分布式光伏發電系統的并網技術應用分析

譚 放

大唐環境集團股份有限公司 北京 100096

文明的發展與延續離不開科技的進步，自第二次工業革命以來，發電機的產生讓世界上更多地方應用電力進行工業生產與日常生活，大幅度地提升了人們的生產力。電能的廣泛應用也改變了世界，改變了人們的生活，而隨著人們對電能需求越來越高，人們開始研究電能的生產，從而發電行業不斷進行發展。最高效的發電方式是火力發電，通過燃燒化石燃料來實現熱能轉化電能，這也是世界上通用且成熟的一種發電方式，但這會導致環境的污染，也會過量消耗煤炭能源。因此各國開始利用太陽能、風能等進行電能的生產，并網技術也是新能源發電的重要技術，能夠讓發電系統更加穩定，也能保證新能源發電的高效性。

1 光伏發電系統概述

光伏發電系統是一種以太陽能為基礎能源的發電系統，光伏發電系統需要用到電池組件，利用晶硅電池組件或者薄膜電池組件接收太陽發出的光照，然后利用光伏組件，將太陽能轉化為電能。光伏發電系統的并網也需要很多電力設備，比如說逆變器、配電裝置等，這都是將采集的太陽能變成電能匯入電網的必備電力裝置。分布式光伏發電系統是一種高能效的發電方式，能夠更大范圍地提高組件的輻照面積，同時也能對配電網起到加強繼電保護作用，從而保證光伏發電系統的長久與穩定運行[1]。由于能源工業中的環境污染與能源消耗，世界各國不斷加強合作，大力發展沒有污染的綠色能源，為人類綠色低碳發展創造條件。光伏發電完全具備這樣的特點，能夠將普通的光照進行收集，形成人們所需的電能，這些都離不開光伏發電技術和并網技術的發展。

2 分布式光伏發電系統存在的問題

分布式光伏發電在能源利用以及電能的轉化方面都有著較多的優點，同時在環境保護與能源控制方面也有著巨大的意義與貢獻，但在技術方面依然面臨很多問題，需要人們不斷改革與創新，保證電力系統的穩定運行，減小電力系統故障。

2.1 穩定性問題

分布式光伏發電在并網運行過程中，會因為分布式的原因，形成一個較為復雜的多電源網絡結構的配電網，在這樣的配電網中，會因為較多的發電單元與大容量的發電電源，讓發電系統出現潮流顯現，這對發電系統的穩定性有著較大的影響[2]。影響發電網絡的穩定性就會讓發電網絡發生故障的風險提升，因此對分布式光伏發電系統的電能質量和并網電量都會帶來嚴重的影響。分布式發電系統的穩定性更多在于并網技術的應用，只有不斷加強并網技術，才能讓分布式光伏發電更加具有穩定性，讓電能的匯聚與傳輸有著一定的保障。

2.2 供電問題

供電問題是發電系統最根本的問題，先進的并網技術讓發電系統供電能力得到提升。供電最重要的要求就是保證電能的質量以及供電的可靠性。分布式光伏發電有很多形式，分布式光伏發電與其他形式的發電對電網的影響有很大的差別。分布式光伏發電并網過程中會對供電系統的電壓、諧波產生影響，造成電壓閃變、電壓不平衡等問題，進而降低分布式光伏發電的電能質量。

2.3 配電網繼電保護問題

配電網的繼電保護主要是針對繼電網為單電源的情形，但在分布式光伏發電系統中，配電網則成了一個多電源網絡，進而影響其自動化水平[3]。傳統的配電網的單電源與輻射網站會讓電網中出現負荷端，在分布式光伏發電中，則會讓變電站的電流由母線流向負荷，這都是分布式光伏發電的并網技術亟需解決的問題。

3 光伏發電的并網技術需求

光伏發電系統對并網技術有較高的要求，只有在電能質量滿足并網要求時，才能讓光伏發電系統產生的電能安全、穩定地運輸到電網之中，可以利用并網技術將直流電轉化為交流電，從而提高電能的電壓質量、頻率質量以及減少諧波[4]。并網時，光伏發電系統的電能質量對電網系統的影響最大，如果能在并網前利用并網技術對分布式光伏系統產生的電能進行檢查，就會得到電能質量與并網要求的偏離數據，在電能質量不滿足并網要求時，系統就會提前自動斷開與電網的連接，保證電網系統的穩定。分布式光伏發電系統產生的電能能否正常并網，主要由三相電壓、單相電壓以及額定頻率等參數決定，只有在同時滿足三相電壓在額定電壓±7%內，單相電壓在額定電壓的+7%～-10%范圍內，并網點頻率在48.5～50.5Hz內時，分布式光伏發電產生的電能才允許并網。

