分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)淺論

張世強(qiáng)

【摘要】：分布式光伏發(fā)電是一種新興的、具有廣闊發(fā)展前景的技術(shù)，具有輸出功率較小、綠色環(huán)保等特點(diǎn)。該技術(shù)采取就近發(fā)電、就近并網(wǎng)、就近轉(zhuǎn)換、就近使用的原則，利用光伏組件將太陽能直接轉(zhuǎn)化為電能，既能緩解局部用電緊張狀況，又能解決長(zhǎng)距離輸電的損耗問題，還能與大電網(wǎng)互為備用，提高供電可靠性，對(duì)于優(yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)節(jié)能減排、防治大氣污染具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】：電力系統(tǒng)；分布式；光伏發(fā)電

1、導(dǎo)言

隨著分布式光伏發(fā)電度電補(bǔ)貼政策和項(xiàng)目管理辦法的出臺(tái)，國(guó)內(nèi)的分布式光伏發(fā)電發(fā)展速度越來越快，其規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，但各方面相關(guān)的技術(shù)因素都在某種程度上影響著我國(guó)分布式光伏發(fā)電的發(fā)展走向。因此，相關(guān)的技術(shù)人員與技術(shù)部門應(yīng)該格外重視該方面的能源技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)此方面的問題，并根據(jù)實(shí)際情況采取有針對(duì)性的解決手段，以此完善分布式光伏發(fā)電的技術(shù)水平。

2、分布式光伏發(fā)電的概述

分布式發(fā)電最早出現(xiàn)于1978年美國(guó)公共事業(yè)管理政策法，其定義為分布在配電網(wǎng)或負(fù)荷附近的發(fā)電設(shè)施。分布式發(fā)電電源主要包括太陽能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、燃料電池等，發(fā)電規(guī)模普遍較小，且多靠近用戶，可直接向符合供電，或根據(jù)用戶需要近距離輸出電能。與傳統(tǒng)模式相比分布式發(fā)電具有獨(dú)特性：可靠性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性、環(huán)保性。分布式電源多采用中小型或微型電池組，操作方便，且相互獨(dú)立，不易發(fā)生大規(guī)模供電事故；靠近用戶，可直接就近向用戶供電，節(jié)省了遠(yuǎn)距離運(yùn)輸帶來的電力損耗；建設(shè)周期短，見效快，投資少，能夠靈活配置各項(xiàng)資源；分布式電源多為可再生的清潔能源，更加綠色環(huán)保。

3、分布式光伏發(fā)電的前景

隨著傳統(tǒng)能源可開發(fā)資源的日益減少，以及傳統(tǒng)能源在使用過程中對(duì)環(huán)境的污染加劇，近年來世界各國(guó)都在積極探索新能源的開發(fā)和利用。我國(guó)國(guó)務(wù)院在2012年10月24日發(fā)布了《中國(guó)的能源政策》白皮書，提出大力發(fā)展新能源和可再生能源的重要戰(zhàn)略。新能源，一般指核能、風(fēng)能、太陽能等在新技術(shù)基礎(chǔ)上，可系統(tǒng)的開發(fā)利用的可再生能源。

20世紀(jì)80年代以來，我國(guó)在西藏、新疆、內(nèi)蒙等日照時(shí)間長(zhǎng)、幅員遼闊的西部地區(qū)建設(shè)大型的太陽能電站，利用光伏電板收集太陽光能，并將其轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電被稱為無污染、可持續(xù)再生、運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)低的新能源，但同時(shí)存在輸電距離長(zhǎng)、占用土地資源的弊端。此外，分布式光伏發(fā)電實(shí)行“自發(fā)自用、余電上網(wǎng)、就近消納、電網(wǎng)調(diào)節(jié)”的運(yùn)營(yíng)模式，鼓勵(lì)各類電力用戶投資建設(shè)和經(jīng)營(yíng)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，國(guó)家和地方政府進(jìn)行資金補(bǔ)貼。

4、分布式光伏發(fā)電的影響因素與應(yīng)對(duì)手段

4.1并網(wǎng)技術(shù)穿透率

在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，其分布式光伏發(fā)電的穿透率是衡量分布式光伏在電網(wǎng)系統(tǒng)中技術(shù)水平的一項(xiàng)重要的指標(biāo)。依據(jù)相關(guān)的研究報(bào)告顯示，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的穿透率應(yīng)嚴(yán)格控制在容量的15%以內(nèi)。但在國(guó)內(nèi)，隨著大量的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的公共電網(wǎng)體系之中，其真正的穿透率對(duì)于電網(wǎng)本身的影響作用也越來越大。對(duì)于此類情況，必須要嚴(yán)格控制穿透率的擴(kuò)大化，保證分布光伏發(fā)電與電網(wǎng)的兼容性，并考慮好對(duì)電網(wǎng)內(nèi)的設(shè)施的保護(hù)。

