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摘要：新能源具有着天然绿色的属性，近年来新能源发电的装机量与并网量逐年增加。在新能源转换领域，电力电子技术的应用是关键环节，它主要是将新能源发电经过变压器，转变为直流电，协调地接入电网之中。本文即对此展开综合分析，采用了文献资料法、行动研究法、经验总结法等研究方法。通过研究，明确了电力电子技术在新能源转换中的具体应用方式，探讨了现存挑战以及相关技术应用进展，希望能够提供一定的帮助。

关键词：电气工程；电力电子技术；新能源转换；应用进展

引言：

太阳能、风能和水能是非常清洁的可再生能源，光伏发电、风力发电和水力发电作为我国新能源战略部署的重点项目之一，探索新能源转化中电力电子技术的具体应用、面临挑战以及应用进展，无疑有着非常重要的价值。现阶段新能源转换主要是逆变器的稳定性、谐波影响、宽频震荡和有功平衡难度大等问题，对这些问题的解决方法研究进展不一，一些问题仍需要在未来持续研究来解决。

一、电力电子技术在新能源转换中的应用

新能源发电包括光伏发电、风力发电和水力发电，光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应，将光能直接转化为直流电，经过逆变、变压后并网；风力发电和水力发电是通过风力和水力带动叶轮旋转，产生交流电，或使用逆变器，它能够整流和同步电压、频率和相位，可经过变压后；或通过无逆变器直接连接技术（LVRT）以及变压后直接并网。

以光伏发电机组为例，电力电子技术在其转化中的应用包含有逆变器与变压器组件、无功控制组件、并网保护组件、防逆流组件、测量组件以及智能控制组件等。光伏发电机组利用半导体界面的光生伏特效应，通过逆变器调节，将直流电转变为交流电，在通过变压器，调整到合适的电压，随后协调地接入电网之中；无功控制组件是消除谐波影响，满足无功需求，实现电压稳定；并网保护组件则是保护分布式光伏系统及电网在余电上网过程中的异常损害，包括电压保护、过电流保护、频率保护等；防逆流组件则是防止电能从电网倒流回光伏系统；测量组件是经电表对上网流量进行测量；智能控制组件则起到智能控制、集成监控、故障诊断等作用[1]。

二、电力电子技术在新能源转换中的应用挑战

（一）逆变器的稳定性

新能源转换需要逆变器来逆变，或者进行整流和同步电压、频率和相位等，逆变器的稳定性自然是重中之重，逆变器在长时间、高负荷运行中，以及负载变动较大，输出电压较为频繁，或者开关管的导通和截止带来的毛刺电压等问题，都会导致逆变器的稳定性较差，容易出现老化和衰弱的问题，严重影响了新能源转化的效率和质量。

（二）谐波影响

在新能源发电并网过程中，会产生谐波影响。产生谐波影响的主要原因是新能源发电并网往往都要经过光伏逆变器、风电变流器，光伏逆变器、风电变流器是通过逆变器或变流器中的电力电子元器件的频繁开通和关闭来实现逆变、变流的，输入输出关系具有明显的非线性关系，就会产生一系列谐波。出现谐波影响，会导致变压器热量增加、铁芯耗损，导致电机效率下降、发热、震动和噪音，也会导致定容器出现损伤[2]。

（三）宽频震荡

由于风电的“弱转动惯量”和光伏的“零转动惯量”，导致新能源系统等值转动惯性大幅度降低，抗干扰能力随之下降。新能源机组调频、调压能力不足，则容易导致连锁脱网，导致宽频震荡现象多次发生。宽频震荡发生的机理，光伏发电与风力发电按类型可分为四类，如下图1所示。

（四）有功平衡难度大

电网是用多少电就只能发多少电，不能多发，也不能少，有功过剩会导致电网频率过高，危害电网上设备安全。常规火电机组的调频、调峰能力出众，在运行上下限内按照调度指令运行，而随着新能源大量接入，新能源发电的不确定性，势必对电网调频、调峰带来挑战。

三、电力电子技术在新能源转换中的应用进展

（一）光伏逆变器、风电变流器进展

保证光伏逆变器、风电变流器的稳定性，是新能源转换中的重要研究项目。在光伏发电模块中，多电平逆变器和模块化多电平转换器（MMC）的应用，根据正弦波的幅值大小采用阶梯波形去逼近正弦波，产生的电磁干扰较小，对于设备的影响也会较小。风电变流器中，采用全功率变流器，稳定性好，输出功率可调节，支持范围广，保证变流器在低风速条件下仍然能稳定运行。

（二）消除谐波影响

消除新能源转换谐波影响，主要是减少谐波输出，在并网方案上进行优化设计，提高载波频率，尽可能不产生谐波或谐波可控。此外，基于脉宽调制（PWM）技术的逆变器，以及应用无源滤波器、有源电力滤波器（APF），都有助于减少谐波的影响，无源滤波器多与谐波源并联运行，起到滤波作用以及无功补偿作用，有源电力滤波器则是主动向交流电网注入补偿电流，用来抵消谐波源产生的谐波[3]。

（三）宽频振荡

对于宽幅振荡的抑制，现在主要是从源、网两侧出发，源侧提取电气量，附加组尼控制与支路补偿，抑制宽频振荡；网侧通过串并联柔性交流输电系统及直流线路，对振荡源进行谐振处理。目前中国电力科学研究院已研发新能源宽频振荡测量技术与设备，能够精准定位振荡源，下一步重点在于宽频振荡自适应抑制，让宽频振荡自动得到抑制。

（四）有功平衡

对于新能源转换来说，利用基于模型预测控制（MPC），大幅度提升对于新能源并网功率的预测，完善新能源有功智能感知与控制技术，提升现场战级快速有功控制及频率支撑[4]。

四、结束语

综上所述，现阶段新能源转换主要是逆变器的稳定性、谐波影响、宽频震荡和有功平衡难度大等问题，相关电力电子技术不成熟，影响了新能源发电并网的质量和效率。在新时期，在光伏逆变器、风电变流器、消除谐波影响方面的研究已取得较好进展，宽频振荡抑制与有功平衡的研究，也会在未来持续完善。

参考文献：

[1]李美艳，彭建雄，杨卓，等.分布式光伏发电系统在小型污水处理厂的应用探索[J].天津科技，2023，50（02）：49-53.

[2]张开海.分布式光伏发电系统在某污水处理厂中的应用[J].中国给水排水， 2017， 33（22）：4.

[3]宋瑞平，陶如钧，李智行，等.双碳目标下城镇污水处理厂的绿色市政理念应用实践[J].中国给水排水， 2022（016）：038.

[4]房镇，傅洪波，丁良才.分布式光伏发电系统在污水处理厂的应用[J].节能与环保，2019，（09）：86-87.