4 分布式光伏并網系統類型

分布式光伏發電系統有很多種類，常見的以零散小規模發電為主，其發電容量只有數kW，以自發自用、余電上網為主；也有中等規模的分布式光伏發電系統，這一類并網系統，能夠接入電壓等級較高的電網，也能有更多上網電量售賣給電網；最后一種則是蓄電池類型的分布式光伏發電系統，能夠將電能儲存在儲能設備中，為系統并網提供支撐與穩定。

4.1 自發自用型

自發自用型的分布式光伏發電系統，就是一種較為便捷的小型發電系統，該系統主要由太陽能電池板與逆變器組成，這種形式的光伏發電系統分布較為零散，以分布式屋頂光伏為主，沒有遮擋，能夠讓輻照時間更加充足[5]。這一發電系統其發電容量在1MW以下，這樣的小型光伏并網系統，發電容量較小，所需要建設系統的成本卻很高。因為發電容量較小，對所以并網方式以自發自用、余電上網為主，上網電量較小，對電網系統影響也較小。

4.2 中等規模

分布式光伏發電系統的并網，有很多連接方式，一種是利用光伏組串進行連接，從而保證中等規模光伏發電系統能夠將電網的功率數值直接送入到PLC中，讓中等規模的發電系統更好的運行，也能將電能傳入千家萬戶。PLC中的功率只要到一定數值才能對系統進行保護，保護開啟的方式就是讓PLC對逆變器發送信號，根據功率數值的不同，自動進行通斷，這樣的設計，能夠有效保證電網的安全，同時也能讓光伏發電更安全。這種形式的分布式光伏發電系統早在2008年就在浙江義烏建立了一個1.295MW的光伏系統。另一種則是利用逆變器進行連接，也就是將多臺小型逆電器進行并網設計，然后利用低壓功率檢測裝置對并網的電能進行檢測，同樣是將檢測功率送入PCL中，當送入的功率超出設定的保護數值，就會讓逆變器與電網進行斷開，這也是逆電保護的一種方式[6]。這種多臺逆變器設計的系統能夠顯示一定的故障信息，因此很可能會讓工作人員產生系統故障的錯誤判斷，因此使用的較少，但在2010年該技術也被“金太陽工程”所采用，并發揮著良好的作用。最后一種則是通過光伏并網實現逆變器保護，也就是利用光伏逆變器對電能質量進行調節與控制，這種方式技術要求較高，比較復雜。這一并網連接方式，能夠讓中等規模的光伏發電系統向著智能化發展。

4.3 蓄電池類型

蓄電池光伏并網系統，是將并網逆變器與蓄電池等設備進行相應地組網，實現并網兼獨立的光伏系統。這樣的蓄電池類型的光伏發電系統一發電容量最高可達60kWp，也是分布式光伏發電發展的方向，該系統能夠將智能化數字技術融入發電系統當中，使其更具智能化，保證供電質量與電能傳輸的穩定性[7]。但蓄電池的運用對環境會有著一定的污染，這也違背了太陽能轉化為電能的根本意義，因此在使用過程中需要進行嚴格的評估，從而保證污染降到最低，通過并網技術的不斷發展，也希望能夠將蓄電池利用其他技術進行替代。

5 分布式光伏發電并網技術應用策略

分布式光伏發電并網技術有很多應用方式，在應用過程中也有著不同的應用策略，只有不斷進行改革與完善，才能讓分布式光伏發電系統發揮出更大的作用。并網技術的應用能夠發揮出控制作用，也能通過并網技術的有效合理應用，降低發電故障風險，為企業發展提供幫助。通過加強管理與故障偏離控制也能讓光伏發電系統與并網技術更好地結合，有效提高電能質量與發電效率。

