智能发电解析及应用-智能变电站实用技术问答

第二节　智能发电

1.智能发电的发展目标是什么?

答:智能发电的发展目标是通过深入研究和应用网厂协调技术、风电及太阳能发电并网技术和大容量储能技术，促进电源结构优化，适应清洁能源规模化发展。具体内容为:促进电源结构优化，强化网厂协调，全面完成涉网机组励磁系统、调速系统的参数实测;研究和应用常规机组快速调节技术;依托国家能源大型风电并网系统中心和国家能源太阳能发电研发中心等重点工程，加快清洁能源发电及其并网运行控制技术研究，重点开展风电功率预测和风电场多时间尺度建模、低电压穿越和有功无功控制等问题研究，建立风电功率预测和运行监控系统，促进大规模清洁能源科学合理利用;推动大容量储能技术研究。

2.智能发电主要涉及哪些技术领域?

答:智能发电主要涉及常规能源、清洁能源和大容量储能应用等技术领域。

(1)在常规能源方面，主要开展常规电源网厂协调关键技术(参数实测、常规机组快速调节技术以及常规电源调峰技术等)研究及应用;研制大型能源基地机组群接入电网的协调控制系统及设备，水电、火电、核电机组优化控制系统，机组和设备状态监测与故障诊断系统等。

(2)在清洁能源方面，主要开展风电场、光伏电站的建模、系统仿真、功率预测和并网运行控制等先进技术的研发及推广应用;研制大规模可再生能源接入电网安全稳定控制系统、可再生能源发电站综合控制及可靠性评估系统、可再生能源功率预测系统、风光储互补发电及接入系统等。

(3)在大容量储能应用方面，需要研制大容量储能设备。结合各种储能技术的特点，在抽水蓄能电站的智能调度运行控制系统、化学电池储能装置(如钠硫电池、液流电池、锂离子电池)等方面实现突破。

3.新能源发电有哪些类型?

答:与广泛使用的常规能源(如煤、石油、天然气、水能等)相比，新能源是指在新技术基础上开发利用的非常规能源，包括风能、太阳能、海洋能、地热能、生物质能、氢能、核聚变能、天然气水合物能源等。

新能源发电是指把新能源转换为电能的过程。

风力发电和太阳能发电作为技术成熟、具有规模化开发和商业化应用的新能源发电方式，发展速度居于新能源前列，其主要特点有:可再生、分布广、低污染;能量密度低、单机容量小;间歇性、周期性、随机性、波动性;大量采用电力电子技术;有分散和集中开发两种典型的接入电网方式。

4.什么是并网型风力发电系统?

答:并网型风力发电系统是指风电机组与电网相连，向电网输送有功功率，同时吸收或者发出无功功率的风力发电系统，一般包括风电机组(含传动系统、偏航系统、液压与制动系统、发电机、控制和安全系统等)、线路、变压器等，其结构见图1－1。

5.光伏电池的原理是什么?

答:光伏电池是利用光伏效应直接将太阳能转换为电能的装置。光伏效应又称“光生伏特效应”，是指光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象。太阳光照射光伏电池，太阳光的光子在电池里激发出电子空穴对，电子和空穴分别向电池的两端移动，如果外部构成通路，就形成电流，产生电能。

图1－1　并网型风力发电系统的结构示意图

光伏电池主要分为晶硅类(单晶硅和多晶硅)、薄膜类和化合物类(非晶硅、铜铟镓硒、砷化镓、碲化镉等)和新概念类(染料敏化电池等)。

目前比较成熟且广泛应用的是晶硅类电池。在能量转换效率和使用寿命等综合性能方面，单晶硅和多晶硅电池优于非晶硅电池。目前大规模工业化生产条件下，单晶硅电池的转换效率已达到了16%～18%，多晶硅电池的转换效率为12%～14%。多晶硅比单晶硅转换效率低，但价格更便宜。

6.太阳能发电有哪几种方法?

答:太阳能是一种极为丰富的能源，地球每年所接收的太阳能大约为地球上同期消耗能量的几万倍。太阳能是一种清洁能源，这在环境污染日益严重的今天，尤为重要。目前，太阳能发电有两种方法。一种是先将太阳能转换为热能，然后按常规方法发电，称为太阳能热发电。另一种是通过光电器件(如太阳能电池)将太阳能直接转换为电能，称为太阳能光发电。

7.发展分布式发电有何意义?

答:分布式发电(distributed generation，DG)指为满足终端用户的特殊需求、接在用户侧附近的小型发电系统。它具有以下意义:

(1)分布式发电系统中各电站相互独立，由于用户可以自行控制，不会发生大规模停电事故，所以安全可靠性比较高。

(2)分布式发电可以弥补大电网安全稳定性的不足，在意外灾害发生时继续供电，已成为集中供电方式不可缺少的重要补充。

(3)可对区域电力的质量和性能进行实时监控，非常适合向农村、牧区、山区，发展中的中、小城市或商业区的居民供电，可大大减小环保压力。

(4)分布式发电的输配电损耗很低，甚至没有，无须建配电站，可降低或避免附加的输配电成本，同时土建和安装成本低。

(5)可以满足特殊场合的需求，如用于重要集会或庆典的(处于热备用状态的)移动分散式发电车。

(6)调峰性能好，操作简单，由于参与运行的系统少，启停快速，便于实现全自动。(www.xing528.com)

8.分布式发电技术有哪些?

