电力电子技术在电力系统发展中的作用
—电力电子与新能源应用
随着经济的快速增长和社会的全面进步，我国的能源供应和环境污染问题越来越突出，开发和利用新能源的需求更加迫切。

电力电子技术作为新能源发电的关键技术，直接关系到新能源发电技术的发展及前景，紧密联系着社会的进步与需求。

因此，电力电子技术对新能源发电技术起着一定的决定性作用。

（一）风力发电
风能是洁净的，可再生的，储量很大的能源，风力发电现已成为风能利用的主要形式，受到世界各国的高度重视，而且发展速度最快。

风力发电通常有三种运行方式：一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电；二是风力发电与其他发电方式（如柴油机发电）相结合的联合供电方式，向交通不便的边远山村、沿海岛屿，或地广人稀的草原牧场提供电力；三是并网型风力发电运行方式，安装在有电网且风力资源丰富地区，常常是一处风场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向。

风力发电机组在不同风速条件下工作时，其发电机输出的电压的幅值和频率是变化的，因此需要配置电力电子功率变换器，通过功率变换器的换流控制，使输出电压达到恒压恒频的要求。

功率变换器与风力发电机的系统集成有两种方案：直接输出型风力发电系统和双馈型风力发电机系统。

图1给出了两种风力发电系统的结构。

（a）直接输出型风力发电系统
（b）双馈型风力发电机系统
图1风力发电系统的两种结构
（二）太阳能发电
太阳能供电系统结构如图2所示，通过太阳电池阵列的光电转换，将太阳能转变成电能，再由功率变换器将太阳电池输出的直流电转换成用户所需的电源形式。

根据用户要求，功率变换器可以选择直流斩波器进行DC/DC变换，或采用逆变器进行变换DC/AC变换。

此外，功率变换装置还应包括蓄电池系统，以平衡用电需求。

当阳光充足时，由太阳电池供电，同时向蓄电池充电；当夜晚或阳光稀少时，由蓄电池供电。

变流器的电路结构如图2所示。

图2太阳能供电系统结构
（三）燃料电池
燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的装置。

当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电。

依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及质子交换膜燃料
电池（PEMFC）等。

燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换效率高，且具有洁净、无污染、低噪声，模块结构、高功率比、可积木化及连续工作等特性。

燃料电池发电系统的结构如图3所示，系统通过由直流斩波器与逆变器组成的功率变换装置，使燃料电池的输出电压与用户需求相匹配。

图3燃料电池供电系统结构
新能源电力系统的共同特征是需要进行电源变换，即通过电力变换装置使发电设备输出的电能在形式上与现有的用电设备的要求相匹配，在品质上满足用户的需求。

如何采用电力电子开关器件构造合适的电力变换装置是解决上述问题的根本出路。

由于新能源电力系统中电能变换主要是DC/DC变换和AC/DC变换两种方式，因此，提高变流效率和功率密度显得尤为重要。

软开关技术是减低开关损耗、提高电流密度和转换效率的有效手段，因此需要开发基于软开关的变流器。

新能源发电装置所产生的电能主要还存在无法预测的周期性变化，例如风能、光伏发电等，如果将其电能直接输入普通电网，将会对电流带来不良影响，而电力储备装置就可以平衡能源发电输入与电网之间的矛盾。

电力储能技术有蓄水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、电池储能等它们都各具特点，各有优势，但它们的正常运行主要是依靠电子电力技术。

新能源发电多采用电力电子装置来实现功率转换，通常会给电网带来电力谐波，使功率因数恶化、电压波形畸变、增加电磁干扰，随着新能源发电规模的增大，因而给电网带来的电能质量问题越来越受到关注。

目前，谐波抑制主要有两种方法：无源滤波和有源滤波，无源滤波利用电容和电感谐振的特点来抑制特定频率的高次谐波分量和提高功率因数，但存在体积大、滤波频率固定和会出现串/并谐振等缺陷，限制了其应用场合。

近年来，有源滤波以其可补偿各次谐波，还可抑制电压瞬变、补偿无功等特点，成为一个研究热点，且在一些工业先进国家得到了大量应用，但在补偿性能、可靠性以及降低成本和损耗方面还有待进一步完善。

由此可见开发新能源，电力电子器件的应用和先进的控制技术是关键。

将最新的电力电子技术、控制技术应用于新能源中，提高新能源发电的效率和电力变换质量、降低成本，使得清洁新能源逐步替代传统的化石燃料，以改善人类生存的环境，提高人们的生活水平，具有重大的经济效益和社会价值。

鉴于此，电力电子技术在新能源的应用中有着不可估量的作用。