5.1 光伏發電并網控制技術的應用

分布式光伏發電系統是將多個光伏發電系統結合的一種發電方式，因此會有很多電源系統接入到電網當中，其電能來源也較為廣泛，雖然這樣能夠讓發電容量得到增加，但同時也增加了更多的電力通道，電力通道的增設就避免不了電纜長度的增加，這也就導致在運行期間容易發生更多的安全隱患。只有不斷完善并網控制技術，才能讓分布式光伏發電更加穩定，也能保證其運行的安全。在并網控制技術應用過程中主要需要對電壓與頻率進行控制，這種控制方法需要依靠并網控制系統的獨立運轉來實現，這是一種較為有效地控制電壓與頻率的方式[8]。電能是由多個分布式光伏發電系統來提供的，因此在發電系統運轉過程中需要利用并網控制技術對電網進行加強規范性管理，保證電網能夠更加安全，也能讓發電系統更平穩地運行。最后也要對分布式發電系統電能質量進行檢測，保證無盲區地檢測，這樣才能發現光伏發電系統存在的問題，也能及時對并網電氣性能指標進行研究，從而保證并網控制技術的有效應用。

5.2 控制分布式光伏發電系統風險

分布式光伏發電因為其發電系統規模不同，因此產生一種家庭安裝的發電系統，能夠實現在家庭中進行安裝，這也是廣泛受到應用的一種分布式發電系統。這種發電系統在南方應用較多，因為其日照時間長，能夠吸收更多的太陽能，但在家庭中安裝分布式發電，需要嚴格按照安裝要求進行安裝，并對風險控制技術進行深入的研究，既要保證并網后電能質量，同時也要保證電能傳輸的穩定[9]。并網技術的應用與研究可以用過規范性操作對發電系統存在的風險進行有效控制，比如在家裝分布式光伏發電中大多都會將發電系統安裝在房屋之上，而在并網時需要安裝避雷針，這樣能夠有效控制光伏發電系統受到雷電的破壞。也可以運用監控設備對發電系統進行監控，這樣能夠及時發現發電系統存在的安全隱患，同時也能第一時間解決存在的問題，保證發電系統并網的穩定。

5.3 加強對發電系統運行的管理

分布式光伏發電并網系統的運行主要有監控控制以及智能控制這兩種運行管理方式，監控控制實行時間較久，具有較為成熟的管理經驗，而智能控制運行管理，近些年隨著信息技術的不斷發展也在不斷完善，對運行的管理也有著獨特的優點[10]。對于監控控制運行管理來說，就是通過上級調控監控中心對發電系統進行一定的控制，這一管理運行的方式需要人工較多，并需要對相應的數值進行采集，保證光伏發電并網的功率值、設備運行溫度、輻射強度等進行檢測，并保證所有指標符合標準，如果發現異常能夠結合技術人員，對故障問題進行快速鎖定與維護。對于智能控制運行管理來說，更多是依靠大數據與動態監控技術進行結合。如果在恒壓運行階段，逆變器的直流母線電壓沒有變化，但是電壓值卻在開路電壓的70%作用，這就需要利用大數據，對多組數據進行分析與排查，然后連續不斷的調整各個指標，讓并網結合電力系統完成控制運行的命令，可以減少人員的操作，也能加強發電運行作業的高效性。

5.4 直流偏離故障的控制

直流偏離故障是分布式光伏發電運行過程中經常出現的問題，這一問題主要是多種因素所形成的，因此會嚴重影響到發電系統運行的效率，如果驅動電路與控制電路運算所得到的結果不統一，這多半是發電系統逆變器的輸出電壓與直流分量出現問題，這就需要利用逆變器媒介與配電網進行結合，從而引發直流分量進入到配電網之中，這也是引起直流偏離故障的主要因素[11]。只有通過并網技術對逆變器進行一定的控制，也要對驅動電路與控制電路進行及時的維護，讓其統一，從源頭解決直流偏離故障問題，也能有效控制分布式光伏發電系統的高效運行。如果出現了直流偏離故障也可以通過數個逆變器并聯到電網之中，進而讓直流分量與直流環量在數個逆變器中并存，從而達到對直流偏離故障控制的作用。

6 結束語

分布式光伏發電系統是新能源發展的主要產物，并網技術的不斷成熟也給發電系統的完善提供了可能性，進而為解決電能問題提供更多的思路。我國分布式光伏發電系統在南方與西方應用較廣，因為其充足的光照時間為光伏發電帶來一定的優勢。而通過并網技術的合理化應用，也讓光伏發電的電能質量與發電穩定性得到更多的保障，希望通過本文分析能夠為光伏發電系統發展提供參考。