芻議太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

邱丹驊

【摘要】太陽(yáng)能光伏發(fā)電主要指是通過(guò)應(yīng)用太陽(yáng)電池所組成的光伏板，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，從而為社會(huì)發(fā)展提供資源條件。近年來(lái)，此種發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用越發(fā)成熟，而且運(yùn)行方式也呈現(xiàn)多樣化，不僅可以獨(dú)立運(yùn)行，還能夠并網(wǎng)運(yùn)行，從而為電力市場(chǎng)的發(fā)展注入了新鮮血液，這不僅能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境保護(hù)，還能夠保障電能供應(yīng)的充足性，應(yīng)當(dāng)引起重視。

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能;光伏發(fā)電;并網(wǎng)技術(shù)

一、并網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1并網(wǎng)系統(tǒng)

并網(wǎng)系統(tǒng)是目前我國(guó)大力支持發(fā)展的一種太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)，其原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)是就是將太陽(yáng)能產(chǎn)生的電能直接輸入到電網(wǎng)中，當(dāng)然太陽(yáng)能所產(chǎn)生的的電能屬于直流電形式，還需要通過(guò)并網(wǎng)逆變器進(jìn)行轉(zhuǎn)變，使其成為交流電。這些電能除了滿足其本身的負(fù)荷需求外，其他的電能輸入到電網(wǎng)，為終端用戶提供用電，當(dāng)太陽(yáng)能發(fā)電不足時(shí)，則由電網(wǎng)提供電能支持系統(tǒng)的運(yùn)行。這種系統(tǒng)免去了電能現(xiàn)有蓄電池儲(chǔ)存后在接入電網(wǎng)的步驟，減少了損耗和成本，但需要并網(wǎng)逆變器的轉(zhuǎn)換，其中也會(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)換效率的問(wèn)題而出現(xiàn)一定的損耗。該系統(tǒng)有兩種形式，一種是集中式的，通常為國(guó)家級(jí)電站，工程規(guī)模較大，需要較多的投資;另一種是分散式的，尤其是與建筑一體式的，無(wú)需大規(guī)模投資，工期短、占地少，因此在我國(guó)被大力推廣。

1.2并網(wǎng)混合系統(tǒng)

隨著太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的不斷演進(jìn)，以及對(duì)供電穩(wěn)定性要求的不斷提高，逐漸發(fā)展出了混合式的系統(tǒng)，其中應(yīng)用了在線不間斷電源技術(shù)作為提高供電穩(wěn)定性的重要保證。該系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)較為復(fù)雜，技術(shù)要求高，但能顯著提升供電的穩(wěn)定性，對(duì)于電網(wǎng)不穩(wěn)定、對(duì)供電穩(wěn)定性敏感的地區(qū)較為適用，也可以應(yīng)用做備用電源。并網(wǎng)混合系統(tǒng)中的逆變器與控制器集成在一起，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的操控，以保證系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，并可連接蓄電池。并網(wǎng)混合系統(tǒng)的主要工作原理是以本地負(fù)載功耗的實(shí)際情況來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)的，當(dāng)本地負(fù)載功耗較小時(shí)，太陽(yáng)能產(chǎn)生的電能被存儲(chǔ)于蓄電池，反之則向電網(wǎng)輸送電能。如果并網(wǎng)狀態(tài)出現(xiàn)了故障，則會(huì)自動(dòng)切換到離網(wǎng)狀態(tài)，待故障排除后，再切換回并網(wǎng)狀態(tài)。

二、太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏模塊子系統(tǒng)、逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)。在實(shí)際的運(yùn)行中，并網(wǎng)逆變器可以實(shí)現(xiàn)升壓變壓器和三相交流電的連接，進(jìn)而將系統(tǒng)轉(zhuǎn)化獲得的電能和電網(wǎng)有效的耦合，使其可以在各個(gè)領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

2.2主設(shè)備選型

并網(wǎng)逆變器是太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)中的關(guān)鍵愛(ài)你設(shè)備，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)十分重要。對(duì)逆變器來(lái)說(shuō)，容量越大，價(jià)格反而越低。但是其中存在一個(gè)問(wèn)題，如果大容量并網(wǎng)逆變器在運(yùn)行中出現(xiàn)問(wèn)題，將會(huì)致使整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行受到影響。因此，我們需要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際情況，選擇合適的并網(wǎng)逆變器，保證其額定容量和實(shí)際情況的匹配。與此同時(shí)，保證并網(wǎng)逆變器良好的保護(hù)功能，以更好的保護(hù)系統(tǒng)，有效促進(jìn)太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的合理使用。

2.3升壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)在運(yùn)用過(guò)程中，將會(huì)產(chǎn)生定電壓為380V的交流電。為了使其入網(wǎng)，需要升壓系統(tǒng)的幫助，對(duì)其進(jìn)行升壓處理。因此，需要根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)電量，進(jìn)行升壓變壓器的選擇。我們平常使用較多的變壓器是箱型干式變壓器。在進(jìn)行升壓變電站設(shè)計(jì)時(shí)，通常情況下會(huì)設(shè)計(jì)上下兩層結(jié)構(gòu)。其中上層設(shè)計(jì)為逆變室，而下層設(shè)計(jì)是配電室。另外，高低壓進(jìn)線柜的設(shè)置也十分重要，需要科學(xué)的進(jìn)行設(shè)計(jì)。完善的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)也是必要的，需要通過(guò)它對(duì)升壓變電站的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的檢測(cè)和監(jiān)督。

2.4保護(hù)措施設(shè)計(jì)

