杜喜信（河南第一火電建設(shè)公司，河南鄭州 450001）

大容量光伏發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)及其對(duì)并網(wǎng)的影響

杜喜信
（河南第一火電建設(shè)公司，河南鄭州 450001）

新世紀(jì)新能源發(fā)展的重要趨勢(shì)是大容量光伏并網(wǎng)發(fā)電。本文描述了大容量光伏發(fā)電的原理及特點(diǎn)，與其影響。并針對(duì)大容量太陽能光伏電站的并網(wǎng)要求，介紹了大容量光伏并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法。大容量光伏設(shè)備方面，低諧波、強(qiáng)可靠性的電網(wǎng)友好型光伏產(chǎn)品可以滿足效率需求。闡述了光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)造成的主要影響，并分析了產(chǎn)生這些影響的原因。

光伏發(fā)電 并網(wǎng) 逆變器

我國(guó)的太陽能光伏發(fā)電經(jīng)歷了與國(guó)外對(duì)接研發(fā)討論，以及國(guó)內(nèi)的若干示范工程的建設(shè)，積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，大規(guī)模大容量光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行一定會(huì)成為光伏發(fā)電的主要發(fā)展方向。光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面產(chǎn)生的光生伏特效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N新能源利用技術(shù)。主要部件主要由太陽能電池板、控制器以及逆變器三部分組成，再經(jīng)過太陽能電池串聯(lián)后，進(jìn)行封裝保護(hù)就可以形成大面積太陽能電池組件，最后配合功率控制器和其他部件光伏發(fā)電裝置就形成了。光伏發(fā)電系統(tǒng)包括許多種類，有離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)以及分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)等。本文所研究的主體就是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

1　大容量光伏并網(wǎng)發(fā)電原理與特點(diǎn)

1.1大容量光伏并網(wǎng)發(fā)電原理

大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)基本由一個(gè)或者多個(gè)基本單元構(gòu)成，圖1所示，每單元容量大約為0.3-1.0MW，其中大面積的光伏陣列組件在實(shí)施光電轉(zhuǎn)換后，會(huì)經(jīng)匯流器把直流電分配到逆變部分，由逆變器和濾波裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過逆變器控制，對(duì)光伏陣列的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。成為滿足用電要求的交流電，最后由變壓器升壓后使用。每個(gè)單元的逆變器可以是單臺(tái)，也可以以是多臺(tái)并聯(lián)。

1.2大容量光伏并網(wǎng)發(fā)電特點(diǎn)

光伏發(fā)電并網(wǎng)是通過太陽能組件制造產(chǎn)生的直流電，再經(jīng)過并網(wǎng)以及逆變器轉(zhuǎn)換，最終成符合國(guó)家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的交流電直接入公共電網(wǎng)，供人們使用。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要分為有蓄電池的和沒有蓄電池的系統(tǒng)，有蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)需要并入電網(wǎng)或退出電網(wǎng)，同時(shí)可以充當(dāng)備用電源的，在發(fā)生故停電時(shí)可緊急供電，帶有蓄電池的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)則不具備可調(diào)度性，也不能充當(dāng)備用電源，這種系統(tǒng)一般安裝在較大型的設(shè)備上。

目前的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)主要由太陽能電池陣列及并網(wǎng)逆變器兩部分組成，并安裝相應(yīng)的中央集控系統(tǒng)。大容量光伏發(fā)電運(yùn)行模式通過中低壓配電網(wǎng)接入超高壓大電網(wǎng)，在滿足逆變器輸出的正弦波電流頻率、相位與電網(wǎng)電壓的頻率和相位相同情況下，才可以實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)關(guān)鍵之處在并網(wǎng)逆變器，為滿足這個(gè)條件，改進(jìn)逆變器性能對(duì)于提高系統(tǒng)工作效率、提高系統(tǒng)可靠性、提高系統(tǒng)壽命、降低系統(tǒng)成本尤為重要。

2　關(guān)鍵技術(shù)及其對(duì)并網(wǎng)的影響

太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電需要用到許多方面的技術(shù)，隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的進(jìn)步與改進(jìn)，逆變技術(shù)未來會(huì)頻率更高、功率更大、體積更小產(chǎn)生更高的效率。目前逆變器的研究主要集中在最大功率點(diǎn)跟蹤、擾動(dòng)觀察法，及對(duì)于“孤島效應(yīng)”的防護(hù)檢測(cè)中。

2.1最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）

最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)主要通過調(diào)整光伏陣列端的電壓，使光伏陣列在不同氣候和各種不同環(huán)境下實(shí)現(xiàn)最大功率輸出。許多個(gè)小的太能電池組成一個(gè)太陽能電池板，根據(jù)所需求的電壓和電流，可以由不同數(shù)量的小太陽能電池塊串并聯(lián)獲得。每個(gè)太陽能電池都是由具有PN結(jié)的半導(dǎo)體組成，下圖即是太陽能電池板的等效電路模型。

