淺談光伏并網(wǎng)發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

陳騰生（廣東順德電力設(shè)計(jì)院有限公司）

淺談光伏并網(wǎng)發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

陳騰生（廣東順德電力設(shè)計(jì)院有限公司）

隨著城市不斷的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)狀況的不斷提升，傳統(tǒng)的能源使用狀況已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在人們對于能源的使用要求，想要將該問題進(jìn)行逐步的完善，就應(yīng)該將目光進(jìn)行長遠(yuǎn)方向的打量，以這種全新的能源使用模式進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。然而，大規(guī)模的光伏并網(wǎng)發(fā)電也給電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制帶來了新問題。因此，本文首先闡述了光伏發(fā)電的工作原理和性能特點(diǎn)，然后綜述了光伏發(fā)電并網(wǎng)面臨的新問題，最后對光伏發(fā)電并網(wǎng)的發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討和展望。

光伏電網(wǎng)；發(fā)電原理；發(fā)展趨勢

1 光伏并網(wǎng)發(fā)電原理、性能特點(diǎn)

1.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電原理

光伏發(fā)電是在半導(dǎo)體的光生伏打之下將太陽能有效的轉(zhuǎn)變成電能的過程。光伏電池陣列發(fā)出的直流電可以通過逆變器的運(yùn)轉(zhuǎn)逐漸轉(zhuǎn)換成符合國家相關(guān)要求的交流電，然后通過相關(guān)的變電站設(shè)備直接性的接入電網(wǎng)。

光伏系統(tǒng)一般由光伏電池板、逆變器、控制組件等組合而成。圖1是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的基本架構(gòu)。

圖1 光伏并網(wǎng)發(fā)電基本架構(gòu)

1.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電主要運(yùn)行特性

（1）隨機(jī)波動性。隨機(jī)波動性屬于一種比價(jià)傳統(tǒng)的可清潔性再生能源，對于環(huán)境，溫度，光照以及天氣的狀態(tài)都會有不同程度的影響，這種問題的產(chǎn)生使得光伏發(fā)電系統(tǒng)具有了比較關(guān)鍵性的特點(diǎn)，就是有功率進(jìn)行輸出時(shí)會有比較明顯的隨機(jī)波動性。

（2）在現(xiàn)有的光伏逆變器的控制方式進(jìn)行分析，這種控制的模式大多數(shù)都為電壓源電流控制，就是通常所說的輸入為電壓，輸出為電流控制的模式。使用這種方式可以有效的控制電流與電壓之間的變化程度，以這種數(shù)據(jù)的控制達(dá)到并網(wǎng)的整體目的。在輸出近似為1的情況時(shí)，就說明這種輸出功率為純有功功率，并且，在該基礎(chǔ)上，光伏發(fā)電系統(tǒng)的諧波產(chǎn)生狀況也主要是由逆變器進(jìn)行針對性產(chǎn)生的。

（3）并網(wǎng)逆變器的抗孤島保護(hù)功能與負(fù)荷狀況的相關(guān)性。在現(xiàn)在社會使用光伏發(fā)電的過程中，由于光伏發(fā)電電量相較于負(fù)載比例比較小，在城市之間使用后，消失后電壓、頻率會加快衰減速度，這種問題在出現(xiàn)的過程中，抗孤島設(shè)備可以準(zhǔn)確檢測出來。但是由于現(xiàn)在光伏發(fā)電的電量程度不斷加大，光伏網(wǎng)發(fā)電的系統(tǒng)中會有比較多的系統(tǒng)種類分類，這種類型的規(guī)劃使得并網(wǎng)逆變器接入一個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，這種情況會出現(xiàn)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)相互干擾的情況，并且，假如同時(shí)在出現(xiàn)發(fā)電功率與負(fù)載基本平衡的狀況時(shí)，抗孤島檢測的時(shí)間會明顯增加，甚至可能出現(xiàn)檢測失敗。

2 光伏發(fā)電并網(wǎng)的新問題

2.1 電能質(zhì)量問題

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對配電網(wǎng)和高壓輸電網(wǎng)的電能質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)在諧波污染、電壓質(zhì)量與頻率質(zhì)量上：

（1）諧波污染：光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏逆變器中含有數(shù)量十分眾多的電力電子原件設(shè)備，在直流電量進(jìn)行不可避免的逆轉(zhuǎn)時(shí)，就會對整個(gè)電網(wǎng)設(shè)備造成諧波污染，并且，對于整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)也會出現(xiàn)諧波明顯變大的情況產(chǎn)生，假如在該過程中會出現(xiàn)多個(gè)諧波源，就會產(chǎn)生不同的諧波狀態(tài)。

（2）電壓質(zhì)量：由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)只能進(jìn)行有功電能的運(yùn)用，在運(yùn)用過程中，其相關(guān)的功率現(xiàn)實(shí)狀態(tài)接近于1，在該過程中出現(xiàn)負(fù)載無功消耗的情況就會導(dǎo)致整個(gè)供電質(zhì)量受損。

