大联系，它主要取决于发电厂在日常工作中的工作效率。
3、设备补贴与差价扶持
目前，很多清洁能源发电厂（包括风力发电和太阳能发电）主要收入来源包括：第一，国家电网为响应国家政策对电能进行回收；第二，企业所在的当地政府对清洁能源的资金扶持。从实际情况来看，我国清洁能源企业将主要任务都放在了生存之上，几乎没有精力去进行发展，很多清洁能源企业如果没有了政府支持，可能将无法维持一天的生产工作。
四、智能电网清洁能源并网控制的主要方式
清洁能源并入智能电网，可以将清洁能源的作用有效发挥出来。并网一旦实现，便可以提高电网的运行效率。另外，智能电网可以根据不同的电源类型实施不同的控制策略，实现对清洁能源的控制和管理。
1、电力电子技术的控制方法
光伏电池以及燃料电池等都需要使用电力电子变频器来实现控制变换，只有这样，才能实现与智能电网的相互连接。在逆变器使用过程中，需要以清洁能源并网为前提，与此同时，在清洁能源并网过程中，逆变器的设计十分重要，除了功能完备之外，还需要根据某些要求进行功能设计。
2、多代理系统的控制方法
一般来说，在太阳能和风能发电过程中，受地域影响极为严重，而且二者具有一定的互补性，这种互补性是为供电系统提供有效能源的重要形式之一。在现代智能电网中，多代理系统主要是控制发电代理以及发电单元代理等。通过这种方式，不但可以满足管理和分散的运行策略，还可以对各级电源实施有效控制。当负载信息或者其他指令信息由代理系统生成到发电单元之后，之后发电单元经过一系列作用，将信息数据传送到用户代理手中，实现智能电网中的双向沟通。
3、虚拟发电厂控制方法
在虚拟发电厂发电过程中，其发电技术的主要原理便是将电网中清洁能源和电网中受控制的电荷以及储存能量的系统三者结合在一起，组成一个特别的电厂，使其加入到电网运行之中。因此，虚拟发电厂能够实现清洁能源的有效接入和控制，并将其中存在的问题有效解决。在虚拟发电厂中，每个分系统都会与能量管理系统相连接，如果再将智能电网加入其中，便会使控制中心获得双向传输功能。
4、智能电网高级故障管理技术
在智能电网中，高级故障管理为实现这一目标提供了很好的机会。高级故障管理系统是根据智能控制中心的电网自动化和继电保护装置等实施的一种特殊管理策略。为了使发电单元的稳定性获得提升，工作人员需要提前将孤岛运行的条件进行处理，并根据具体容量对孤岛运行的供电量进行合理调整。在切换运行方式之前，工作人员还要对发电单元的电力耦合设备进行检查，确定好微处理器的工作状态是否稳定，确保在孤岛运行状态下，让电网中各个回路受到有效保护。
结束语
以智能电网技术的清洁能源并网技术为基础，积极发展我国智能电网，可以帮助解决目前我国能源紧缺的问题，同时改善气候，缓解部分环境污染的问题等。智能电网技术在世界范围内，算是比较新的事物，就会造成不同国家，或相同国家的不同地区对智能电网设备制造、检测以及调试等方面，缺乏统一的标准。因此，智能电网的建设可以说是一项长期浩大的工程。在智能电网的支撑下，清洁能源入网即使会出现明显的技术难题，但由于清洁能源是解决大气污染等环境问题的最佳途径，因此工业和学术领域应该表达出对清洁能源并网技术的足够重视。
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论文作者:祁天东1,邹翔2,张俊伟3
论文发表刊物:《电力设备》2018年第8期
论文发表时间:2018/6/27
标签：电网论文; 清洁能源论文; 智能论文; 技术论文; 光伏论文; 电能论文; 能源论文; 《电力设备》2018年第8期论文;