2.2擾動(dòng)觀察法

擾動(dòng)觀察法指在每個(gè)小的控制周期內(nèi)，通過控制當(dāng)前太陽能電池輸出電壓基礎(chǔ)上，施加一個(gè)小的擾動(dòng)步長(zhǎng)。擾動(dòng)步長(zhǎng)可以在原電壓的基礎(chǔ)上增加或減小步長(zhǎng)，然后對(duì)比變化情況得到擾動(dòng)前后輸出功率。擾動(dòng)前后輸出功率可能存在擾動(dòng)后的功率輸出大于擾動(dòng)前的功率輸出，這種情況表明在該擾動(dòng)方向下輸出功率增大，則下一步擾動(dòng)仍保持相同方向。

2.3防孤島技術(shù)

美國(guó)有關(guān)專家把孤島效應(yīng)定義為：當(dāng)供電因故障或維修停電時(shí)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)未能將自身切離市電網(wǎng)路，結(jié)果和周圍的負(fù)載形成的一個(gè)電力公司無法掌握的自給供電孤島。孤島運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生幾點(diǎn)問題，第一，維修人員維修輸電線路的觸電危險(xiǎn)；第二，傳統(tǒng)繼電保護(hù)性能可能受到一些配電系統(tǒng)上的影響；第三，電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生孤島的區(qū)域與電網(wǎng)相位不同步造成聯(lián)網(wǎng)困難；第四，若采用單相逆變器可能造成孤島區(qū)域內(nèi)三相負(fù)載的缺相；第五，發(fā)生孤島時(shí)，若二次合閘會(huì)導(dǎo)致再次跳閘，損害設(shè)備和逆變器。

目前較有針對(duì)性的保護(hù)策略也逐漸誕生，比如當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)接入后會(huì)將電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)電流的大小、流向自動(dòng)改變，觸發(fā)各種保護(hù)裝置，繼電器保護(hù)區(qū)縮小。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，會(huì)引起裝有分散式發(fā)電分支繼電器的啟動(dòng)，對(duì)電路形成保護(hù)。因此，發(fā)生故障時(shí)，光伏電站的自動(dòng)保護(hù)裝置會(huì)形成保護(hù)，減少失誤動(dòng)作。

2.4技術(shù)條件下的影響

經(jīng)過配電網(wǎng)接入的光伏電站無論以什么方式接入方式，根據(jù)其判定是否向輸電網(wǎng)倒送功率，配電網(wǎng)中的潮流方向都將發(fā)生一些變化，從而導(dǎo)致一系列的影響。

伴隨科學(xué)力量的飛速提升與策略的逐漸進(jìn)步，也逐漸產(chǎn)生了更好的MPPT控制算法，較為完善的混合MPPT控制策略。相信這一關(guān)鍵技術(shù)很快就會(huì)在實(shí)際中應(yīng)用。因此，安裝了大容量光伏發(fā)電的電網(wǎng)區(qū)域需要嚴(yán)格遵循運(yùn)行規(guī)程，同時(shí)，需要借助氣候監(jiān)測(cè)部門的配

············

合，通過氣候狀況和發(fā)電預(yù)測(cè)技術(shù)結(jié)合，并伴隨與常規(guī)能源統(tǒng)一的調(diào)度平臺(tái)運(yùn)行，光伏功率預(yù)測(cè)是解決光電隨機(jī)性、功率波動(dòng)性的關(guān)鍵途徑。

3　結(jié)語

配電網(wǎng)中光伏電源帶來的變化將引起一系列問題，大容量光伏并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行都需要嚴(yán)格全面的考慮，以及成熟的技術(shù)支持。光伏并網(wǎng)發(fā)電所產(chǎn)生的系統(tǒng)效應(yīng)，例如諧波放大、系統(tǒng)震蕩，都是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)需要解決的主要問題。在光伏設(shè)備方面，大容量、高可靠性的電網(wǎng)效率提升以及友好型變換器，將成為各類產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)的光伏設(shè)備，必將創(chuàng)造出利用高效綠色清潔能源生活的將來。大容量光伏發(fā)電技術(shù)的成熟并逐漸為人所用，帶動(dòng)太陽能發(fā)電更好的未來，為世界的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造更大的利益。

［1］宋平崗，葉滿園.基于最優(yōu)梯度法MPPT三相光伏并網(wǎng)逆變器［J］.電力電子技術(shù)，2014年（02）：03-04.

［2］董密.太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制策略研究［D］. 2014.