太陽能光伏發(fā)電的并網(wǎng)控制技術淺析

摘 要：光伏發(fā)電是利用太陽光照射到半導體材料的表面，產(chǎn)生光生伏特效應，將光能直接轉(zhuǎn)化為電能的過程。目前，光伏并網(wǎng)發(fā)電技術的大規(guī)模推廣不僅受制于光伏電能成本高，而且受制于光伏發(fā)電質(zhì)量和電能可調(diào)度特性均較差，進一步完善控制策略和控制技術是突破制約瓶頸的有效途徑。

關鍵詞：光伏發(fā)電;可再生能源;光電效應

國務院總理李克強在全國政協(xié)十二屆三次會議的《政府工作報告》中談到，能源生產(chǎn)和消費革命，關乎發(fā)展與民生，要大力發(fā)展風電、光伏發(fā)電、生物質(zhì)能，控制能源消費總量，加強工業(yè)、交通、建筑等重點領域節(jié)能。讓太陽能業(yè)者為之一振。除此之外，今年兩會期間，光伏發(fā)電被提到前所未有的高度，大力發(fā)展光伏發(fā)電已成大勢所趨，而光伏發(fā)電設備市場也將迎來新的機遇期。兩會上，代表委員們對扶持光伏產(chǎn)業(yè)建筑一體化、分布式光伏發(fā)電免稅、促進清潔能源發(fā)電有序發(fā)展、家庭光伏發(fā)電政策松綁等多個關乎光伏行業(yè)切實發(fā)展的問題進行了提案，對于光伏設備質(zhì)量、補貼方式、技術創(chuàng)新等問題進行了探討。

1.我國并網(wǎng)運行光伏發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀

2010年，全國建成1000個屋頂光伏發(fā)電項目，總?cè)萘繛?萬kw，到2020年全國建成2萬個屋頂光伏發(fā)電項目，總?cè)萘窟_到100萬kW。廣東、江蘇和上海已制定規(guī)劃建設“光伏屋頂”，上海提出“10萬屋頂計劃”，旨在使10萬個屋頂安裝光伏發(fā)電裝置，每個屋頂利用30m2，全市總結(jié)300萬m2，占上海全市屋頂面積的1.5%。同時，在甘肅、西藏和內(nèi)蒙古等建立并計劃建立多座大型沙漠光伏示范電站，包括敦煌10MW光伏并網(wǎng)發(fā)電項目，全球最大光伏電站一鄂爾多斯2Gw光伏電站等等，為我國屋頂光伏并網(wǎng)發(fā)電和沙漠電站技術的規(guī)模化發(fā)展積累了經(jīng)驗。目前我國的小功率逆變器已經(jīng)與國外處于同一水平，但是在大功率并網(wǎng)逆變器上研發(fā)水平與國外差距較大。我國目前是光伏產(chǎn)品的制造大國和應用小國，光伏市場和應用仍然主要集中在歐洲，我國商業(yè)化的光伏電力市場剛剛啟動，光伏發(fā)電僅僅停留在實驗示范階段，市場份額不到l%。光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)主要包括太陽能電池陣列，并網(wǎng)逆變器組成，并輔以相應的中央集控系統(tǒng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電技術關鍵在于并網(wǎng)逆變器，逆變器性能的改進對于提高系統(tǒng)的效率、可靠性，提高系統(tǒng)的壽命、降低成本至關重要。隨著電力電子技術、微電子技術和現(xiàn)代控制理論的進步不斷改進，逆變技術正向著頻率更高、功率更大、效率更高、體積更小的方向發(fā)展。