（3）頻率質(zhì)量：光伏發(fā)電在使用過程中對于太陽輻射的要求比較明顯，在使用階段也具有間歇性以及不穩(wěn)定性的特點(diǎn)展現(xiàn)。按照這種模式進(jìn)行發(fā)電的持續(xù)運(yùn)行，會使整個(gè)系統(tǒng)的頻率狀態(tài)發(fā)生十分明顯的波動，這種波動就要求在電站的使用過程中有十分足夠的容量配置，以保證相對數(shù)值進(jìn)行正確的估量。

2.2 孤島效應(yīng)問題

孤島效應(yīng)就是按照光伏發(fā)電的系統(tǒng)模式進(jìn)行針對性的電力內(nèi)容相連，在電力線路因故障、事故或停電檢修而與其跳脫時(shí)，在光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行繼續(xù)供電的模式下，形成一種供電公司無法控制的自給供電孤島，從而對配網(wǎng)系統(tǒng)和用戶端造成嚴(yán)重的危害，具體體現(xiàn)在如下方面：

（1）在使用過程中，假如配電網(wǎng)發(fā)生了所出現(xiàn)的故障形式，用戶與以及維護(hù)人員并不能將自給供電的內(nèi)容進(jìn)行針對性的檢測，這種情況的出現(xiàn)就導(dǎo)致了安全事故的產(chǎn)生；

（2）在使用過程中由于缺少了相關(guān)的電網(wǎng)支持，在電力孤島的模式下，供電的數(shù)值與頻率會十分不穩(wěn)定，這種不穩(wěn)定的狀態(tài)會導(dǎo)致用電設(shè)備的損壞，產(chǎn)品不合格等，造成了用戶的經(jīng)濟(jì)損失；

（3）電網(wǎng)恢復(fù)供電時(shí)，光伏發(fā)電社會會重新進(jìn)行相位移動，在移動的過程中不會造成十分明顯的電流沖擊；

（4）光伏發(fā)電系統(tǒng)切換成孤島運(yùn)行時(shí)，如果無儲能元件或儲能容量太小，負(fù)載負(fù)荷可能會發(fā)生電壓閃變。

2.3 可靠性與穩(wěn)定性問題

針對光伏發(fā)電系統(tǒng)接入主網(wǎng)后對系統(tǒng)的供電可靠性以及穩(wěn)定性來說，可以進(jìn)行以下的內(nèi)容分析：

（1）光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率的波動性和隨機(jī)性會引起輸出功率不穩(wěn)定，這種問題的產(chǎn)生會造成對系統(tǒng)供電可靠性模式有局部的影響；

（2）光伏電站的選址、容量配置和與電網(wǎng)的連接方式，以及故障光伏原件的切除也會對系統(tǒng)的可靠性造成影響；

（3）隨著光伏發(fā)電系大規(guī)模并網(wǎng)，所占的發(fā)電容量比重越加提升，可能會造成系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低。

3 光伏發(fā)電并網(wǎng)發(fā)展方向

3.1 高性能變換技術(shù)

對于光伏發(fā)電并網(wǎng)未來的發(fā)展方向進(jìn)行分析，首先就應(yīng)該對這種高性能的變換技術(shù)進(jìn)行針對性的研究，使用高性能的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)最關(guān)鍵的內(nèi)容就是可以比較具有針對性的電網(wǎng)模式進(jìn)行相互的協(xié)調(diào)與運(yùn)行模式的集合，在該基礎(chǔ)上再對變換器進(jìn)行統(tǒng)一性的控制，這種方式的使用可以有效的方便在今后電網(wǎng)運(yùn)行模式中降低電網(wǎng)內(nèi)部相互之間的影響形式，并且，還應(yīng)該對系統(tǒng)的控制方案進(jìn)行變換器集群的統(tǒng)一協(xié)調(diào)，這種模式進(jìn)行成功率的調(diào)整，可以將運(yùn)行的模式進(jìn)行整體性的優(yōu)化，綜合保護(hù)電網(wǎng)整體運(yùn)行策略。

3.2 電網(wǎng)友好的網(wǎng)源互動技術(shù)

在光伏電網(wǎng)使用過程中，對逆變器提出了“電網(wǎng)友好”的要求，這種全新的要求模式可以很大程度上對電網(wǎng)進(jìn)行速度性的控制，按照擴(kuò)展通信的方式將電網(wǎng)的使用狀況進(jìn)行針對性的調(diào)整，這種調(diào)整的模式可以將有功功率和無功功率的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面的掌控，減少有功功率的變化程度。智能電網(wǎng)最關(guān)鍵的特征內(nèi)容就是可以進(jìn)行大規(guī)模再生能源發(fā)電并網(wǎng)模式的運(yùn)用，這種技術(shù)的運(yùn)用模式對于智能電網(wǎng)網(wǎng)源互動技術(shù)來說具有十分明顯的優(yōu)勢展現(xiàn)。

