風電和光伏發電中的關鍵技術研究

摘" 要：在全球能源結構轉型與人們環保意識不斷增強的背景下，風電和光伏發電是清潔、可再生能源的重要形式，全力推動風電和光伏基地建設，能夠實現能源安全與環保雙贏。基于此，探討風電與光伏發電的關鍵技術對提高能源效能、減輕環境負擔、實現可持續發展具有重要意義。

關鍵詞：風電；光伏發電；關鍵技術；能源經濟

近年來，全球化石能源資源緊張、環境保護等問題，加快了可再生能源發展，調整能源結構是能源轉型的核心要務。在可再生能源領域，風電和光伏發電得益于分布廣泛和資源優勢，將在能源體系中發揮核心作用。

一、光伏發電關鍵技術

（一）最大功率點跟蹤技術

在光伏發電技術領域，最大功率點跟蹤技術是能源轉換的關鍵推動力，該技術能夠確保光伏發電在最大功率輸出電能，提高能源的轉化率。現階段，最大功率點跟蹤技術主要包括電導增量法和擾動觀察法。

1.電導增量法

在實際應用的過程中，電導增量法的測量原理與光伏電池的輸出特性原理緊密相關，光伏電池的輸出電流與電壓呈現出非線性關聯，而最大功率點在這條曲線上各不相同。電導增量法通過實時監控光伏電池輸出電導的增量方法，即電流與電壓導數來檢測系統是否正處于最大功率輸出階段。在電導變化量歸零的過程中，系統當前為最大功率點工作；當電導的變化量為正，說明系統輸出功率還能夠繼續增加，需要將工作點逐步移向電壓下降的區域；當電導值下降且為負的情況時，需要將工作點調整至電壓上升的端點。

2.擾動觀察法

擾動觀察法主要是針對固定時間段的陣列電壓輸出施加擾動，然后再依據輸出功率的波動來調整策略，從而實現最大功率點的跟蹤。具體來說，在光伏并網發電系統內，擾動觀察法的擾動方式是在既定時間內對列陣電壓輸出施加微小擾動，繼續監測并對比系統輸出功率的升降變化，并探討功率擾動前后的轉變情況，再確定后續操作。如果功率輸出不斷增加，表明擾動方向無誤，符合預期操作，應該持續在該方向施加作用力；如果擾動引發功率輸出不斷降低，則需要調整擾動方向[1]。

（二）光伏并網逆變器控制技術

在光伏并網發電系統中，光伏并網逆變器控制技術占據著核心的位置，采用PID控制技術，通過有效控制電流強度，確保光伏發電與電網電流可以同頻。而光伏并網發電系統對PID控制技術的依賴性，采用直接與間接相結合的控制策略，可以有效填補間接調控的缺陷。一般而言，PID控制技術能夠結合并網電流的指令實施調控，控制電流傳輸的走向，保證光伏并網電壓能處于恒定狀態，這樣有利于確保光伏并網發電系統運行的穩定性和可靠性，從而幫助光伏并網發電系統實現最大功率輸出的目標。

（三）分布式電源并網技術

分布式電源是光伏并網發電中的重要組成部分。在光伏并網發電高峰階段，分布式電源并網技術具有定量儲存電力的功能，并且能夠在電壓變動允許區間中的最小負荷點位置，為電力系統不斷提供儲能補給，從而達到高效的緩沖應用目標。然而，分布式電源的接入也會存在安全隱患，技術人員必須加強技術安全的管理與實施。

在有效提升光伏并網發電系統的供電可靠性以及啟停操作的靈活性方面，分布式電源并網技術的應用效果表現更為明顯，我國光伏并網發電系統通過積極推廣分布式光伏發電接入技術，能夠有效減少傳輸損耗，不斷加強近輸送和就近供應的效率，從而有利于實現長距離電網供電的突破[2]。

（四）組件技術發展創新

1.雙面組件

雙面組件利用雙面玻璃封裝技術，巧妙地讓背面也能利用散射光和反射光進行發電。例如太陽能發電站，雙面組件能夠最大化吸收周圍環境的光線資源，不斷提高發電效率。與傳統的單面裝置相比，在同等安裝面積下，雙面組件可以產出更多的可用電能，助力光伏發電系統整體輸出效率的提升。

2.半片技術

半片技術采用切割操作將硅晶或多晶硅材料分割成兩個相等或不同大小的半塊，然后將其裝配到電池片上。這項技術的應用優勢更為明顯，首先，通過使用半片技術，光伏組件的發電效能和功率輸出可以得到大幅度提升，技術人員將電池片切割成半片，能夠縮短電池片內部電流的流動路徑，有效減少電阻的損耗量，進而不斷提升組件的輸出功率。其次，采用半片技術可以提高組件的穩定性和可靠性，隨著電流的不斷減小，半片組件在運行狀態下產生的熱量較低，能夠有效減輕過熱引起的性能衰退和損壞隱患。