2.太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)控制系統(tǒng)的設計

首先，要考慮子系統(tǒng)的組成。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏模塊子系統(tǒng)、直流配電監(jiān)測系統(tǒng)和逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)組成，而子系統(tǒng)是相對獨立的;其次，對主設備進行選型。當前逆變器的容量和單位造價是成反比的，容量大的逆變器對整個系統(tǒng)有影響。適當選擇過電壓等相應的保護功能。為了保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運行，可以將逆變器分散為獨立的并網(wǎng)形式;然后，制定升壓方式。并網(wǎng)逆變器產(chǎn)生的380V交流電需要升壓入網(wǎng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量決定了升壓變壓器電壓比和額定容量，最好選擇箱型干式變壓器作為首選;第四，還有設計一套測控保護裝置，以對產(chǎn)生的過電壓和過電流等現(xiàn)象進行保護。在發(fā)生了諸如孤島效應時，逆變器可以自動脫離;最后，便是要考慮防雷接地問題。在采用全戶內(nèi)型的升壓變電站的屋頂和光伏電池組件上安裝設有獨立引下線的環(huán)形避雷帶可以有效避免雷電打擊。光伏電站應在光伏電站并網(wǎng)點內(nèi)側(cè)設置易于操作、可閉鎖、且具有明顯斷開點的并網(wǎng)總斷路器。應在逆變器功率輸出匯集點設置易操作、可閉鎖、且具有明顯斷開點、帶接地功能的開斷設備。選用的光伏逆變器應通過國家認可資質(zhì)機構(gòu)的檢測或認證。光伏電站內(nèi)需具備直流電源和UPS電源，供新配置的保護裝置、測控裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置等設備使用。線路保護應能在光伏電站線路發(fā)生短路故障時，線路保護快速動作，瞬時跳開相應并網(wǎng)點斷路器，滿足全線故障時快速可靠切除故障的要求。

3.太陽能光伏電站并網(wǎng)技術

光伏電站并網(wǎng)運行必須在多個方面需要滿足電網(wǎng)要求，其中包括電能質(zhì)量、功率和電壓調(diào)節(jié)功能、電網(wǎng)異常情況下的保護特性等，發(fā)送電能的質(zhì)量，必須在諧波、電壓偏差、電壓不平衡度、直流分量、電壓波動和閃變等方面應滿足國家相關標準。并網(wǎng)逆變器在單機并網(wǎng)運行時，一般電流紋波較小，但在多機并聯(lián)運行時，由于逆變器輸出電流紋波的同相疊加，可能引起總電流諧波超標或電網(wǎng)諧振，造成電網(wǎng)供電質(zhì)量的下降，因此必須對光伏逆變器的控制策略進行改進，并在電網(wǎng)合適節(jié)點位置配置阻抗濾波以改善電能質(zhì)量。調(diào)度部門對于不同規(guī)模的光伏電站有不同的要求，大型和中型光伏電站應具有有功功率調(diào)節(jié)能力，并能根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度部門指令控制其有功功率輸出。為了實現(xiàn)對光伏電站有功功率的控制，光伏電站需要安裝有功功率控制系統(tǒng)，要求能夠接收并自動執(zhí)行電網(wǎng)調(diào)度部門遠方發(fā)送的有功出力控制信號，并根據(jù)電網(wǎng)頻率值、電網(wǎng)調(diào)度部門指令等信號自動調(diào)節(jié)電站的有功功率輸出，確保光伏電站最大輸出功率及功率變化率不超過電網(wǎng)調(diào)度部門的給定值，維護電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。大中型并網(wǎng)光伏電站應具備一定的耐受電壓異常和系統(tǒng)頻率異常的能力，避免在電網(wǎng)電壓或頻率異常時脫離，引起電網(wǎng)電源進一步損失。對于小型光伏電站，根據(jù)國家電網(wǎng)公司光伏電站接人電網(wǎng)技術規(guī)定（試行）要求，當并網(wǎng)點處電壓超出規(guī)定的電壓范圍時應停止向電網(wǎng)線路送電;當并網(wǎng)點頻率在49.5～50.2Hz范圍外時應在0.25內(nèi)停止向電網(wǎng)線路送電。

4.結(jié)束語

在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，最基本的環(huán)節(jié)就是太陽能的店址，要想提高整個系統(tǒng)的效率，一定要先提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率，使其輸出功率的效率達到最大。太陽能具有獨特的優(yōu)勢，其開發(fā)利用在二十一世紀已經(jīng)得到了長足的發(fā)展，而且在世界能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移中將會承擔重要的責任，成為二十一世紀后期的主導能源。

參考文獻：

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