光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)分析

丁峰 江蘇林洋電力服務(wù)有限公司南京分公司

引言

隨著天然氣、煤炭、石油等不可再生能源頻頻告急，能源問題日益成為制約社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，越來越多的國家開始開發(fā)太陽能資源，尋求經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新動力。光伏發(fā)電是綠色能源可以減少環(huán)境污染，實現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展同時有效的保護(hù)了自然環(huán)境。光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和提高，將進(jìn)一步促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

一、簡述

組件在太陽光照條件下產(chǎn)生直流電，直流電通過逆變器逆變?yōu)槿粘Ｉ钪兴鶓?yīng)用的交流電，再通過并網(wǎng)技術(shù)將綠色能源輸送到電網(wǎng)中。當(dāng)前，國家電網(wǎng)已接入大量的集中式和分布式光伏電站，大量電源點的接入對電網(wǎng)系統(tǒng)造成很大的干擾和沖擊，保證光伏發(fā)電的電能質(zhì)量和優(yōu)化并網(wǎng)技術(shù)是當(dāng)下的一個重要研究課題。

二、光伏發(fā)電系統(tǒng)特點

光伏發(fā)電就是利用光電技術(shù)將太陽能資源轉(zhuǎn)化成為電能，因此，光伏發(fā)電是綠色可再生能源，具有充分的清潔性、生命周期較長、易維護(hù)性、資源的充足性及潛在的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點，在國家長期的能源戰(zhàn)略中具有重要地位。

光伏發(fā)電與常用的火力發(fā)電系統(tǒng)相比，優(yōu)點主要體現(xiàn)于：①無枯竭危險；②安全可靠、無噪聲及無污染排放；③不受資源分布地域的限制，可利用荒山、隔壁、灘涂及沙漠等；④無需消耗燃料；缺點主要體現(xiàn)在：①光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)必須依托于電網(wǎng)，不能脫網(wǎng)運行；②光伏發(fā)電供電的穩(wěn)定性較差，易受環(huán)境等因素影響。

三、光伏發(fā)電分析

（一）光電轉(zhuǎn)換

光伏電池是把太陽的光能直接轉(zhuǎn)化為電能的基本單元，電池片通過組合形成電池組件，電池的性能決定了電池組件的發(fā)電特性，電池組件是光伏電站的基本發(fā)電設(shè)備。

（二）逆變電路

光伏逆變器可以將光伏板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，自動匹配電網(wǎng)的頻率和相位，實現(xiàn)與電網(wǎng)的無縫銜接，避免對電網(wǎng)造成沖擊。

（三）最大功率點追蹤（MPPT）

光伏逆變器通過最大功率點追蹤（MPPT）的技術(shù)從光伏組件獲取最大可能的輸出功率。太陽能電池與太陽輻照度、溫度及總電阻之間有復(fù)雜的關(guān)系，因此輸出效率會有非線性的變化，稱為電流-電壓曲線（I-V）。最大功率點追蹤的目的就是在各種環(huán)境下，針對太陽能模組的輸出取樣，產(chǎn)生一個（太陽能模組的）負(fù)載電阻來獲得最大的輸出功率。

（四）孤島效應(yīng)防護(hù)

孤島效應(yīng)就是指因電網(wǎng)故障或停電維修等原因停止工作時，安裝在用戶端的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)未能及時檢測出停電狀態(tài)而不能迅速將自身切離電網(wǎng)，而形成的一個由光伏發(fā)電系統(tǒng)向周圍負(fù)載供電的孤島現(xiàn)象。

孤島效應(yīng)可能對整個配電系統(tǒng)設(shè)備及用戶端的設(shè)備造成不利的影響，包括：1)危害值班人員的生命安全；2)引起繼電保護(hù)誤動作；3)孤島區(qū)域供電不穩(wěn)定對用電設(shè)備帶來損害；4)供電恢復(fù)時造成的電壓相位不同步可能會引起系統(tǒng)再次跳閘。由此可見，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)必須配置防孤島檢測裝置，及時檢測出孤島效應(yīng)并避免所帶來的危害。

四、并網(wǎng)技術(shù)的研究

在光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)時，關(guān)注光伏系統(tǒng)輸出電能的電能質(zhì)量，包括注入并網(wǎng)點的諧波含量、電壓波動及無功平衡。保證系統(tǒng)輸出的電量不僅綠色環(huán)保、同時電能質(zhì)量高質(zhì)高效。

（一）諧波

在光伏發(fā)電過程中，會因為發(fā)電側(cè)部分電力電子元器件影響，從而影響電能質(zhì)量，產(chǎn)生諧波污染。我國對于諧波的污染有著明確的標(biāo)準(zhǔn)，需要依據(jù)我國相關(guān)諧波污染標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行諧波危害的評估和治理。在光伏發(fā)電并網(wǎng)之前，保證諧波電流和電壓符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

（二）電壓波動

光伏系統(tǒng)的運行受到設(shè)備故障、天氣、溫度以及太陽輻照度的影響，輸出功率穩(wěn)定性較差，輸出功率波動較大。對于并網(wǎng)光伏系統(tǒng)，這種不穩(wěn)定的輸出功率注入電網(wǎng)將引起電網(wǎng)電壓的波動和閃變。在光伏發(fā)電并網(wǎng)之前，應(yīng)采取合理的措施保證電壓波動符合國家相關(guān)要求。

（三）無功平衡

光伏系統(tǒng)中包含部分非線性設(shè)備，在進(jìn)行功率的傳輸時，系統(tǒng)功率因數(shù)會隨著系統(tǒng)輸出的有功功率和無功功率的變化而動態(tài)調(diào)整。為此，在光伏系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮相應(yīng)的無功補償，保證系統(tǒng)無功需求和功率因數(shù)達(dá)標(biāo)。

五、結(jié)束語

綜上所述，通過對光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，實現(xiàn)了太陽能資源向著電能資源的轉(zhuǎn)換，有效的降低了國家對非可再生資源的消耗。所以，要大力加強(qiáng)光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)的研究，使得光伏發(fā)電技術(shù)得到更加廣泛的運用，為我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展添磚加瓦。