大容量并網光伏電站技術研究

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摘要：隨著我國經濟的快速發展，我國的工業化進程已經基本完成，國家和人們對電量的需求也越來越高，但是，當前我國最主要的供電模式還是火力發電，給環境造成了很大的污染。本文從大容量并網光伏電站的運行原理出發著手進行論述，指出了大容量并網光伏電站存在的主要問題，進而指出了解決大容量并網光伏電站存在問題的具體方法以及大容量并網光伏電站技術發展的前景。

關鍵詞：大容量；并網；光伏電站技術；火力發電；水力發電

建設大容量并網光伏電站是有效利用太陽能發電的有效方式，與離網光伏發電系統相比，大容量并網光伏電站能夠有效的省去蓄電池當作儲能的環節，利用大功率點跟蹤技術有效的提高系統運行的效率。由此可知，大容量并網光伏電站技術的發展前景非常廣闊。

一、大型并網光伏電站的運行原理

大容量并網光伏電站是由一個或者多個基本單元組合而成，每一個單元的容量大約為0.3-1.0MW。在這其中，大面積的光伏陣列組件在經過光電轉換之后利用匯流器把直流電分給了逆流部分，然后由逆變器和濾波裝置轉換成滿足電能質量要求的交流電，經過變壓器升壓后實現并網。利用逆變器進行有效的控制，調節光伏陣列的輸出電壓對MPPT進行控制，在大容量的并網光伏電站中，每一個單元的逆變器既可以是單臺的，也可以是多臺并聯的[1]。

和小容量的并網光伏發電系統相比，大型的并網光伏電站的運行具有自己獨特的特點[2]。首先，大容量并網光伏電站的發電系統的光伏陣列面積非常的大，組件性能有很大的不同，這主要是因為生產廠家與電池型號具有不同的光伏陣列差別，同時也是受實際運行條件不同導致的組件的溫度以及日照強度的影響。其次，大容量并網光伏電站的發電系統的并網逆變器的容量非常的大、型號非常的多樣化，一般采用的是多臺低壓逆變器的組合方式，由變壓器升到中高壓并網的一種方式。之所以采用多臺逆變器組合的目的是為了加大系統的冗余度，同時通過低光照實現逆變器的高轉換效率。最后，大容量并網光伏電站的發電系統可能會對當地的電網造成一些不利的影響，像電能質量的問題以及功率輸出不穩定引起的電壓波動等問題[3]。

二、大型并網光伏電站的發電系統運行過程中存在的主要問題

（一）組合光伏陣列中的多峰值特點

大容量的并網光伏電站因光伏組件的差異會導致大面積的光伏陣列呈現與單個光伏電池或者小面積的光伏陣列不一樣的輸出特性，而且不同極值點的大小會隨著光伏組件工作環境的變化而發生改變，導致常規的MPPT技術不能獲得全局最大的功率點。當前，我國的大部分大容量并網光伏電站人員還沒有充分的認識到這個因素對大容量并網光伏電站的發電系統的正常運行的重要性，在實際的工作中仍然采用的是常規的MPPT方法來對恒定電壓進行設計。為解決P-V曲線的多峰特性，必須設計出能獲得全局最大功率點的MPPT方法[3]。

（二）光伏陣列的溫升效應

光伏電池的輸出特性和運行穩定是緊密相連的，隨著溫度的身高，短路電流也會增加，開路電壓會大幅度的降低，導致大面積光伏陣列的輸出特性更加的復雜。而如果光伏陣列的輸出電壓低于逆變器的工作電壓，將很有可能導致逆變器無法正常運行[4]。

（三）熱斑效應對光伏陣列的影響

在大規模的光伏陣列中，組件會因遮擋而帶有負電壓，即是說出現了負載的情況，隨著熱耗的不斷增加將會產生非常大的熱量，從而形成局部的熱點，即我們所說的熱斑效應。熱斑受損是光伏電池中最嚴重的一種損壞，極有可能導致光伏電池出現永久性功率輸出錯誤或者開路失效的問題。還有一些光伏電池在受到高反壓、高溫以及高耗能等因素的影響，甚至可能會發生永久性的短路、燒毀情況[5]。

