光伏發電并網及其相關技術發展研究

摘要：隨著我國經濟的不斷增長和科學技術水平的提升，人們的生活水平得到顯著提高。在這樣的背景下，人們對美好生活的需求越來越強烈，同時環保意識也大幅度提升。因此，光伏發電受到越來越多人的關注。本文主要對光伏發電的并網及相關技術發展進行了簡單的探討。

關鍵詞：光伏發電并網；相關技術；發展研究

傳統能源在開發利用中通常會產生一系列問題，太陽能作為一種新型的清潔能源逐漸開始被廣泛應用。太陽能發電系統一般分為獨立系統、并網系統、混合系統及其他形式的系統。

一、光伏發電概述

光伏發電就是太陽能發電。光伏發電是通過將微網并入超高壓電網的方式實現互相支撐。簡單來說，光伏發電利用一定的技術手段將太陽能轉化為電能。主要的發電過程是太陽光照射在太陽能電池板上產生光伏效應，接著通過太陽能發電設備進行能量轉換，以滿足人們對電能的需求。在我國，光伏發電主要集中在國家電網上。光伏發電的優勢包括投資較小、占地范圍小、工程建設快、綠色環保無污染性等。這些優勢非常符合我國目前的可持續發展戰略，因此光伏發電技術非常受歡迎。

二、光伏發電國內外發展現狀與前景

（一）國內

我國引入光伏設備以及光伏發電技術較晚，但盡管技術研發時間較短，當前我國政府對光伏發電技術給予了很多政策和資金上的支持，對光伏發電企業進行技術扶持，幫助其慢慢成長。然而，即便是如此，國內的光伏發電產業仍然存在難以解決的問題[1]。隨著我國經濟技術的發展，目前我國已經成為世界生產制造大國，光伏制造生產行業也穩居世界發展前列。然而，由于我國光伏發電技術引入較晚且目前尚未完成技術突破，所以核心零件仍然需要依靠進口，比如晶體芯片和太陽能電池。國內尚未有企業廠家能夠生產出符合標準的優質產品。與此同時，由于國外光伏發電技術發展時間較長且技術先進，已經取得了較大的發展。不論是晶體芯片還是太陽能電池，在市場上都占有很大份額。因此，目前國內光伏發電的現狀是企業的生產規模不大、技術水平不高、設備較落后等。這些問題導致我國光伏發電產業無法得到進一步的發展，盡管國家對光伏發電產業給予了較多政策和資金上的支持，但由于技術的限制，產業遲遲得不到發展。

（二）國外

隨著全球氣候的持續變暖，地球上的石油資源日益減少。為了改變國家能源結構，確保經濟穩定發展，世界各國正不斷尋找能替代傳統能源的新型能源。

光伏發電產業目前在全球市場上快速發展。隨著光伏發電技術的進步，光伏并網在該市場的地位也越來越重要。尤其在西方國家，光伏產業的發展得到大力支持，不斷引入先進的光伏設備，技術資金投入也不斷增加。美國在當前世界光伏產業發展中處于領先者地位，部分科技公司目前已經研發出新型的光伏發電技術，在性能上更加優越，并且這項技術目前也是處于世界首位[2]。日本近年來也開始積極發展光伏產業，由于高度依賴煤炭等傳統能源資源，面臨嚴重的化石能源短缺問題，因此迫切需要調整能源結構，采用光伏發電等清潔能源。為了提高太陽能在國家能源供應中的比重，日本近年來在光伏發電技術方面投入大量資金進行研究。

三、光伏發電最大功率電壓跟蹤技術的發展現狀

（一）恒定電壓

溫度的變化對光伏陣列的輸出功率有著顯著影響，而輻照度對光伏發電的影響則更為突出。根據有關數據顯示，不同輻照度下最大功率點的輸出電壓變化不大，即存在一種穩壓控制。目前的技術已經可以實現對其進行控制，但控制精度難以掌握，其中主要原因是溫度變化會對輸出功率產生影響。

（二）擾動觀測

在進行光伏發電時，可以通過持續性地輸入微小電壓來干擾光伏陣列的電壓，以便在端電壓變化時檢測出功率變化的方向。這些數值可以作為接下來電壓的參考數據。這種方式操作相對容易，但能夠獲得的參數較少，同時也容易受到環境影響。

（三）導納增量

根據光伏陣列的運動曲線分析判斷得出，其中必然存在一個點，也就是唯一的最大功率點。在這個點處，功率對電壓的導數為零，并且當輸出電導的變化量與輸出電導的負值相等時，可以確定這個點就是最大功率點。這種導納增量法的準確度是最高的，而且不受環境影響，但是過程相對來說比較復雜，對相關設備的要求也較高。盡管如此，這仍然是目前最受歡迎的判斷最大功率點的方式。

