電氣自動化在集中式并網(wǎng)光伏電站中的應(yīng)用及發(fā)展

郭冬軍

江西省水投能源發(fā)展有限公司新能源運(yùn)維分公司/分宜縣陸輝光伏發(fā)電有限公司 江西新余 336600

隨著信息化社會的不斷發(fā)展，對于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究在不斷的深入。電氣自動化在集中式并網(wǎng)光伏電站中的應(yīng)用，不僅改善了傳統(tǒng)太陽能系統(tǒng)利用效率低下的缺點(diǎn)，還提升太陽能光伏系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而促進(jìn)太陽能光伏系統(tǒng)的發(fā)展。

1 光伏發(fā)電原理和并網(wǎng)形式及特點(diǎn)

太陽能發(fā)電不僅有效的改善了傳統(tǒng)發(fā)電形式的缺點(diǎn)，還符合現(xiàn)代的可持續(xù)發(fā)展政策。目前大多數(shù)的發(fā)達(dá)國家都將其作為主要的發(fā)電方式進(jìn)行供電，在政府的重視下，逐漸的形成可太陽能發(fā)電企業(yè)。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，電力能夠通過中低壓配電網(wǎng)接入互聯(lián)特超高壓大電網(wǎng)，這就是光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的最重要的特點(diǎn)。光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)使用的基本條件是逆變器輸出之正弦波電流的頻率和相位與電網(wǎng)電壓的頻率和相位相同。光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的開展形式主要有兩種，分別是集中式并網(wǎng)和分散式并網(wǎng)。集中式并網(wǎng)主要是將其用在大型光伏電站并網(wǎng)，電力傳輸距離較遠(yuǎn)，通常是在荒漠區(qū)域使用這種電力傳輸形式。這種電力傳輸形式的特點(diǎn)是能夠?qū)a(chǎn)生的電能都集中在大電網(wǎng)中，然后通過大電網(wǎng)的系統(tǒng)對各用戶進(jìn)行供電，這種電能傳輸形式是單向的，所以電力傳輸更加穩(wěn)定。分散式并網(wǎng)又被稱為分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)，主要的特點(diǎn)是能夠?qū)⑻柲芄夥到y(tǒng)產(chǎn)生的電能分配到用電負(fù)載上，多余的電能將會通過大電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種電能傳輸形式在電能傳輸方式中具有雙向的方式，比較適合較小規(guī)模的光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要使用的區(qū)域是城區(qū)，尤其適合于城市建設(shè)中的光伏系統(tǒng)。集中式光伏發(fā)電站對于設(shè)備要求較高，并且需要較多的光照時間[1]。

2 集中式并網(wǎng)形式的系統(tǒng)特點(diǎn)

集中式并網(wǎng)形式的主要自動化系統(tǒng)有：（1）逆變器自動檢測功能和自動啟停功能。逆變器是集中式并網(wǎng)系統(tǒng)中的核心設(shè)備，具有的自主功能多，在系統(tǒng)中具有較多的臺數(shù)，在實(shí)際的應(yīng)用中能夠根據(jù)電網(wǎng)中、角頻率、相位等變化進(jìn)行變化，實(shí)現(xiàn)自動啟停功能。（2）綜合自動化平臺；這個平臺可以讓管理人員更加直觀的發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中的問題，并且能夠?qū)⑦\(yùn)行錯誤記錄下來，方便修正。（3）功率自動控制系統(tǒng)；這個系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是能夠根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際需求進(jìn)行自動調(diào)節(jié)光伏電站的有功功率輸出。（4）電壓自動控制系統(tǒng)；使用特點(diǎn)是能夠結(jié)合光伏電站的無功補(bǔ)償裝置，自動調(diào)節(jié)光伏電壓，，保證并網(wǎng)線路的電壓的穩(wěn)定。（5）光功率預(yù)測系統(tǒng)；能夠與天氣預(yù)報(bào)相結(jié)合，及時的探知到未來兩天的天氣信息，將數(shù)據(jù)同步到光伏發(fā)電系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)光伏負(fù)荷電能的輸出，從而有效的控制光伏發(fā)電系統(tǒng)[2]。

