光伏發電與并網技術的優勢及應用要點分析

文_李榮洲 甘肅省安裝建設集團有限公司

目前，我國在大力發展新能源產業，光伏發電技術也備受關注。光伏發電技術受到關注的一大主要原因是傳統大規模集中發電方式弊端較為明顯。如，系統調度控制難度大，運維成本高，且難保證供電的穩定性與可靠性；系統內一個小的故障就有可能引起電網大規模停運等。在此情況下，將微網技術與分布式發電技術應用于電力系統，充分發揮分布式發電的技術優勢，實現清潔、環保、高效、安全的供電目標備受關注。

1 光伏發電技術的優勢分析

光伏發電是先進、新型的發電技術。傳統發電技術主要利用煤炭等傳統能源發電，而光伏發電能將清潔可再生能源充分利用起來，讓太陽能化為電能。與傳統發電技術相比，光伏發電技術優勢明顯。如，對環境污染小、資源耗費少且供電穩定可靠。

2 光伏并網發電系統典型結構分析

2.1 光伏并網發電系統結構組成

按照光伏系統與電網的關系分類，可將光伏系統分為并網型光伏系統與離網型光伏系統兩類。并網型光伏系統目前廣泛應用，是主流應用系統。并網型光伏系統，就是將光伏系統并入電網，使光伏系統成為電網中的一個重要組成部分，然后光伏系統將無功功率與有功功率提供給電網，電網獲得電能后將電能分配給用戶。光伏并網系統由PV、逆變器、電網這三部分構成。

2.2 典型光伏并網逆變器結構

光伏并網逆變器是整個光伏發電系統中的重要構成，通過逆變器，直流電被轉換為交流電，太陽能才有可能被轉換為電能，并被用戶使用。在光伏并網系統中，光伏逆變器發揮著不可忽視的重要作用，因此光伏逆變器對整個系統的發電質量、發電效率也影響最大。如果光伏逆變器性能質量不過關或存在運行故障，那么光伏并網發電系統就無法安全穩定運行。

3 光伏發電與并網技術應用要點

3.1 微網并入

微網是針對光伏等分布式能源發電的一些局限所提出的全新概念。所謂微網，就是指有效組合各類儲能設備、就地負荷及分布式電源，使其形成一個能夠統一協調控制與管理的小規模電網，從而為包括光伏在內的分布式能源發電技術在配電網中的大規模應用提供保障。微網融合了多項現代先進技術，如可再生能源發電技術、新型電力電子技術、現代控制技術等，具備傳統電網所沒有的優勢。

微網并入配電網需要有接口，在當前的技術條件下，支持微網并入供電網的接口有電力電子接口、異步發電機接口、同步發電機接口三類。微網通過這些接口可將光伏及其他分布式能源發的電能并入配電網，實現與配電網的互聯。微網并入配電網的優勢：首先，主要體現在并入配電網后光伏及其他分布式能源發電技術就有了支撐，并在配電網中正常穩定發揮作用。其次，微網并入與光伏及其他分布式能源發電的應用，會在一定程度上減輕電網削峰填谷壓力，增強系統發電能力與發電效益。

3.2 并網潮流計算

將光伏發電利用微網并入配電網后，會使配電網運行方式與發電方式有所改變，因此原有潮流計算也會出現局限，要想保證最終分析結果的準確性與可靠性，就必須根據并入后配電網的特征特點構建新的節點模型進行潮流計算。

傳統配電網潮流計算方法主要有三種，分別是支路類方法、母線類方法及牛頓-拉夫遜方法。支路類方法的特點是計算過程簡單，不會占用過多存儲空間，數值穩定性好，缺點是適合比較簡單的配電網，如果將該方法應用于復雜配電網，計算量就會因為迭代次數的增加而增加。母線類方法的優點是計算性能穩定、收斂速度快、能夠處理弱環網，缺點是不是十分適用于PV節點。

牛頓-拉夫遜法經過分析后發現有較快的收斂速度、較強的適應能力，支持修改DG。因此，對將光伏發的電通過微網并入配電網，應采用牛頓-拉夫遜方法，以修整方程為基礎，不斷迭代修正，直到得到節點電壓。

