孫 靜

（新鄉(xiāng)職業(yè)技術學院信息工程學院，河南 新鄉(xiāng) 453006）

隨著工業(yè)化進程的加快，化石燃料的消耗問題越來越嚴重。為此，世界各國不斷開發(fā)新能源，試圖以可再生能源取代傳統(tǒng)能源。太陽能作為分布廣泛、來源充足的可再生能源，借助光伏被轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，環(huán)保無污染，由此成為當前重點開發(fā)的能源之一。近年來，隨著光伏組件成本的降低，光伏電站建設規(guī)模不斷擴大，但從實踐情況來看，光伏并網(wǎng)發(fā)電受到多種因素影響，存在運行不穩(wěn)定、儲能效率不高等問題，亟須通過技術優(yōu)化改善發(fā)電系統(tǒng)的儲能性能。

1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、最大功率點追蹤裝置、儲能裝置、逆變器及變壓器等構(gòu)成。光伏并網(wǎng)發(fā)電的基礎是光伏陣列，通過串并聯(lián)方式將電池連接并固定在支架上，以實現(xiàn)太陽能向電能的轉(zhuǎn)化。通常而言，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具備以下特征。其一，作為依賴太陽能的發(fā)電形式，光伏并網(wǎng)發(fā)電易受到溫度、光照強度、天氣等自然因素的影響，導致發(fā)電輸出功率波動性變化，難以保障穩(wěn)定的供電效果。其二，光伏并網(wǎng)供電時需借助逆變器進行電能輸出方式的切換，以實現(xiàn)并網(wǎng)的目的。但在并網(wǎng)過程中會因頻繁切換產(chǎn)生諧波干擾，通常要求總諧波必須低于15%，但過于頻繁的波動造成整個電網(wǎng)負荷增加，各種電流設備的壽命受到威脅。其三，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中電能接收端數(shù)量增加，很容易因電網(wǎng)故障或維修而發(fā)生跳脫，導致末端電器設備處于停滯狀況而被孤立，從而導致檢測失靈現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響

2.1 供電質(zhì)量

光伏并網(wǎng)發(fā)電過程中，云層、陰雨天氣會遮擋太陽，直接影響光伏發(fā)電效率，導致光伏并網(wǎng)發(fā)電出現(xiàn)頻閃、大波動等問題；部分發(fā)電系統(tǒng)在直流電轉(zhuǎn)換時，諧波干擾概率增加，導致電網(wǎng)運轉(zhuǎn)受影響。其一，針對天氣變化造成的光伏并網(wǎng)發(fā)電質(zhì)量下降問題，可通過新能源智能微網(wǎng)進行調(diào)節(jié)，或借助補償設備予以調(diào)度。一方面，分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要為當?shù)赜脩舴眨ㄟ^并網(wǎng)實現(xiàn)電能的補償或外送。為減少單一太陽能發(fā)電帶來的不穩(wěn)定性因素，可與風能發(fā)電組成新能源網(wǎng)，以解決光伏電網(wǎng)系統(tǒng)運行問題。另一方面，集中式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)則因設置補償發(fā)電設備，以增強電能波動時的調(diào)頻能力。其二，隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電比例的增加，諧波干擾問題愈發(fā)嚴重。其中，直流電在轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姷倪^程匯總會產(chǎn)生諧波，若電網(wǎng)中同時存在多個諧波，還可能出現(xiàn)高頻諧振。為此，除有效檢測光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的諧波外，還要通過以下兩種方式對諧波干擾加以控制。一方面，在逆變器中設計諧波抑制電路或校正電路，對產(chǎn)生的諧波干擾進行處理。另一方面，在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)末端增加處理裝置，對流入的諧波及畸變電流進行過濾處理。

2.2 供電保護

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在太陽光過強時，輸出功率顯著增加，很可能因電流過載引發(fā)保護實效問題。而且，特殊雷暴天氣下，外露的太陽能板可能遭受雷擊。同時，孤島現(xiàn)象帶來的維修風險，將進一步增加光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的保護成本。其一，光伏發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)前，支路潮流為單向流動，過載保護也不存在方向限制；而當光伏系統(tǒng)并網(wǎng)后，電網(wǎng)潮流呈現(xiàn)不確定性，此時需要借助方向保護裝置，避免系統(tǒng)因過載造成設備故障。其二，為避免雷擊對電力設備的損壞，可在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的重要部位安裝防雷裝置。一方面，對于光伏電池組等室外裸露裝置，可單獨設置環(huán)形防雷帶，以保護重要組件的使用安全。另一方面，對于變壓器類用電設備則可采用外接地線的方式，為整個光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)提供安全保障。其三，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)引發(fā)的孤島現(xiàn)象，不僅會造成供電管理混亂，還可能造成人身財產(chǎn)安全問題。因此，優(yōu)化孤島效應檢測機制能將危險因素降至最低。一方面，主動式檢測是在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中加入擾動信號，系統(tǒng)在正常運行時，因平衡作用擾動信號檢測不到；而當孤島干擾出現(xiàn)時，擾動信號對不斷累積并超過標準范圍，進而觸發(fā)抗孤島效應保護電路。另一方面，被動式檢測則通過逆變器輸出檢測，將其與并網(wǎng)標準進行比對，從而判斷是否出現(xiàn)孤島效應。