4.2逆功率的注意

這一概念指的是在低壓電網(wǎng)并網(wǎng)分布式光伏系統(tǒng)當(dāng)負(fù)荷很低時(shí)試圖通過配電變壓器向中壓電網(wǎng)反送電，該情況下因配電變壓器和線路的阻抗，配電網(wǎng)的電壓也會(huì)明顯增高。為防止該情況的出現(xiàn)，一般采取的手段措施有在配電變壓器的次級(jí)安裝逆功率檢測(cè)與控制裝置，一旦出現(xiàn)逆功率將會(huì)使分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)自動(dòng)斷開，安裝動(dòng)態(tài)的調(diào)整功率的逆變器，并增加儲(chǔ)能或增加機(jī)動(dòng)負(fù)荷，在必要情況下將多余的電力進(jìn)行吸收。

4.3限制輸送能力

光伏的并網(wǎng)問題是一直限制光伏發(fā)電的最大的影響因素。目前我國(guó)的太陽能資源較為豐富，但受到資源區(qū)與負(fù)荷中心相距較遠(yuǎn)的因素影響，無論是以集中式開發(fā)為主的西部地區(qū)還是分散式開發(fā)為主的東部地區(qū)，都面臨著并網(wǎng)難的問題。輸送能力的限制影響著我國(guó)分布式光伏并網(wǎng)發(fā)展?？梢哉f，我國(guó)的太陽能資源可以在一半地區(qū)以上使用超過1400小時(shí)，效率比較良好。但受到地區(qū)上的限制，太陽能資源豐富的地區(qū)多在西部與中部，與我國(guó)的電路負(fù)荷中心存在較大的距離差距，使之成為制約光伏發(fā)電發(fā)展的瓶頸。其光伏發(fā)電的消納問題也有待思考，關(guān)鍵點(diǎn)在于打通西部地區(qū)向東部地區(qū)輸送電力的通道。

5、分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)

5.1鎖相環(huán)控制技術(shù)

鎖相環(huán)是控制光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)輸出的交流電與市電同頻共相的一項(xiàng)技術(shù)，它作為一種反饋控制電路，接受外部信號(hào)后，與自身系統(tǒng)信號(hào)比較，再通過其內(nèi)部的相關(guān)環(huán)節(jié)控制內(nèi)部環(huán)路信號(hào)的相位和頻率，然后發(fā)出信號(hào)。其中鑒相器主要負(fù)責(zé)檢測(cè)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位差，并將相位差轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)的形式。當(dāng)輸入信號(hào)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，鑒相器的輸出電壓信號(hào)將產(chǎn)生紋波。環(huán)路濾波器主要負(fù)責(zé)將這些電壓信號(hào)平均化，并去除紋波，得到較為穩(wěn)定的電壓信號(hào)。壓控振蕩器主要負(fù)責(zé)接受穩(wěn)定的電壓信號(hào)，并產(chǎn)生一定頻率的輸出信號(hào)，輸出信號(hào)傳到開關(guān)管的控制電路，控制開關(guān)管的開關(guān)，使逆變器的輸出電能與市電同頻共相。

5.2分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制技術(shù)

分布式光伏系統(tǒng)具有多并網(wǎng)逆變器和多能量來源等特點(diǎn)，必須注重在并網(wǎng)運(yùn)行中的相互耦合影響以及并網(wǎng)協(xié)調(diào)的控制問題。為實(shí)現(xiàn)負(fù)荷穩(wěn)態(tài)的合理動(dòng)態(tài)分配，必須注重多個(gè)逆變器在獨(dú)立運(yùn)行中的協(xié)調(diào)控制問題，同時(shí)還要深入研究能夠適合于并網(wǎng)逆變器的無盲區(qū)孤島檢測(cè)問題。

5.3網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)

分布式光伏系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的集中式發(fā)電系統(tǒng)相比，存在較大差異。研究設(shè)計(jì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，關(guān)鍵要充分考慮當(dāng)?shù)靥柲艿姆植碱A(yù)測(cè)和負(fù)荷水平，在可用性、隨機(jī)性方面給予正確評(píng)估。

結(jié)論

綜上所述，近年來，為解決能源問題和環(huán)境問題，國(guó)外許多發(fā)達(dá)國(guó)家十分重視分布式光伏系統(tǒng)的研發(fā)，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展很快。我國(guó)也加大了分布式光伏發(fā)電的支持力度，國(guó)家和地方政府相繼出臺(tái)了一系列促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的相關(guān)政策。目前分布式光伏發(fā)電已在發(fā)電站、交通監(jiān)控、景觀照明、道路照明等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，越來越多的居民開始使用家用太陽能電源產(chǎn)品。當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是居民自建房屋、城市居民小區(qū)、產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)廠房等建筑屋頂上的規(guī)模較小的光伏發(fā)電項(xiàng)目，其顯著優(yōu)點(diǎn)是日照輻射好，不占專用地，光伏組件安裝相對(duì)自由，系統(tǒng)效率高，便于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

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