二、風電關鍵技術

（一）電網友好型風電高效安全主動支撐關鍵技術

1.自適應控制方法和故障暫態支撐技術

風電行業具有間歇性和不可預測性等特點，這給電力供應的穩定性帶來嚴峻的考驗。基于超短時風速預測，風電機組虛擬慣量自適應控制技術應運而生，它能夠對風速進行極短時間內的預測，確保風電機組的輸出功率，并提供虛擬慣性反饋。這項技術的慣性響應速度快，在特高壓直流換流站鄰近區域出現間歇性故障時，能夠有效應對風電脫網的風險，從而解決特高壓直流換流站鄰近區域故障引起的短暫風電離網難題。

例如，在實際應用場景中，技術人員應用先進的氣象觀測手段與數據解析技術，能夠對風速實施即時監測與超快速預測。依據預測的數據進行分析，風力發電機組實現自動功率控制，調整虛擬慣性量大小，不斷適應電網變化的步伐。當電網出現故障時，風電機組響應迅速，能夠提供穩定的電力與動力，從而保障電網的平穩供電。

2.主動抑制技術

當發生大規模風電接入弱電網時，容易出現諧波諧振的問題，導致電網的穩定性受到影響。基于電網阻視角下的風電諧波諧振主動抑制技術，通過持續密切監測電網阻抗動態，可以實時調整風力發電設備控制參數，從而有效減少諧波諧振的現象產生。該技術有效解決了風電大規模接入弱電網導致的振蕩失穩難題，提高了風電系統的穩定性與安全性。在實際應用領域，通過采用電網阻抗監測方案，技術人員可以實時了解電網阻抗的變動趨勢，如果檢測到諧波諧振的情況，風電機組會利用自動控制系統調整參數，優化輸出電流的諧波波形，進而防止出現諧波諧振的現象。

（二）風電電力變換及機網柔化控制關鍵技術

1.并聯型風電變流器的效率與可靠性提升技術

在風電技術領域，提高電力轉換效率對風力發電性能的提升具有決定性意義。風電變換器自適應調節技術能夠自動調整工作參數以匹配實際負載變化，確保電力轉換的更高效率。通過采用主動環流復合控制技術，環流問題可以得到有效管控，從而降低能量的消耗，不斷增強變流器的穩定性。同時，橋臂故障情況下采用重構運行技術能夠保證系統重構迅速、高效，保證風電機組不間斷運行。

例如，基于風電電力轉換及電網柔性化控制關鍵技術與實際應用項目，某大學聚焦風電電力轉換與電網柔性控制核心科技，實現多項關鍵技術的突破，該技術針對風電變換效率的提升，整合載荷自適應調節、主動環流復合控制及橋臂故障重構運行等關鍵技術，以優化并聯型風電變流器的運行效率。截至目前，已經有400余個風電場采用該項技術[3]。

2.兼顧機組載荷柔化與電網友好的暫態控制技術

在電網出現故障時，風力發電機組采用變換器不間斷運行技術，實現電網供電的連續性，確保電力系統的穩定性。通過利用風電機組軸系載荷軟化控制技術可以有效減少軸系承受的壓力，不斷提高機組耐用性。同時，風力發電機組采用慣性同步電壓源控制技術，能夠與傳統發電機同步向電網提供慣性支持，不斷增強電網友好性。

例如，在風電工程實踐中，當電網面臨故障干擾時，風力發電機組會利用變換器不間斷運行技術，確保穩定輸出電力，減少對電網沖擊。同時，通過調整控制策略，風電機組軸系載荷柔化技術可以不斷優化，降低軸系負荷量，防止設備因超負荷運行而出現故障。與此同時，采用機組慣性同步電壓源型控制技術，風電機組能快速應對電網頻率變動，并給予慣性的支持，從而實現電網頻率的穩定。

三、總結

風電和光伏發電的關鍵技術對可再生能源的發展具有重要價值，未來，隨著科學技術的不斷進步和政策的支持以及市場空間不斷拓寬，風電和光伏發電產業具有廣闊的應用前景，為全球能源轉型和可持續發展提供重要支撐。

參考文獻：

[1]王弘法。電力調度運行中的風電和光伏發電優化調度策略[J].通信電源技術， 2023， 40（22）：116-118.

[2]王磊。關于風電、光伏發電與水力發電結合的研究[J].越野世界， 2023：335-337.

[3]顧偉偉、賀廣零、胡志祥等。工業園區微電網項目中風電與光伏發電的容量配置及推廣策略研究[J].太陽能， 2024（5）：42-51.

作者單位：上海熠隆新能源開發有限公司