四、光伏并網對電網的影響及解決方案

（一）孤島效應

光伏并網的孤島效應主要是指電站并網線路或者接入點由于發生意外事故導致斷開，而逆變單元沒有及時檢測出電站并網線路或者接入點的斷開情況。這種情況下，逆變單元仍持續工作輸入電流，使得斷開的發電單元形成一個自給自足的離網孤島。光伏并網中的孤島會對電站維修人員的安全產生影響，也會對整個配電系統的開關保護裝置產生影響。此外，孤島供電區域的電壓和電流不穩定。當外部電網恢復正常狀態時，電壓相位不同步會產生浪涌電流，并可能導致光伏保護系統觸發，再次導致跳閘問題。為了解決這些問題，需要適當增加防孤島保護設備[3]。目前市場上的逆變器都具備防孤島保護功能，一旦檢測到孤島情況，能夠及時準確地切除并網逆變器。在一些大型的光伏電站中，更需要配備更多的防孤島保護裝置，以便在意外情況下及時檢測問題，并根據故障情況作出反應，使該部分電網脫離并網。

（二）諧波污染

逆變器是光伏發電系統中最基礎也是最重要的元件之一。它能夠將直流電直接轉換為交流電。然而，通過這種方式產生的交流電往往會攜帶大量的諧波。這些諧波一旦流入電網系統，會引發一系列問題。首先，諧波會降低電能在傳輸利用過程中的效率。其次，諧波會導致電器過熱、產生噪聲并加速電器老化。最重要的是，諧波還可能導致設備故障或直接損壞[4]。逆變器產生的這些諧波會直接導致電網中的諧波水平上升，進而影響電網中的電壓相位差。因此，相關的電力部門應該控制好光伏發電系統中的諧波參數，并且需要定期對逆變器進行維護。只有這樣，才能夠在一定程度上減少發生這些問題的可能性，保證光伏發電網絡的電流質量。

（三）無功補償問題

光伏并網逆變器在運行過程中會產生一定的無功消耗，但是對于光伏并網系統而言，即使是并不多的無功消耗，也有可能對其產生影響。因此，在并網系統中應該配備一定數量的無功補償裝置，以保證電站的功率因數以及高壓側母線數據的合理性。特別是對于規模較大的光伏并網發電系統，更加需要配備這樣的無功補償裝置，以實現電站的無功補償，進而平衡電站電流。此外，該方式還能夠降低線損，并讓逆變器能夠更好地運行[5]。為了更好地檢測電站中的無功電流并進行補償，可以采用基于瞬時無功功率理論的無功電流檢測方式，結合諧波檢測方式。兩種檢測方式相結合得到的數據可以作為補償電流的有效參考數據，既完成了對電站的無功補償，又能夠抑制諧波，可謂一舉兩得。

（四）電壓閃變

光伏電站受到天氣和物體遮擋的影響非常大。一旦光源發生變化，例如由于天氣或物體遮擋而導致的變化，就會產生電壓閃變問題，這將對光伏電站系統造成很大損耗。電壓閃變是影響電能質量非常重要的因素。通常情況下，輻照度恒定時對電網電壓的影響較小。當輻照度越大，光伏陣列輸出功率越大，對電網電壓閃變的影響也越大；而輻照度變化程度越大，輸出功率越大，對電網電壓的影響也越大。為解決電壓暫降問題，可以使用仿真軟件進行建模，以找出原因。若并網點的電容量不足，可以通過適當增加電容量來減少故障頻率[6]。此外，還可以采用傳統的電能質量監測方法，通過對電網進行統一調節，平衡有功和無功，對電能質量進行控制。另外，由于原來的配電系統由供電部門統一管理，原配電網是一個無源的放射性電網，其中的信息采集和操作開關相對簡單。但光伏發電系統的加入使得操作變得復雜。因此，電網應該采用遠程監控系統對光伏發電情況進行實時遠程監控，以更好地掌握和控制電源投入和功率流動情況。

五、光伏發電并網未來展望

（一）環境展望

世界范圍內的三大化石能源儲量正在不斷地枯竭，人類正在面臨嚴重的能源危機。因此，為了能夠保證人類的電能供應，也為了更好地保護環境，各國都在大力發展研究清潔的可再生能源，以改變國家的能源結構。與水電、風電以及核電等清潔能源相比，太陽能發電的優勢更加明顯。此外，太陽輻射能也是一種取之不盡的能源，由此可見發展光伏發電已是大勢所趨。由于我國光伏發電技術發展較晚且目前尚未掌握核心技術，再加上我國缺少相應的先進裝備設施，這對我國未來的光伏發電行業造成了一定的阻礙。為了能夠促進國內光伏產業的蓬勃發展，我國推出了一系列的包括稅收在內的優惠政策，再加上國家給予的資金支持，希望能夠促進國內光伏發電企業的發展，推動光伏發電企業取得技術突破。不過，由于光伏發電行業的市場競爭激烈，目前我國又尚未掌握核心元器件技術，很多西方國家還對我國部分光伏發電企業進行技術封鎖，阻止我國光伏發電企業進行技術研究，這在一定程度上阻礙了我國光伏發電行業的進一步發展。不過相信在國家的大力支持下，我國光伏發電行業未來一定能夠取得技術上的進步，并得到更大的發展。因此，在國內一些陽光比較充足的地區，應該大力開展光伏發電，不斷地積累技術和經驗，再加上國家政策上的扶持，相信我國光伏發電產業能夠在未來取得更大的進步。