3.3 光伏發電并網關鍵技術

3.3.1 最大功率點跟蹤技術

在當前的技術條件下，應用光伏發電并網技術時重點需考慮與解決光伏輸出受干擾大的問題。研究發現，加強對最大功率點跟蹤技術的優化，可以降低外界因素的干擾，相關參數出現較大波動時，可以確保輸出功率達到電網運行要求，保障整體穩定性，使光伏輸出中更具快速性。

最大功率點跟蹤技術的主要算法形式為自尋優法與非自尋優法。在自尋優法算法下，是采用寄生電容、擾動觀測、恒定電壓及電導增量等方法實現光伏輸出穩定；非自尋優法主要是采用曲線擬合的方式實現光伏輸出穩定。目前，自尋優法應用更為廣泛。由于在各種影響因素中，光照強度對光伏發電的影響較大，因此在應用光伏發電并網技術時，要注重研究光照強度與光伏輸出的關系，思考與探尋如何通過改善光照強度來獲得更大的光伏輸出。而在不同輻照度當中最大功率點對應的輸出電壓具有較強穩定性，因此可以采取恒定電壓法來維護電網的可靠運行，真正實現穩壓控制。

雖然恒定電壓法能夠簡化電網的控制流程，但卻只考慮了輻照度的影響，當環境溫度出現較大改變時還是容易產生較大干擾，影響輸出精度。因此，擾動觀測法在實踐中也被得到廣泛應用，光伏陣列輸出電壓會受到電壓波動的影響，此時對輸出功率變化特點予以分析和評估，以便為尋優工作提供依據，明確電壓參考值。但與恒定電壓法相比，導納增量法更有利于提高抗干擾強度，從而保證光伏輸出的穩定。可在應用導納增量法時，必須在電網中配置性能較強的微處理器，來達到光伏輸出優化的目的。

3.3.2 逆變器控制技術

在光伏發電并網中，逆變器是不可缺少的構成。光伏發電并網中的逆變器承擔著控制多項參數（如頻率、高次諧波、電流、電壓波動、有功、無功等）、直流電轉交流電等責任。逆變器能以光伏照度為依據實現自動化啟停。另外，在應用光伏發電并網技術時，還要考慮最大功率點跟蹤控制的要求，逆變器要保證無論輻照度與溫度如何變化，都能確保功率輸出的最大化，能保證光伏發電的正常進行。

在將光伏發電并入公共電網后，公共電網會受到一定程度的擾動，公共電網的電壓出現波動。這種擾動與波動不利于整體效益的提升，因此在應用光伏發電并網技術時還需考慮公共電網的受擾動問題。目前最佳的減輕公共電網受擾動程度的方法是不斷優化逆變器性能。通過優化逆變器性能，保證正弦波在輸出時不會造成嚴重失真，確保公共電網電壓不會出現較大波動。而具體的優化逆變器性能的方式時，在電網中引入高速DSP處理器，將逆變器控制技術與DSP處理器結合使用，以此達到性能優化目的。在引進并應用DSP處理器時，需明確電網/電力系統容量，并根據容量大小選擇最合適的功率元件。當系統容量較大時，可選擇絕緣柵雙極晶體管或者可關斷晶閘管，容量較小時則可以選擇功率場效應管。因此，未來要想進一步優化光伏發電并網技術應用效果，就需不斷提升逆變器的單體容量和電壓等級，達到解耦控制的要求，增強系統的抗干擾能力，為電網的運行奠定可靠保障。

4 結語

綜上所述，光伏發電與并網技術的合理運用，能夠提高清潔能源利用率，提高電網供電能力，緩解部分地區用電緊張問題。但光伏發電與并網技術的使用也會給大電網帶來一定影響，因此針對大電網所受影響提出三點完善建議。一是不斷優化電網結構，增強電網的消納能力；二是優化配電網功能，提高配電網吸收調節分布式光伏的能力；三是促進風光儲多能互補，有效解決光伏發電不穩的問題。