小型分布式光伏電源大規(guī)模并網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用

吳尤

摘 要：隨著光伏電源技術(shù)的發(fā)展，小型分布式光伏電源得到了廣泛的使用。當(dāng)前，對于小型分布是光伏電源并網(wǎng)，尚無成熟的解決方案和技術(shù)。因此，有必要對小型分布式光伏電源的并網(wǎng)裝置及并網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行研究，并實(shí)現(xiàn)其在并網(wǎng)運(yùn)行中的應(yīng)用。本文淺析了智能并網(wǎng)裝置的組成模塊與功能實(shí)現(xiàn)，探討了小型分布式光伏電源大規(guī)模并網(wǎng)技術(shù)和并網(wǎng)方案，以期為我國的小型分布式光伏電源并網(wǎng)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：小型分布式；光伏電源；大規(guī)模并網(wǎng)

中圖分類號(hào)：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

當(dāng)前，小型分布式光伏電源大多采用“裸接”的方式，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)的接入?！奥憬印钡牟⒕W(wǎng)方式，缺乏對小型光伏電源的有效監(jiān)控與故障診斷，在一定程度上導(dǎo)致了電網(wǎng)運(yùn)行過程中的隱患，也無法產(chǎn)生高質(zhì)量的電能，實(shí)現(xiàn)對用戶需求的良好滿足。因此，有必要對小型分布式光伏電源智能并網(wǎng)裝置進(jìn)行研究，并實(shí)現(xiàn)其對并網(wǎng)運(yùn)行的有效應(yīng)用。

一、智能并網(wǎng)裝置

1.組成模塊

智能并網(wǎng)裝置的組成模塊，主要包含以下幾部分：

（1）電源模塊。電源模塊的供電實(shí)現(xiàn)有賴于單相的交流電源。電源模塊配備有大容量的工業(yè)電池，該電池能實(shí)現(xiàn)充電。在缺乏交流電時(shí)，電池能維持智能并網(wǎng)裝置的工作，并能實(shí)現(xiàn)對并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控。

（2）CPU模塊。該模塊是智能并網(wǎng)裝置的主控單元，能采集數(shù)據(jù)，并對之統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在芯片內(nèi)的保存。該模塊還能對準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)運(yùn)行的工況，并實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)命令的有效執(zhí)行，最終實(shí)現(xiàn)對各模塊的有效協(xié)調(diào)。

（3）交流采樣模塊。該模塊通過對互感器的使用，采集電網(wǎng)交流量，實(shí)現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)的計(jì)算。

（4）輸入輸出模塊。能實(shí)現(xiàn)對各種信號(hào)輸入以及信號(hào)輸出的有效管理。

（5）通信模塊。該模塊能通過對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行利用，與主站實(shí)現(xiàn)良好的通信。并能將智能并網(wǎng)裝置的相關(guān)信息實(shí)現(xiàn)對主站的良好傳遞，并實(shí)現(xiàn)對主站指令的及時(shí)接受。

（6）顯示操作模塊。該模塊的人機(jī)界面良好，且具有時(shí)鐘模塊。智能并網(wǎng)裝置的組成模塊一方面具有各自的分工，另一方面能實(shí)現(xiàn)各自功能的交互。

2.功能實(shí)現(xiàn)

智能并網(wǎng)裝置主要具備以下功能：

（1）當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障，發(fā)生短路時(shí)，其短路電流以及電壓等超出設(shè)定值時(shí)，智能并網(wǎng)裝置能實(shí)現(xiàn)對光伏電源的自動(dòng)切斷，以及主斷路器的自動(dòng)切斷，從而有效實(shí)現(xiàn)對故障的隔離。對于不可逆流并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，電網(wǎng)接口處逆流超出設(shè)定值時(shí)，光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)在功率方向保護(hù)動(dòng)作的作用下，會(huì)實(shí)現(xiàn)斷開，從而自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對故障的有效隔離。

