大型并網光伏電站關鍵技術及存在問題綜述

孫惠

摘 要：隨著社會的不斷發展，傳統的化石能源很難滿足需要。太陽能作為一種可再生能源，擁有獨特的優勢，其應用前景廣闊。利用太陽能并網光伏電站逐漸成為研究熱點。文章介紹了大型并網光伏電站的概念及其系統結構，綜述了在大型并網光伏電站建設中的關鍵技術研究進展，并指出該技術存在的一些問題。

關鍵詞：大型并網；光伏電站；關鍵技術；存在問題

前言

能源是人類社會賴以生存不可或缺的東西，能源的合理利用可以顯著提高社會的經濟效益，改善人們的生活水平，對人類的生存發展起著決定性作用。但是目前人們所使用的多數為不可再生能源如煤炭、石油、天然氣等，這三種能源的消費結構分別為27%，41%和23%。有報告稱：該類化石能源儲存僅僅能保證不超過人類170年的消耗[1]。但是隨著人口數量的增加，社會的進步以及經濟騰飛的需要，人類不久將面臨能源枯竭的危險。更令人擔心的是，一旦世界能源儲備耗盡，勢必會導致一場全球范圍內的經濟戰爭，甚至世界大戰。核能源為上述問題的解決提供了希望，核能源在使用過程中不會因為產生有害氣體而污染空氣，但其利用仍然處于初級階段，對核泄漏和核廢料的處理技術有待進一步提高。光伏電站技術作為一種新型的可再生能源，擁有獨特的優勢，其來源廣泛，使用過程中不產生污染[2]。故對光伏發電技術的推廣勢在必行，具有巨大的現實意義且能產生明顯的經濟價值。文章介紹了大型并網光伏電站的概念及其系統結構，綜述了在大型并網光伏電站建設中的關鍵技術研究進展，并指出該技術存在的一些問題。

1 大型并網光伏電站的概述

目前，大型并網光伏系統大概可劃分為分布式發電體系和荒漠電站體系，其工作原理是先將直流電（太陽能電池組件產生的）變成生活中所需要的交流電，然后接入公共電網進行并網。該并網系統所需的最重要部件是并網逆變器（含控制輸出電流、檢測電網信號、最大功率點跟蹤、抗孤島），并網逆變器包含了檢測控制并網和保護功能。根據目前的研究，我國的并網光伏電站發展較慢，仍然還有較多問題需要解決。此外，由于缺乏相應的實驗數據，并網光伏發電站對電網是否會有影響也不得而知。此外，并網光伏發電站能量密度較低、穩定性較差、調節能力也相對較弱，氣候、天氣及地理位置的差別等都會對發電量產生極大影響。因此深入探討并網光伏發電體系模式，對加快能源結構調整從而提高清潔能源利用率等都具有重要的意義。

2 大型光伏電站并網系統結構

光伏電站并網系統按結構分包括單級結構和二級結構。前者利用逆變器將光伏電站系統輸出的直流電逆變成與并入的電網電壓幅值相同，頻率相同的電能。而二級結構則是利用轉換器（DC/DC）先將光伏電站產生的直流電的電壓升高，后借助DC/AC逆變器將其轉化為預計的交流電，最終完成并網。大型光伏電站一般具有大容量，復雜的控制體系，為了降低轉換過程中電能的的損耗，增加效率，較多地方選擇單級結構。光伏電站并網過程中，其關鍵技術莫過于對并網逆變器的構造及操控方式的科學設計。一個好的并網逆變器不僅能提高降低發電成本，增加發電效率，還能優化并網后電能質量。但是大型光伏電站可能導致電網的孤島效應、電壓閃變、諧波污染及低電壓穿越能力等，這些亟待處理的問題已經對逆變器控制策略提出來新的要求。逆變器的設計應該使其有效控制功率、補償無功及諧波電流等功能，以降低對電網的不利一面。

3 大型并網光伏電站主要技術研究現狀

3.1 光伏電站配件設計技術

光伏電站的組件非常多，其中最貴的元件光伏電池的轉換效率一直是領域內十分重視的課題。隨這科技的發展，在基于單、多晶硅與薄膜電池應用后，人們已經開發出能將太陽光聚焦很多倍的光伏元件（聚光式）。相信未來元件開發定能實現能量的高效轉換。

