智能电力转换——新一代可再生能源逆变器将如何改变今后分布式能源发电和电力分配?
发布时间:2011-06-13     来源: 光伏产业观察网
本文摘要: 新一代商用和公用事业级太阳能逆变器将成为推动大规模分布式能源系统发展的核心技术产品。通过集更大容量、更可靠输出质量和先进的控制性...

    新一代商用和公用事业级太阳能逆变器将成为推动大规模分布式能源系统发展的核心技术产品。通过集更大容量、更可靠输出质量和先进的控制性能于一身,这些更加强大、高效和智能的逆变器将逐步提升可再生能源发电和电力分配的可控性和整体性能表现。逆变器通过先进的诊断和预测功能来提高有效发电量,使系统修理和维护的需求和周期最小化。正是因为这些,逆变器成为了未来提升可再生能源系统性能的关键因素。

逆变器角色定位

    与传统的液压或蒸汽式涡轮驱动发电不同,可替代能源(例如光伏PV和燃料电池FC等能源)发电为逆变器带来三个独特的机遇。 

快速反应的基石

    许多可替代能源生成的是直流电(DC),但是终端调节特性较差,这就需要有效的电力转换,最普遍的方式是使用逆变器把电能转换为稳定的交流(AC)或直流(DC)电压再输送给电力客户或公共电网。这种电力互联节点可以被用来进行电力增值服务。

    逆变器其本质就是能量转换和控制系统中的智能设备。它能够感测多种情况变化;可以存储、处理和应对这些情况的发生,同时报送远程管理系统。作为可再生能源发电系统的智能部件,逆变器的真正价值还并未得到完全认识,但是今后随着可再生能源产业地不断壮大,逆变器将变得越来越重要。逆变器可以汇总多种感测数据,或发送这些数据做远程分析,或关联自身数据并与基准值比较,从而检测或预报系统运行和性能的不正常情况。诊断可以在逆变器内部进行,也可以在外部硬件上操作。通过诊断可以判断系统的运行状态和可能引起性能下降的原因,使维护人员有备而来,极大地提高现场维护能力。

电网稳定的载体

  逆变器在可再生能源发电中的第二个机遇在于发电环境因素导致的电力输出多变性,例如风力的间歇性和天气的变化。可再生能源具有显著的周期性,其能量输出呈现由有至无的波动特征。这个特征不仅把可替代能源这种理想的基础能源发电方式和更为线性的传统能源发电方式区分开来,而且也是传统能源发电的补充,因为可替代能源发电的周期正好与用电高峰阶段相吻合。鉴于这种补充型的基础发电和峰值发电特性,所要面临的挑战就变成如何最优化管理可替代能源发电系统,使得每种能源在尽可能长的发电周期中实现最大的电力产出。

    逆变器除了向电网输送有功功率外,还具有提供无功功率、保持相位平衡、消除谐波等功能。如果一台连接可再生能源发电系统的逆变器没有被充分利用,它还可以作为受电网控制的有源滤波器。这种快速的或“动态的”无功功率对保持电网电压的稳定性至关重要,这在2003年美国东北部大面积停电事件的相关报告中得到证明,如果在系统的关键点注入超前或滞后的无功功率,可使系统提高对电压扰动的快速补偿能力。作为一个分布式的、动态可控的资源,光伏并网发电系统天生就具有这种重要的无功功率补偿功能。

供需双方的接点

  逆变器在可再生能源发电中的第三个机遇在于对电力分配和整体发电质量的挑战。可替代能源发电系统经常被设在远离居民区和电力负载中心的地方。这种分布方式拉开了电力供应方和需求方之间的距离,使作为两方连接点的逆变器变得更为重要。在这里逆变器起到了两个方面的作用:第一,管理和获取输入电流的最大功率;第二,电力调节——把清洁的、符合标准的交流电输送到电网。因为逆变器的电子特性和高于电网频率几个数量级的开关频率,使逆变器可以输出优质的电能。

真正的电力资产

  逆变器因其迅速和智能的特性成为电网中的一种重要资源,其具备的通信功能可达到数据统一汇总和系统统一管理的效果,从而可以作为大型电站或灵活的电网系统中的高效设备。高速的、集成化的、分布式发电已被证明是当今电网中极有价值的发电方式,甚至可以替换某些地区的旋转备用系统,因此,并网逆变器为发电系统提供了具有快速响应能力和可控性的终极解决方案。朝着大型的、兆瓦级的可再生能源分布式发电系统方向发展已经是一种被广泛认知的重要趋势。这些大型的电力系统通过降低安装成本、提高大规模互联和逆变器效率、以及通过直接中压互联提高电网集成度,实现了真正的规模经济。

  因为电子设备的处理能力远超传统并网设备,所以关于并网逆变器对电网稳定性的影响存在顾虑是可以理解的。严格的互联条例,诸如UL1741和IEEE1547,已经被制定出来用以规范和控制这种互联性能。在大多数互联需求中,逆变器高速运行的特性已演变为一种阻碍,因为对于这种互联方式的管理比对火力发电厂的互联更为严格。随着并网容量的增加,对于逆变器及并网要求态度的转变是非常有可能的,就像穿越能力已经出现在对并网风力发电系统中,取代了仍应用于其他可再生能源和分布式发电系统的并网要求。先进的逆变器角色将变得越来越重要,因为他们在可再生能源系统的发电过程中,穿越电网扰动,而不是简单跳闸;先进的逆变器还可以在孤岛状况下可控运行,也可以在配有辅助发电系统、存储系统及实时负载控制功能的微电网中运行。

  新一代逆变器将成为可再生或可替代能源(如光伏或燃料电池)与公共电网之间的纽带。它将在大规模系统中高速运行,提供有源滤波器附加功能,并可以远程控制。万事具备,下一步就是集成到电网和SCADA系统中,使逆变器和可再生能源真正成为公共电网不可或缺的一部分。

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