（二）發展展望

目前我國大部分光伏發電產業基本上都是使用太陽能進行發電，這種方式相較于使用傳統能源而言對環境有更好的保護作用。在國內大規模開展光伏發電，除了能夠保護生態環境之外，更加有利于實現國家可持續性發展的戰略。傳統上的火力發電通常依靠燃燒煤炭來產生電能，在燃燒的過程中會對環境產生非常大的污染，排放的有毒氣體對空氣質量影響非常大。而光伏發電則是利用清潔的太陽能，需要投入的資金較少，不需要占用過多的土地資源，并且不會發生資源枯竭的現象。因此，在未來光伏發電有著很大的發展空間。加上現如今我國正在推動光伏發電并網項目的擴大實施，說明光伏發電在未來將被更加重視。另一方面，近些年來隨著科學技術的不斷發展，我國在光伏發電系統方面已經取得了一些技術上的進步。不過，在控制切換光伏發電系統方面還有待提高。為了在未來讓普通用戶也能夠使用光伏發電系統，必然需要提高光伏發電技術，全面地對光伏發電系統進行控制。另外，還需要解決好光伏發電系統的切換問題。光伏發電是目前最適應我國國情的發電技術，具備很多的優點。不過，與此同時也存在一些不足，比如價格昂貴、投資風險大、影響因素多且不穩定等。這些都是目前光伏發電存在的主要問題。相信隨著科學技術的不斷發展，光伏發電系統會越來越完善，也必將走入千家萬戶，并更好地服務于人民。

（三）技術展望

目前我國已經進入了光伏發電的時代，可以并網的電站包括大、中、小三類光伏電站。光伏發電的原理其實就是將太陽能通過光伏設備的操作轉換為直流電，然后通過逆變器可以將直流電轉變成為能夠并網的交流電。現如今，我國的光伏發電技術得到了一定程度上的發展，具體表現主要是：一是太陽能發電設備的裝機容量在不斷提升；二是隨著市場需求量的不斷增加，太陽能發電設備的價格在持續降低；三是由于技術的提升，太陽能發電設備的使用壽命得到延長；四是越來越多的企業開始使用光伏發電系統。另一方面，在光伏發電公司未來的經營發展中，可以將先進的發電技術用于公司的生產與經營，并且可以使用更大功率的并網逆變器開展發電作業。但是光伏發電公司在使用大功率發電技術進行發電作業的時候，一定要保證周圍的光照強度與溫度符合相關設備的規定要求，因為大功率發電技術設備對外界的光照和溫度有著嚴格的要求且非常敏感。同時，光伏發電公司可以利用先進的計算機技術對發電系統進行全面監控，控制設備進行實驗測試，尋找其中的最佳光照強度和最大功率，進而實現各種設備之間的高效連接，將優質的電流輸送到國家電網系統中。技術人員應該根據不同設備的情況靈活運用不同的并網逆變器相關控制技術，以保證技術手段能夠控制和調整設備。近些年，隨著我國科學技術的不斷發展與進步，部分光伏發電公司已經能夠通過并網控制器控制整個發電網絡系統，并且隨著并網逆變器不斷的升級，更加先進的逆變器能夠直接控制發電電流，從而確保電力輸送網絡系統的安全性。

六、結束語

隨著全球氣候變暖，人們必然會減少對傳統能源的使用。作為清潔能源的太陽能將成為未來主流能源之一，相關部門應該給予太陽能足夠的重視，并加大相關技術研發力度，增加資金投入支持，這樣才能使得光伏發電并網技術獲得進一步發展。

作者單位：吳祥康 閩侯縣節能監察（監測）中心

參" 考" 文" 獻

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[4]石濤，李國銀，蔡維等.基于Simulink的光伏發電Boost三相逆變并網系統的研究[J].電子制作，2023，31（01）：107-109.

[5]桂小智，蒙天賜，潘本仁等.基于模型識別相關性的光伏發電并網聯絡線縱聯保護[J].電網與清潔能源，2022，38（12）：131-137.

[6]黃志瑋.光伏發電并網及其相關技術發展現狀與展望[J].能源與節能，2021（07）：39-40+168.