3.2 高性能變換技術

光伏電站由非常多的元件組成，但是光伏并網逆變器始終扮演著舉足輕重的作用。多逆變器元件主要起著兩大重要的功能：協調控制與集群。主要包含兩方面的內容，其一，利用逆變器的統一操控弱化彼此之間的負面影響，如內部環流、多機孤島沖突及諧波爭議等；其二，借助系統控制策略完成逆變器集群一致工作，從而實現低電壓穿越、功率調節、孤島檢測、機組高效運行等功能。

3.3 最大功率跟蹤技術

最大功率點跟蹤技術（Maximum Power Point Tracking， MPPT），是指控制器能夠實時偵測太陽能PV陣列或風力發電機的發電電壓，并追蹤最高功率值（VI），使控制器系統可以從PV陣列或風力發電機中獲得最大的功率進行充放電的管理。一般的MPPT技術包括：基于電壓電流檢測的直接控制法、基于參數選擇的間接控制法以及基于現代控制理論的人工智能算法等。間接控制法應用經驗公式及提前存在的數據庫獲得最大功率點，但該算法很難完成對變化模式下的最大功率點開展實時跟蹤，且具有較大相對誤差。而通過檢測電壓電流來實現對最大功率點的在線跟蹤控制具有明顯的優勢。有研究發基于現檢測電壓電流的檢測方法精度較高，能夠實時進行MPPT控制，滿足一般場合要求，因此在實際應用中使用最為廣泛[3]。

3.4 孤島效應檢測技術

孤島效應就是當供電系統因故障事故或停電維修等原因停止工作時，安裝在各個用戶端的光伏并網發電系統未能及時檢測出停電狀態而不能迅速將自身切離市電網絡，而形成的一個由光伏并網發電系統向周圍負載供電的一種電力公司無法掌控的自給供電孤島現象[4]。孤島效應檢測可分為被動式及主動式檢測技術兩類。被動式檢測法包括電壓頻率檢測法、電壓諧波檢測法、相位跳變檢測法等。被動檢測法易于實現，但是在非檢測區內被動檢測將失效。主動式檢測法一般分為功率擾動法、電壓擾動法和頻率擾動法等。王飛提出了一種基于相位超前的孤島效應檢測方法[5]。該檢測方法在電網斷電時，改變電流與電壓之間的相位，則系統輸出頻率將會隨之改變，這有助于縮短檢測時間，可采用不同的參數來實現逆變器并聯檢測。

4 大型并網光伏電站存在的主要問題

隨著技術的不斷發展，大型并網光伏電站在運行過程中也發現了不少問題，如：（1）大型并網光伏電站經常會由于光伏組件的差異而使得大面積光伏陣列呈現出與單個光伏電池小面積光伏陣列；（2）光伏發電并網逆變器易產生諧波和三相電流不平衡等問題，且輸出功率的不確定性易造成電網電壓波動；（3）大型光伏發電并網會對電網產生一系列的不良影響如光伏發電的間歇性出力會直接造成電網的電壓波動變。

5 結束語

隨著科技的不斷發展，社會對能源的需求逐年增加，傳統化石能源由于其儲量有限且不可再生等特點，使得其很難滿足社會需要。近年來，研究者將目光轉向了效率高、容量大、運行穩定的光伏能源。作者相信隨著科學技術的不斷發展，網光伏電站一定會有廣闊的應用進展。

參考文獻

[1]趙爭鳴，雷一，賀凡波，等.大容量并網光伏電站技術綜述[J].電力系統自動化，2011，35（12）：101-107.

[2]王敏，宗炫君，袁越，等.含光伏電站的發電系統可靠性分析[J].中國電機工程學報，2013，33（34）：42-49.

[3]陳亞愛，李津，周京華.并網光伏電站控制技術綜述[J].2014，38（4）：583-585.

[4]喬于軒，張代潤.光伏并網系統的孤島效應檢測技術[J].電源技術應用，2010，11：23-26.

[5]王飛.單相光伏并網系統的分析與研究[D].合肥：合肥工業大學，2005.endprint