（四）逆變器的組合不是很理想

受不同光伏陣列的最大功率點的差異性影響，直流母線電壓的控制是不能對每一個光伏陣列的最大功率進行跟蹤的，更嚴重的問題是，直流母線的并聯給逆變器相互之間的零序環流提供了便利的途徑，在不同逆變器單獨控制與接觸信號的條件下，雖然入網的電流紋波非常的小，單逆變器輸出的電流紋波也會加強，致使逆變器的電感負擔過重，噪音和發熱加大[6]。

三、解決大容量并網光伏電站存在問題的方法以及其發展的前景

（一）創新大容量并網光伏電站的光伏陣列

光伏電站中花費最高的元件當屬光伏電池，它的轉換效率也是人們研究的重點。在單晶硅、多晶硅以及薄膜電池出現以后，可以實現太陽光集中多倍的聚光式光伏組件的廣泛應用，使其效率高達28%。光伏組件的另一個重要趨勢就是和DC/DC變換器的一體化，事實上，每一個組件都是一個小型的DC/DC變換器，從而構成了一個智能化的模塊，獨立的進行MPPT的保護控制。但是，光伏電池的抗風沙、抗高溫的重要特征還沒有引起人們的重視，我國在這方面的研究也比較的少。

針對大面積光伏陣列的多極值特征，必須找到能夠實現最大功率點的MPPT控制方法，從而解決算法的動態跟蹤性能問題。從目前的研究情況來看，有兩種方法可以實現，即全局搜索法與兩步法，利用這兩種方法可以有效的找到大面積光伏陣列的多極值特征[7]。

（二）高性能變換技術

多變換系統的運行關鍵在于其協調運行和集群特性。首先需要利用變換器來實現統一的控制，從而減小相互之間的不利問題，像多機孤島檢測的沖突以及內部環流和諧波的問題。其次也需要通過系統控制方案來實現變換器集群的統一協作，從而實現功率調節、孤島檢測、機組投切以及優化運行等重要功能，在這方面的研究，我國已經取得了一定的成果。

大型光伏發電設備的重要指標就是逆變效率，各個逆變器的生產廠商正在拓撲結構、開關頻率以及控制算法等方面進行研究，大多數的產品也可以達到30%以上的高效運行。研究人員也希望能通過利用合適的集群控制策略，來保證每臺機組都處于高效運行的狀態[8]。

電能質量問題是大型光伏并網系統中存在已久的問題。怎樣才能抑制低功率和弱電網狀態下電流諧波和多臺逆變器同時并網時電流諧波的疊加，以及怎樣保證在電網電壓諧波比較大時的低電流諧波，這都是必須要解決的關鍵問題。為解決這些問題，電力電子裝置的廠商大多數情況下都會采用拓撲結構，合理的設計電感和電容參數以及控制算法等，確保諧波的含量符合國家標準要求。

結語：

綜上所述，大容量光伏發電系統是解決我國用電問題的重要技術手段，它也能有效的降低在發電過程中存在的環境污染問題，對建設生態文明意義重大。但是，受技術因素的限制，大容量光伏發電技術還存在很多的問題，需要我們加大技術研究的力度，從而實現電網運行的高效、節能和環保。

參考文獻：

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[3]雷一，趙爭鳴.大容量光伏發電關鍵技術與并網影響綜述[J].電力電子，2010，03：16-23.

[4]曲兆旭.大容量并網光伏電站技術綜述[J].四川水泥，2014，11：40.

[5]李響，白首華，顏銘.大容量光伏電站并網穩定性分析及措施[J].電氣應用，2014，22：20-23.

[6]丁明，王偉勝，王秀麗，宋云亭，陳得治，孫鳴.大規模光伏發電對電力系統影響綜述[J].中國電機工程學報，2014，01：1-14.

[7]陳亞愛，李津，周京華.并網光伏電站控制技術綜述[J].電源技術，2014，03：583-585.

[8]孫惠.大型并網光伏電站關鍵技術及存在問題綜述[J].科技創新與應用，2014，22：47