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水电风能互补调节系统的研究

金华频董大富徐锦才(水利部农村电气化研究所浙江杭州310012)

【摘要】对风能水电互补调节系统进行研究，开发了虚拟负荷控制器，利用数控型虚拟负荷控制器配合进水量控制，充分利用具有随机性特点的风能来节约水能，低成本实现水电风能互补储能发电，开辟农村能源利用新途径，填补我国在农村水电和水电风能互补储能领域的空白，可以促进农村可再生能源综合开发利用。图2幅。

【关键词】水电风能互补虚拟负荷控制器互补储能发电

0引言

我国幅员辽阔，经济发展不平衡，中西部和沿海地区一些农村、海岛、牧区、边远山区，电网未能覆盖，能源短缺严重制约了这些地区的经济社会发展和人民生活水平的提高。最近几年，我国用于农村电网建设和改造的资金已经超过1600亿元，使农村的无电人口从7600万减少到了2300万，农村供电状况得到了很大的改善。但是，由于地理和经济上的原因，全国农村电力的发展还不平衡，现存的无电户大都远离电网，加上崇山峻岭的阻碍和人口居住的分散，如果电网再向山区延伸，其建设费用必将成倍增加；并且，无电人口的数目也不会因电网延伸而有明显的减少。据农村能源专家分析，全国现存的许多无电山区在20年之内不可能通过延伸电网来实现供电。无电、缺电、电费过高仍然是制约全国山区农村经济社会发展的主要原因之一。

目前，我国能源利用率只有32%左右，比国外先进水平低10多个百分点，主要工业行业能耗比国际先进水平平均高40%。可再生能源产业基础薄弱，规模小，技术水平低，竞争能力弱。从能源长期发展战略高度来审视，我国必须寻求一条可持续发展的能源道路。新能源和可再生能源对环境不产生或很少产生污染，既是近期急需的补充能源，又是未来能源结构的基础。目前我国以煤炭为主的能源消费结构，造成了空气、水等环境污染，而可再生能源基本不产生环境污染问题。

基金项目：科技部项目“农村地区分散型水电风能互补发电试验设备功能开发”(2006JG004300)。

1研究的意义

我国小水电资源及风能资源均较丰富，又具有极强的互补性，综合开发边远地区水电及风能资源在我国有着广泛的市场需求和发展潜力。风能发电是国家积极倡导发展的新型可再生能源，但风能具有不确定性和随机性，风力发电系统控制调节很不方便，为保障电力供应，一般采用风一光互补并通过蓄电池储能。对容量较大的孤立电网系统，风—光互补和蓄电池储能成本太高，不适合农村地区推广应用。采用水电风能互补调节系统，可以满足容量较大的孤立电网系统；利用数控型虚拟负荷控制器配合进水量控制，实现水电风能互补储能发电。

我所技术人员在美国ANSOFT公司的机电系统设计仿真软件基础上，通过二次开发建立了变速一恒频发电技术仿真系统模型，对小型孤立电网风能、水能联合互补发电进行分析。为我国偏远地区的孤立小电网更好地利用风能发电提供技术上的支持。对风能水电互补调节系统的研究，重点在于为现有农村小水电站配套虚拟负荷控制器；拓展现有小水电站设备功能，从而利用虚拟负荷控制器实现水电风能互补储能；开发具有无人值班特点的农村小水电站控制系统，使日后的运行维护大大减少，对于偏远山区和落后地区是一种福音，这就可以改善广大贫困地区缺电的现状，缓解山区用柴破坏环境的压力，符合国家以电代柴和绿化环保的政策。这一课题的研究成果，将开辟农村能源利用新途径，填补我国在农村小水电和水电风能互补储能领域的空白。研究意义主要有以下3点：1)改变不合理的能源消耗结构，提高边远地区清洁可再生能源利用率，有利于生态环境改善；2)通过水电一风能互补调节，提高风能资源的可利用率和开发价

小水电2010年第2期(总第152期)其他

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值，促进风能资源的开发利用；3)利用风、水各自季节性互补特点，提高区域电网稳定性。

2水电风能互补调节系统的研究

2.1虚拟负荷控制器研制

虚拟负荷控制器是一种通过改变虚拟负荷大小·来调节水轮发电机组出力的电子负荷控制装置，其特点是虚拟负荷的切换速度快，可以适应在水轮发电机组负载快速频繁的变化情况下稳定出力，保持频率稳定，特别适用于孤立运行的水轮发电机组的稳速装置。配置虚拟负荷控制器既可使水轮机控制结构简化、成本下降，又具有较高的自动化水平。此外，利用虚拟负荷控制