3 電氣自動化在集中式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展

3.1 兩級式光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體控制策略

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能夠自動的檢測系統(tǒng)內(nèi)部的光伏儲能電池，這類電池通常將電壓和電流按照正常頻率進(jìn)行輸出，或者是對電壓和電流進(jìn)行處理然后在輸出到數(shù)字信號處理技術(shù)中，然后對電能進(jìn)行數(shù)字濾波處理，保留高頻部位，去除低頻部位，最后將其輸出為最大功率點(diǎn)，方便后期的系統(tǒng)跟蹤。發(fā)電系統(tǒng)需要對直流母線的電壓進(jìn)行檢測，電能在經(jīng)過數(shù)字濾波處理后，需要檢測其與直流母線內(nèi)部電能的差值，如果出現(xiàn)較大的差值時，需要電壓調(diào)控器進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證直流母線中的電壓處于穩(wěn)定狀態(tài)。電流指令信號是電流幅值與電流的正弦信號相乘得出的，并將其結(jié)果與數(shù)字信號處理后的數(shù)值進(jìn)行對比，將其差值控制在0.1范圍內(nèi)，是兩級式光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體控制策略[2]。

3.2 孤島檢測技術(shù)

電氣自動化在集中式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用中主要應(yīng)用孤島檢測技術(shù)，這種技術(shù)主要的應(yīng)用方式有兩種，分別是主動式和被動式。被動式檢測孤島效應(yīng)的方式有兩種：（1）通過對傳輸電壓的變化進(jìn)行判斷；（2）判斷與電網(wǎng)公共結(jié)合點(diǎn)出的電壓頻率的變化情況。主動式檢測判斷孤島效應(yīng)的方法主要是人工方法，將出現(xiàn)異常的電壓信號進(jìn)行檢測，然后在出現(xiàn)異常信號的區(qū)域進(jìn)行細(xì)致檢測，找到出現(xiàn)孤島效益的區(qū)域，對其進(jìn)行修正。在實(shí)際的光伏電壓系統(tǒng)中，主要檢測孤島效應(yīng)的方式是將主動式和被動式結(jié)合使用。被動式中最常用的方法是過壓法和欠壓法，主要的檢測電壓頻率的變化情況。通常是檢測前期和后期某一區(qū)域的電壓頻率的變化情況，判斷此區(qū)域是否出現(xiàn)孤島效應(yīng)。不過采用這種方法會出現(xiàn)檢測盲區(qū)的情況，對光伏逆變器并網(wǎng)處連接的負(fù)載出現(xiàn)電壓頻率變化時，會與正常的電壓頻率變化相似，所以不能得到準(zhǔn)確的判斷。主動式保護(hù)法主要采用的是主動頻率偏移法。主要的工作原理是可以人為的調(diào)節(jié)注入電網(wǎng)電流的頻率，要控制好調(diào)節(jié)的幅度，防止影響發(fā)電系統(tǒng)的整體頻率；光伏發(fā)電系統(tǒng)在使用過程中，需要定期的檢測公共耦合點(diǎn)電壓和頻率，保證其上下幅度符合規(guī)定的要求。如果光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題時，公共耦合點(diǎn)電壓和頻率會出現(xiàn)較大的浮動，所以需要進(jìn)行人為的擾動，來使其變?yōu)檎５姆怠９夥娋W(wǎng)系統(tǒng)的基準(zhǔn)值就會以變化后的數(shù)值為基準(zhǔn)，在進(jìn)行疊加一定的擾動，然后重復(fù)此操作，這樣就會使公共耦合點(diǎn)的電壓頻率超過并網(wǎng)檢測的標(biāo)準(zhǔn)，從而形成孤島保護(hù)。

3.3 電氣自動化在集中式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的安全保護(hù)技術(shù)

在電氣自動化集中式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行時，采用防孤島保護(hù)方法可以對其起到主要的保護(hù)作用，在實(shí)際的應(yīng)用中，要對發(fā)電系統(tǒng)的負(fù)載數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，并且要及時的預(yù)測出光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況的區(qū)域。還能對發(fā)電系統(tǒng)中的逆變器進(jìn)行控制，從而起到保護(hù)發(fā)電系統(tǒng)的作用[3]。

綜上所述，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)是一種新型綠色、可持續(xù)發(fā)展的供電技術(shù)，需要政府重視光伏并網(wǎng)的發(fā)展方向。電氣自動化在集中式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展，不僅改善光伏發(fā)電系統(tǒng)的缺點(diǎn)，還提升光伏發(fā)電系統(tǒng)的供電能力。