3.3 光伏電站的設(shè)計(jì)規(guī)范

對于光伏電網(wǎng)的整體設(shè)計(jì)規(guī)范來說，國家已經(jīng)按照光伏電網(wǎng)的規(guī)模狀況進(jìn)行了針對性的設(shè)計(jì)，按照標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)模式進(jìn)行充分的研究與分析，這種規(guī)范的設(shè)計(jì)過程就是長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，在規(guī)范設(shè)計(jì)的過程中，借助可靠性的評估模式可以將光伏電網(wǎng)的內(nèi)容進(jìn)行針對性的描述與概括，形成一種比較科學(xué)合理的光伏電網(wǎng)設(shè)計(jì)方案評價(jià)體系和規(guī)范化的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)規(guī)范中兼顧到光伏電站的效率與成本的雙重需求，以保證光伏電網(wǎng)在今后運(yùn)行模式中的運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)信息與控制技術(shù)的可再生能源轉(zhuǎn)換。

3.4 光伏直流微網(wǎng)

為了使分布式能源發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益得到充分的利用和發(fā)揮，并得到高質(zhì)量的并網(wǎng)電能，學(xué)術(shù)領(lǐng)域也提出了微電網(wǎng)的概念，個(gè)人認(rèn)為也是未來發(fā)展的趨勢。因此，以下將簡要介紹光伏直流微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)與特性：

3.4.1 光伏直流微網(wǎng)概念與結(jié)構(gòu)

光伏直流微網(wǎng)是以直流輸電的形式，由光伏發(fā)電系統(tǒng)、交直流負(fù)荷以及相應(yīng)的接口電路組成的直流形式的微網(wǎng)。

光伏直流微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。性的對其因素進(jìn)行專業(yè)的控制與調(diào)整。

（3）使用直流微網(wǎng)的形式可以有效的調(diào)節(jié)現(xiàn)在整體供電的狀態(tài)，在使用過程中，由于直流變電的形式會使得交換的能量有明顯的減少，并且，在交換過程中，也會出現(xiàn)畸變和雜波的問題，在聯(lián)網(wǎng)直交流變換器的過程中，可以有效的將大電網(wǎng)進(jìn)行隔離，以這種隔離的將電網(wǎng)相互之間的干擾程度降到最低的狀態(tài)，假如發(fā)生大電網(wǎng)的故障情況，還可以按照切斷的模式對大電網(wǎng)進(jìn)行針對性的阻截，使用微電網(wǎng)的模式進(jìn)行單獨(dú)性的供電，就可以提升整體供電能力的質(zhì)量效果以及整體性目標(biāo)。

（4）在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的過程中，對于使用直流微電網(wǎng)的模式由于涉及的內(nèi)容情況比較單一，所消耗的能量狀況比較小，投入的資金狀況比較低，使用效果強(qiáng)等優(yōu)勢，在交流輸電傳統(tǒng)的規(guī)模中得到了比較廣泛的運(yùn)用，這種運(yùn)行的模式使得直流微電網(wǎng)對分布式發(fā)電，以及可再生能源發(fā)電特別是直流輸出的微源表現(xiàn)出了很好的適應(yīng)性。

4 結(jié)語

在能源緊缺的今天，光伏發(fā)電作為新能源的一種重要形式有著很好的發(fā)展前景，但從示范到大規(guī)模推廣還存在較多的技術(shù)問題，需要不斷地改進(jìn)和完善，唯有不斷地尋找讓光伏發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益得到充分的利用和發(fā)揮的路徑，才能向電網(wǎng)注入真正無污染的綠色、高效的電能，也才能真正迎來以新能源發(fā)電為標(biāo)志的電力系統(tǒng)新時(shí)代。

[1]陳 煒，艾 欣，吳 濤，劉 輝.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響研究綜述[J].電力自動化設(shè)備，2013，33（2）：16～17.

[2]王 博．基于光伏并網(wǎng)的逆變器并聯(lián)技術(shù)的研究[D]．合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2009．

[3]國家電網(wǎng)公司．《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》（試行）[s]．2009．

[4]王成山，李 鵬．分布式發(fā)電、微網(wǎng)與智能配電網(wǎng)的發(fā)展與挑戰(zhàn)[J]．電力系統(tǒng)自動化，2010，34（2）：10～14．

圖2 光伏直流微電網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)

3.4.2 光伏直流微電網(wǎng)的特性：

（1）直流微電網(wǎng)的控制中不需要考慮對于交流電使用過程中的相位以及頻率的控制要求，這種要求上的降低就直接降低了電網(wǎng)控制模式的整體難度指標(biāo)，與之相關(guān)的電能在變換器使用環(huán)節(jié)中相關(guān)的損耗也在不同程度的降低，節(jié)約了變流器以及控制器的使用狀態(tài)，在整體方向上節(jié)約了整體電網(wǎng)投入的資金狀況。

（2）在使用直流微電網(wǎng)的操作中，對于電壓問題的實(shí)現(xiàn)狀況就是反映功率平衡量測定中最重要的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，對于這種前提因素想要將電壓的狀況進(jìn)行針對性的穩(wěn)定，就應(yīng)該針對

TM615

A

2095-2066（2016）22-0070-02

2016-5-10

陳騰生（1983-），男，中級工程師，本科，主要從事電力設(shè)計(jì)工作。