（2）智能并網(wǎng)裝置能實(shí)現(xiàn)對各種模擬量的有效采集，并將采集到的信息實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控系統(tǒng)的即時(shí)傳送，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對光伏系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的有效監(jiān)測。光電隔離將各類開入信號(hào)實(shí)施數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換后，使之進(jìn)入智能并網(wǎng)裝置，通過使用濾波回路以及軟件算法進(jìn)行處理，能有效實(shí)現(xiàn)對外部干擾的濾除。監(jiān)控系統(tǒng)可通過并網(wǎng)裝置發(fā)送指令對帶節(jié)點(diǎn)控制的斷路器進(jìn)行控制，每個(gè)遙控對象均由雙繼電器完成，輸出均由雙處理器執(zhí)行，有效保障了遙控輸出的可靠性。

（3）電壓的模擬信號(hào)以及電流的模擬信號(hào)，可以通過智能并網(wǎng)裝置的計(jì)量芯片，實(shí)現(xiàn)對數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字的積分運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對有功電量和無功電量的準(zhǔn)確得出。當(dāng)功率流入光伏并網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，功率呈現(xiàn)出負(fù)值的顯示，當(dāng)功率經(jīng)過光伏并網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對公網(wǎng)的流入時(shí)，功率呈現(xiàn)出正值的顯示。

（4）智能并網(wǎng)裝置通過對各項(xiàng)電能指標(biāo)的監(jiān)測，能實(shí)現(xiàn)對電能質(zhì)量的有效監(jiān)控，當(dāng)各類電能指標(biāo)不符合相關(guān)的技術(shù)要求時(shí)，裝置會(huì)對不良指標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，以使之恢復(fù)正常水平。當(dāng)智能并網(wǎng)系統(tǒng)對不良指標(biāo)進(jìn)行調(diào)控后，仍不能恢復(fù)，就會(huì)對光伏系統(tǒng)實(shí)施自動(dòng)切除，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)隔離系統(tǒng)故障。

（5）智能并網(wǎng)裝置閉鎖軟硬件邏輯。當(dāng)智能并網(wǎng)裝置對邏輯進(jìn)行閉鎖時(shí)，能實(shí)現(xiàn)對邏輯指令的接收以及編程。此時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)的遙控操作和用戶的現(xiàn)場操作，都會(huì)導(dǎo)致邏輯閉鎖程序的自動(dòng)啟動(dòng)。斷路器的閉鎖節(jié)點(diǎn)，在聯(lián)鎖組態(tài)工具的作用下，實(shí)現(xiàn)邏輯組態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對故障以及運(yùn)行區(qū)域的斷路器的閉鎖。

（6）該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對小型光伏系統(tǒng)及電網(wǎng)各類參數(shù)的同時(shí)檢測。只有各項(xiàng)參數(shù)的偏差在允許范圍之內(nèi)時(shí)，智能并網(wǎng)裝置才會(huì)實(shí)現(xiàn)對并網(wǎng)功能的開放，否則，會(huì)對系統(tǒng)并網(wǎng)實(shí)施閉鎖。

（7）智能并網(wǎng)裝置能通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與主站的遠(yuǎn)程通信。

（8）智能并網(wǎng)裝置中的時(shí)鐘芯片，具有極高的精度，誤差極小。

二、小型分布式光伏電源智能并網(wǎng)方案

1.小型分布式光伏電源供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

光伏電源供電系統(tǒng)主要由以下3部分構(gòu)成：分布式光伏電源系統(tǒng)、用戶負(fù)載系統(tǒng)以及智能并網(wǎng)控制系統(tǒng)。小型光伏系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

2.小型分布式光伏電源供電系統(tǒng)的智能并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)

（1）光伏系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)現(xiàn)

只有在以下3個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，待并發(fā)電機(jī)組才能實(shí)現(xiàn)同期并網(wǎng)：

