大容量光伏發電關鍵技術及其對并網的影響

杜喜信（河南第一火電建設公司，河南鄭州 450001）

大容量光伏發電關鍵技術及其對并網的影響

杜喜信
（河南第一火電建設公司，河南鄭州 450001）

新世紀新能源發展的重要趨勢是大容量光伏并網發電。本文描述了大容量光伏發電的原理及特點，與其影響。并針對大容量太陽能光伏電站的并網要求，介紹了大容量光伏并網發電的關鍵技術的實現方法。大容量光伏設備方面，低諧波、強可靠性的電網友好型光伏產品可以滿足效率需求。闡述了光伏發電對電網造成的主要影響，并分析了產生這些影響的原因。

光伏發電 并網 逆變器

我國的太陽能光伏發電經歷了與國外對接研發討論，以及國內的若干示范工程的建設，積累了豐富的運行經驗，大規模大容量光伏發電并網運行一定會成為光伏發電的主要發展方向。光伏發電是利用半導體界面產生的光生伏特效應，將光能轉變為電能的一種新能源利用技術。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，再經過太陽能電池串聯后，進行封裝保護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電裝置就形成了。光伏發電系統包括許多種類，有離網光伏發電系統、并網光伏發電系統以及分布式光伏發電系統等。本文所研究的主體就是并網光伏發電系統。

1　大容量光伏并網發電原理與特點

1.1大容量光伏并網發電原理

大型并網光伏系統基本由一個或者多個基本單元構成，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施光電轉換后，會經匯流器把直流電分配到逆變部分，由逆變器和濾波裝置進行轉換，通過逆變器控制，對光伏陣列的輸出電壓進行調節與控制。成為滿足用電要求的交流電，最后由變壓器升壓后使用。每個單元的逆變器可以是單臺，也可以以是多臺并聯。

1.2大容量光伏并網發電特點

光伏發電并網是通過太陽能組件制造產生的直流電，再經過并網以及逆變器轉換，最終成符合國家電網標準的交流電直接入公共電網，供人們使用。并網發電系統主要分為有蓄電池的和沒有蓄電池的系統，有蓄電池的并網發電系統可以根據需要并入電網或退出電網，同時可以充當備用電源的，在發生故停電時可緊急供電，帶有蓄電池的光伏并網系統則不具備可調度性，也不能充當備用電源，這種系統一般安裝在較大型的設備上。

目前的光伏發電并網系統主要由太陽能電池陣列及并網逆變器兩部分組成，并安裝相應的中央集控系統。大容量光伏發電運行模式通過中低壓配電網接入超高壓大電網，在滿足逆變器輸出的正弦波電流頻率、相位與電網電壓的頻率和相位相同情況下，才可以實現光伏發電系統并網。光伏并網發電技術關鍵之處在并網逆變器，為滿足這個條件，改進逆變器性能對于提高系統工作效率、提高系統可靠性、提高系統壽命、降低系統成本尤為重要。

2　關鍵技術及其對并網的影響

太陽能光伏并網發電需要用到許多方面的技術，隨著電力電子技術和微電子技術的進步與改進，逆變技術未來會頻率更高、功率更大、體積更小產生更高的效率。目前逆變器的研究主要集中在最大功率點跟蹤、擾動觀察法，及對于“孤島效應”的防護檢測中。

2.1最大功率點跟蹤（MPPT）

最大功率點跟蹤技術主要通過調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境下實現最大功率輸出。許多個小的太能電池組成一個太陽能電池板，根據所需求的電壓和電流，可以由不同數量的小太陽能電池塊串并聯獲得。每個太陽能電池都是由具有PN結的半導體組成，下圖即是太陽能電池板的等效電路模型。

2.2擾動觀察法

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

2.3防孤島技術

美國有關專家把孤島效應定義為：當供電因故障或維修停電時，光伏并網發電系統未能將自身切離市電網路，結果和周圍的負載形成的一個電力公司無法掌握的自給供電孤島。孤島運行會產生幾點問題，第一，維修人員維修輸電線路的觸電危險；第二，傳統繼電保護性能可能受到一些配電系統上的影響；第三，電網恢復時產生孤島的區域與電網相位不同步造成聯網困難；第四，若采用單相逆變器可能造成孤島區域內三相負載的缺相；第五，發生孤島時，若二次合閘會導致再次跳閘，損害設備和逆變器。

目前較有針對性的保護策略也逐漸誕生，比如當光伏發電系統接入后會將電網結構和電網電流的大小、流向自動改變，觸發各種保護裝置，繼電器保護區縮小。當電網發生故障時，會引起裝有分散式發電分支繼電器的啟動，對電路形成保護。因此，發生故障時，光伏電站的自動保護裝置會形成保護，減少失誤動作。

2.4技術條件下的影響

經過配電網接入的光伏電站無論以什么方式接入方式，根據其判定是否向輸電網倒送功率，配電網中的潮流方向都將發生一些變化，從而導致一系列的影響。

伴隨科學力量的飛速提升與策略的逐漸進步，也逐漸產生了更好的MPPT控制算法，較為完善的混合MPPT控制策略。相信這一關鍵技術很快就會在實際中應用。因此，安裝了大容量光伏發電的電網區域需要嚴格遵循運行規程，同時，需要借助氣候監測部門的配

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合，通過氣候狀況和發電預測技術結合，并伴隨與常規能源統一的調度平臺運行，光伏功率預測是解決光電隨機性、功率波動性的關鍵途徑。

3　結語

配電網中光伏電源帶來的變化將引起一系列問題，大容量光伏并網對電網規劃和運行都需要嚴格全面的考慮，以及成熟的技術支持。光伏并網發電所產生的系統效應，例如諧波放大、系統震蕩，都是光伏并網發電系統需要解決的主要問題。在光伏設備方面，大容量、高可靠性的電網效率提升以及友好型變換器，將成為各類產品競爭的焦點，達到這一標準的光伏設備，必將創造出利用高效綠色清潔能源生活的將來。大容量光伏發電技術的成熟并逐漸為人所用，帶動太陽能發電更好的未來，為世界的可持續發展創造更大的利益。

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

［2］董密.太陽能光伏并網發電系統的優化設計與控制策略研究［D］. 2014.