答:(1)燃气轮机、内燃机、微燃机发电技术。

(2)光伏(photo－voltaic，PV)发电技术。

(3)燃料电池(fuel cell)发电技术。

(4)生物质(biomass)发电技术。

(5)风力发电技术。

(6)分布式储能技术。

9.分布式发电接入配电网的基本要求有哪些?

答:(1)与配电网并网时，可按系统能接受的恒定功率因数或恒定无功功率输出的方式运行。分布式发电本身允许采用自动电压调节器，但在进行电压调节时应遵照已有的相关标准和规程，不应造成在公共连接点(point of common coupling，PCC)处的电压频繁越限，更不应对所连配电网的正常运行造成危害。一般而言，不应由分布式发电承担PCC处的电压调节，该点的电压调节应由电网企业来负责，除非与电网企业达成专门的协议。

(2)采用同期或准同期装置与配电网并网时，不应造成电压过大的波动。

(3)分布式发电的接地方案及相应的保护应与配电网原有的接地方式相协调。

(4)容量达到一定大小(如几百千伏安至1MVA)的分布式发电，应将其连接处的有功功率、无功功率的输出量和连接状态等方面的信息传给配电网的控制调度中心。

(5)分布式发电应配备继电器，以使其能检测何时应与电力系统解列，并在条件允许时以孤岛方式运行。

(6)与配电网间的隔离装置应该是安全的，以免在设备检修时造成人员伤亡。

10.分布式发电对电能质量有何影响?

答:分布式发电相关的电能质量问题主要应考虑以下方面。

(1)供电的短暂中断。许多情况分布式发电设计成当电网企业供电中断时，它可作为备用发电来向负荷供电，较典型的是采用柴油发电机作为备用电源。但从主供电电源向备用电源的转移往往不是一种无缝转移，开关切换需要一定的时间，所以可能仍存在极短时间的中断。如果正常运行时，分布式发电与电网企业的主供电电源并列运行，情况有可能好一些，但需要付出一定的成本费用，并且还要受到容量和运行方式的限制。如果分布式发电处于热备用状态，且与系统并列运行或同时还带部分负荷，一旦系统出现故障，若分布式发电容量太小，或转移的负荷太大，则可能需要切除部分负荷，也可将负荷分组，在电源转移时仅带少量不可中断的负荷，否则会引起孤立系统电压和频率的下降并越限，无法维持正常运行。

(2)电压调节。由于分布式发电的发电机具有励磁系统，可在一定程度上调节无功功率，从而具有电压调节能力。由此，一般认为分布式发电可以提高配电馈线的电压调节能力，而且调节的速度可能比调节变压器抽头或投切电容器快，但实际上并非完全如此。当分布式发电远离变电站时，对变电站母线电压的调节能力就很弱;有些发电机采用感应电机(如风力发电机)，可能还要吸收无功，而不适用于电压调节;逆变器本身不产生无功功率，需要由其他无功设备作补偿;电网企业往往不希望分布式发电对公共连接点处的电压进行调节，担心对自己的无功调节设备产生干扰;在多个分布式发电之间有时也会产生调节时的互相干扰;小容量的分布式发电通常也无能力进行电压调节，而往往以恒定功率因数或恒定无功功率的方式运行;大容量的分布式发电虽然可以用来调节公共连接点处的电压，但必须将有关信号和信息传到配电系统的调度中心，以进行调度和控制的协调。问题是分布式发电的启停往往受用户控制，若要其来承担公共连接点处的电压调节任务，一旦停运，公共连接点处的电压调节就有可能成问题。

(3)谐波问题。采用基于晶闸管和线路换相的逆变器的分布式发电会有谐波问题，但采用基于IGBT(绝缘栅双极型晶体管)和电压源换相的逆变器越来越多，使谐波问题大大缓解。采用后者有时在切换过程中会出现某些频率谐振，在电压波形上也会出现高频的杂乱信号，造成时钟走时不准等。这种情况需要在母线上安装足够容量的电容器，将高频成分滤除。

(4)电压暂降。电压暂降(vonage dip或vonage sag)是最常见的电能质量问题，分布式发电是否有助于减轻电压暂降，取决于其类型、安装位置以及容量大小等。

11.新型储能方式(装置)有哪几种?

答:储能方式，主要分为化学储能、物理储能。化学储能主要分为蓄电池储能和电容器储能，物理储能方式主要有飞轮储能、超级电容储能、扬水蓄能、压缩空气储能和超导储能。

12.储能装置在智能电网中所发挥的作用主要有哪些方面?

答:(1)调峰。发挥“削峰填谷”作用，改善了电力系统的日负荷率，使发电设备的利用率大大提高，火电机组的煤耗大大降低，足以补偿能量转换过程中的损失，从而提高电网整体的运行效率。

(2)降低发电成本。电能储存系统的发电成本普遍低于峰荷电源，而且具有不消耗一次能源、常用电率低、管理人员少等优点，能代替峰荷电源。

(3)提高可靠性。电能储存系统可作为电网应急备用电源迅速投入运行，从而提高供电可靠性。

(4)提高电能质量。适当控制的电能储存系统可以抑制电压的异常上升，并可减少系统调频设备，提高供电质量。

(5)改善电网特性。将储能设备与先进的电能转换和控制技术相结合，可以实现对电网的快速控制，改善电网的静态和动态特性。