3 儲能型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的應用

對于大規(guī)模的光伏發(fā)電站，為減少各種影響因素的干擾，進一步提升發(fā)電效率，需要增加智能調(diào)節(jié)裝置或儲能裝置，以提升電網(wǎng)的輸電效能。而且，儲能型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)還能通過調(diào)控充放電過程，確保電量的穩(wěn)定輸出，減少不良運行引發(fā)的各類問題。

3.1 在緩解電網(wǎng)壓力中的應用

不同地區(qū)、城鄉(xiāng)之間的用電需求及時段不同，為降低供電系統(tǒng)壓力，最大限度滿足不同群體的用電需求，可采用儲能型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。儲存型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)本質(zhì)上是在電網(wǎng)負載較低時儲存電能，而在負載高端時進行釋放?！暗蛢Ω叻拧钡膬δ芊绞讲粌H保障了用電高峰時的電力供應，而且降低了波峰波谷供電對供電系統(tǒng)的沖擊，保障了光伏發(fā)電系統(tǒng)的平穩(wěn)運作。此外，微電網(wǎng)的設置進一步提升了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在供電正常狀況下，微電網(wǎng)可與光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)向分離，微電網(wǎng)處于獨立運作模式，能高效完成供電任務；而當光伏供電壓力過大時，光伏電池組成的微電網(wǎng)可發(fā)揮儲能優(yōu)勢，保障整個系統(tǒng)的安全運行。

3.2 在降低供電故障中的應用

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在運行時，為降低事故發(fā)生概率，需要具備一定的負荷調(diào)控能力。特別是在供電負荷高峰時，不同電網(wǎng)之間需要實現(xiàn)交替運作，以確保電網(wǎng)的安全正常運作。儲能型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)運行時，能確保至少有一條線路響應負荷，以避免高功率運作對設備的影響。不同電網(wǎng)的交替使用不僅實現(xiàn)了信息傳輸?shù)母咝Ч蚕恚医档土斯╇娬{(diào)整造成的電網(wǎng)運行不穩(wěn)定問題，將電能供應控制在合理范圍內(nèi)。此外，電能負荷轉(zhuǎn)移與電路調(diào)峰類似，能在需求少時儲存電能，在高峰時釋放電能，以實現(xiàn)電能資源的合理配置。儲能型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的負荷轉(zhuǎn)移功能，減少了電能供應不足帶來的不良影響。

3.3 在保障電能質(zhì)量中的應用

在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，儲能技術的創(chuàng)新應用實現(xiàn)了電能質(zhì)量的精準調(diào)控，并通過相角、濾波及電壓控制，進一步增加供電穩(wěn)定性。其一，以往電能供應質(zhì)量采用人工手段進行調(diào)控，細節(jié)問題容易被忽略，且用電壓力波動性變化時，人工調(diào)控準確性難以保障。而儲能型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能避免電量供應波動造成的供電質(zhì)量下降，避免了電網(wǎng)運行問題造成的局部停電問題，滿足居民的正常用電需求。其二，儲能型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不僅滿足了用戶高品質(zhì)的用電需求，而且能在電力故障或存在用電隱患時，為用戶提供自動斷電保護服務，并將斷電后釋放的電能加以儲存。其三，儲存型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具備良好的逆變控制能力，不僅能控制有源濾波，使供電電壓保持穩(wěn)定，而且能及時調(diào)整相角偏差，保障相角維持在合理范圍內(nèi)。

4 復合型儲能光伏并網(wǎng)系統(tǒng)

儲能型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的運行仍存在一些障礙，而復合技術的推廣應用進一步優(yōu)化了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的供電效率。以“超級電容+蓄電池”的復合型儲能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)為例，這種儲能方式能減少運行過程中的諧波干擾，還能與光伏陣列、轉(zhuǎn)化器等元件進行組合，以超級電容與蓄電池的優(yōu)勢互補達到緩解供電效率波動的效果。此外，復合型儲能發(fā)電方式具備良好的調(diào)度性，提升了抗外界干擾的能力，也讓整個發(fā)電系統(tǒng)更加穩(wěn)定。

5 結(jié) 語

光伏并網(wǎng)發(fā)電作為新能源利用方式，在科技的推動下，使用范圍不斷擴大。但受到電能質(zhì)量、供電穩(wěn)定性及安全性等因素的影響，光伏供電效果欠佳，甚至可能給電力設備帶來安全隱患。儲能型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的應用不僅提升了供電的穩(wěn)定性，而且實現(xiàn)了用電峰值波動時電能供應的優(yōu)化配置，滿足了人們多樣化的用電需求。雖然儲能型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)在原有技術上實現(xiàn)了突破，但研究人員仍需不斷優(yōu)化儲能技術，拓展光伏發(fā)電應用領域，擺脫火力發(fā)電的能源依賴，真正實現(xiàn)綠色環(huán)保能源的高效利用，讓太陽能發(fā)電惠及更多群眾。