①和公用電網(wǎng)內(nèi)的同幅電壓的數(shù)值相同；②與公用電網(wǎng)內(nèi)的頻率數(shù)值相同；

③與公用電網(wǎng)相角差在容許的偏差范圍之內(nèi)。

上述3個(gè)條件，存在一項(xiàng)不達(dá)標(biāo)時(shí)，即無法良好實(shí)現(xiàn)同期并網(wǎng)。在非同期并網(wǎng)的情況下，會(huì)造成巨大的沖擊電流，導(dǎo)致各類電氣設(shè)備的損毀，甚至對公用電網(wǎng)造成嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致其崩潰癱瘓。

當(dāng)智能并網(wǎng)裝置檢測到小型光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)各項(xiàng)參數(shù)的偏差不大時(shí)，智能并網(wǎng)裝置才能實(shí)現(xiàn)對其并網(wǎng)功能的完全開放，并且只有當(dāng)上述條件實(shí)現(xiàn)同時(shí)滿足的情況下，才能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。

在電網(wǎng)正常運(yùn)行的狀態(tài)下，系統(tǒng)處于并網(wǎng)運(yùn)行模式。監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)各類信息，實(shí)現(xiàn)對負(fù)荷運(yùn)行的控制，實(shí)現(xiàn)對小型分布式光伏電源運(yùn)行的控制，并對運(yùn)行方式進(jìn)行計(jì)算，最終實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。

（2）智能并網(wǎng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

智能并網(wǎng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

觀察圖2可知，通過現(xiàn)場總線級(jí)聯(lián)方式，智能并網(wǎng)裝置B、電能表、光伏逆變器實(shí)現(xiàn)了與智能并網(wǎng)裝置A的連接。通過移動(dòng)通信方式，智能并網(wǎng)裝置A實(shí)現(xiàn)了與主站的通信，加強(qiáng)了對遠(yuǎn)方的監(jiān)控。智能并網(wǎng)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)電壓和系統(tǒng)電流的有效監(jiān)測，并能實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)故障的檢測，且能向控制中心發(fā)送信號(hào)。

（3）系統(tǒng)故障隔離與閉鎖的實(shí)現(xiàn)

當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，智能并網(wǎng)裝置能通過繼電保護(hù)實(shí)現(xiàn)對故障信息的有效監(jiān)測，并實(shí)現(xiàn)對繼電保護(hù)功能的有效啟動(dòng)，對主斷路器進(jìn)行切斷，實(shí)現(xiàn)故障的有效隔離。當(dāng)各項(xiàng)電能指標(biāo)不符合并網(wǎng)要求時(shí)，智能并網(wǎng)裝置會(huì)對之進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，調(diào)控?zé)o效時(shí)，裝置會(huì)將控制信號(hào)發(fā)送到光伏交流斷路器，對斷路器實(shí)施切斷，以隔離故障。斷路器閉鎖能有效防治斷路器的誤合。

三、智能并網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用案例

某用戶使用了采用系列光伏逆變器的智能并網(wǎng)系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對直流電的逆變，使太陽能電池產(chǎn)生的直流電變?yōu)檎医涣麟?，并?shí)現(xiàn)對公共電網(wǎng)的輸送。另外，該系統(tǒng)采用的晶體硅太陽能電池組件的正極與負(fù)極均不接地，其發(fā)電容量為11kW。該裝置具有諸多優(yōu)點(diǎn)：

（1）實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保。其電源的能源來自太陽光，方便環(huán)保，其無污染。

（2）具有較高的經(jīng)濟(jì)性。該裝置一方面實(shí)現(xiàn)了對技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的滿足，另一方面實(shí)現(xiàn)了成本的有效降低。

結(jié)語

智能并網(wǎng)裝置能實(shí)現(xiàn)對電能的計(jì)量與監(jiān)測，還具有同期并網(wǎng)檢測功能，且能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方通信與故障隔離閉鎖，具有較高的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。因此，有必要在實(shí)踐應(yīng)用中進(jìn)行積極地探索，對該裝置進(jìn)行改進(jìn)，在此基礎(chǔ)上大力進(jìn)行推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]賀偉明，賀鐵光，李明，等.小型分布式光伏電源大規(guī)模并網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2015（12）：157-159.

[2]周榮明，趙伶俐.分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)研究[J].工程技術(shù)：全文版，2016（12）：198.endprint