在高溫環(huán)境中，升壓變壓器極有可能出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象。當(dāng)過(guò)電流或者過(guò)電壓時(shí)，高低壓開(kāi)關(guān)柜設(shè)置的監(jiān)控裝備將會(huì)自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)，而且它只適用在電壓太高、太低或者頻率不穩(wěn)定的情況下，進(jìn)而可以保障系統(tǒng)中各個(gè)組件的正常、穩(wěn)定運(yùn)行。在系統(tǒng)出現(xiàn)極性反接或者孤島效應(yīng)等問(wèn)題時(shí)，并網(wǎng)逆變器可以自行脫離，進(jìn)而使系統(tǒng)處于安全正常的環(huán)境中。

2.5防雷系統(tǒng)

如果系統(tǒng)受到雷擊，系統(tǒng)中的部件將會(huì)受到不同程度的損害。因此，需要設(shè)計(jì)防雷接地設(shè)置，以保障系統(tǒng)免受雷電的損壞。一般來(lái)說(shuō)，在光伏電池組件或者升壓變電站的屋頂?shù)任恢眠M(jìn)行避雷帶的安裝。在進(jìn)行避雷帶種類選擇時(shí)，一般需要選擇環(huán)狀的，并且需要設(shè)置獨(dú)立引下線。在進(jìn)行電氣設(shè)備安裝時(shí)，需要安裝接地裝置，對(duì)于變壓器等設(shè)備還需要安裝外殼接地，以保障系統(tǒng)的安全，保護(hù)操作人員的安全。

三、并網(wǎng)注意事項(xiàng)

3.1電壓波動(dòng)

光伏系統(tǒng)輸出功率和光照強(qiáng)度有直接關(guān)系，在光照相對(duì)較強(qiáng)時(shí)，系統(tǒng)輸出功率達(dá)到最大，而在光照較弱時(shí)，其輸出功率急劇減小。基于此，除設(shè)備故障外，光照強(qiáng)度、氣候、溫度等都會(huì)對(duì)輸出功率造成直接影響，使其極不穩(wěn)定。按照現(xiàn)行技術(shù)規(guī)定對(duì)光伏系統(tǒng)突然發(fā)生切機(jī)時(shí)的電壓影響進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算過(guò)程中，功率因素需要乘以0.8的補(bǔ)償系數(shù)。在光伏系統(tǒng)并網(wǎng)過(guò)程中，需要做好電壓波動(dòng)記錄，并根據(jù)波動(dòng)情況進(jìn)行補(bǔ)償，而實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，光照強(qiáng)度實(shí)際變化屬于漸變的過(guò)程，其波動(dòng)值一般在1%以內(nèi)。

3.2諧波

光伏系統(tǒng)采用光伏組件產(chǎn)生直流電，然后通過(guò)逆變器產(chǎn)生相位和頻率與公共電網(wǎng)完全相同的電流，與電網(wǎng)相連。在以上過(guò)程中，直流變交流會(huì)產(chǎn)生一定諧波影響。為避免諧波對(duì)公共電網(wǎng)的供電可靠性與電能質(zhì)量造成影響，需進(jìn)行有效校核與處理。在光伏系統(tǒng)中，多使用逆變器將直流電逆變成交流電，然后再通過(guò)升壓與公共電網(wǎng)并入。對(duì)10kV電壓系統(tǒng)而言，其總諧波畸變率不能超過(guò)4.0%。從現(xiàn)有資料看，在完成逆變后，畸變率可保持在3.0～4.0%范圍內(nèi)，可滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。然而，因逆變以后的畸變率與上限4.0%十分接近，所以在并網(wǎng)過(guò)程中和其它諧波相疊加以后，會(huì)超出上限值4.0%，因此需要重視并做好實(shí)際檢測(cè)。

由于光伏系統(tǒng)實(shí)際輸出功率極不穩(wěn)定，進(jìn)入公共電網(wǎng)的諧波應(yīng)在并網(wǎng)過(guò)程中采用符合標(biāo)準(zhǔn)的方法實(shí)施測(cè)量。基于此，光伏系統(tǒng)在并網(wǎng)的過(guò)程中應(yīng)對(duì)電流和電壓進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)檢測(cè)結(jié)果能否達(dá)到要求。若無(wú)法達(dá)到要求，則要增設(shè)濾波裝置。對(duì)于濾波裝置，它能和無(wú)功補(bǔ)償裝置充分配合。

3.3無(wú)功平衡

光伏系統(tǒng)的功率因數(shù)可以達(dá)到0.98以上，屬于純有功輸出范疇。從現(xiàn)行規(guī)定可知，為確保無(wú)功補(bǔ)償能滿足按照分層分區(qū)進(jìn)行就地平衡的基本原則，光伏系統(tǒng)必須進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，以此滿足公共電網(wǎng)對(duì)無(wú)功提出的具體要求，保證電能質(zhì)量，避免產(chǎn)生較大的線損。如果光伏系統(tǒng)采用10kV的電壓與系統(tǒng)相接，則高壓側(cè)的功率因數(shù)主要處在0.85～0.98范圍內(nèi)，為達(dá)到就地平衡目的，光伏系統(tǒng)需要以裝機(jī)容量為依據(jù)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，一般按裝機(jī)容量60%控制。具體的工程當(dāng)中，需要綜合考慮公共電網(wǎng)實(shí)際情況與用電負(fù)載，以此為無(wú)功平衡設(shè)計(jì)提供可靠的參考依據(jù)。

結(jié)語(yǔ)

目前，隨著能源的逐漸消耗，人們對(duì)新能源的研發(fā)經(jīng)費(fèi)及人員投入在不斷增加，尋求新的能源迫在眉睫。太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用及技術(shù)的日益成熟對(duì)電能短缺問(wèn)題有所解決。該技術(shù)的高效及實(shí)用運(yùn)用可以有效促進(jìn)電力系統(tǒng)發(fā)展，滿足人們生活所需電能的需要。

參考文獻(xiàn)

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