并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

韓玉杰

山東中科先進(jìn)技術(shù)研究院有限公司 山東濟(jì)南 250101

隨著全球化石能源儲(chǔ)量減少和環(huán)境污染加劇問(wèn)題，人類需要尋找到替代傳統(tǒng)化石能源發(fā)電的新型、清潔、可持續(xù)利用的發(fā)電模式，光伏發(fā)電系統(tǒng)具有清潔無(wú)污染、可持續(xù)利用的特點(diǎn)，越來(lái)越受到國(guó)家和各企業(yè)單位的重視。根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)工況點(diǎn)，控制系統(tǒng)使光伏系統(tǒng)工作在當(dāng)前最大輸出功率處稱為最大功率點(diǎn)跟蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT）控制，光伏發(fā)電系統(tǒng)首先經(jīng)過(guò)直流穩(wěn)壓，通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔?。受光照?qiáng)度和現(xiàn)場(chǎng)溫度影響，光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率呈現(xiàn)隨機(jī)間歇性，需并網(wǎng)跟蹤控制實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)并網(wǎng)參數(shù)，這是光伏系統(tǒng)并網(wǎng)發(fā)電中的核心環(huán)節(jié)。

1 并網(wǎng)光伏發(fā)電特點(diǎn)和現(xiàn)狀、優(yōu)勢(shì)

1.1 并網(wǎng)光伏發(fā)電特點(diǎn)和現(xiàn)狀

并網(wǎng)型光伏發(fā)電指的是將太陽(yáng)能光伏發(fā)電與電力系統(tǒng)連接起來(lái)組成并網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)，可以為電力系統(tǒng)提供無(wú)功和有功功率，實(shí)現(xiàn)光熱資源向電能資源的轉(zhuǎn)換，并利用變壓器將變成和電網(wǎng)相一致的電壓，使得電能在電網(wǎng)中正常傳送。光伏發(fā)電不需要蓄電池，就減少了資源的消耗和對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)，可實(shí)時(shí)供電，運(yùn)行也更加安全和環(huán)保，且操作起來(lái)簡(jiǎn)便，具有很高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。但光伏發(fā)電同樣會(huì)受到環(huán)境和技術(shù)因素的影響，在未來(lái)還需加大資金方面的投入，加大技術(shù)研究[1]。

1.2 光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)的主要應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

相較于以往傳統(tǒng)的火力發(fā)電系統(tǒng)，光伏發(fā)電明顯具有更高的安全性和可靠性，且光伏發(fā)電在應(yīng)用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生污染排放物及大量的噪聲。由于光伏發(fā)電是綠色可再生資源，在其使用階段無(wú)需產(chǎn)生燃料的消耗，因此可以普遍應(yīng)用于各類沙漠、戈壁等環(huán)境條件較差的地區(qū)。正是由于綠色清潔這一優(yōu)勢(shì)，在光伏發(fā)電技術(shù)未來(lái)的發(fā)展和應(yīng)用過(guò)程中，也必然不會(huì)出現(xiàn)資源枯竭的問(wèn)題。但與此同時(shí)，由于光伏并網(wǎng)技術(shù)需要依賴電網(wǎng)來(lái)運(yùn)行工作，這也會(huì)導(dǎo)致其供電穩(wěn)定性受到不同程度的影響。

2 光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的核心技術(shù)

2.1 逆變轉(zhuǎn)換裝置控制技術(shù)

在光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中，逆變轉(zhuǎn)換裝置是核心組件，它的作用是進(jìn)行光電的能量轉(zhuǎn)換，逆變轉(zhuǎn)換裝置控制技術(shù)在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中有著非常重要的意義。其采用直接或者間接的控制方式，通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的控制，確保光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)和接入電網(wǎng)的電流一致性。同時(shí)，為了防止單一方式應(yīng)用中存在的不足，該裝置還會(huì)對(duì)電流變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)記錄，保證了電流電壓的穩(wěn)定性。這對(duì)于在光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中形成最佳功率提供了良好的保障。同時(shí)，該裝置還可以及時(shí)迎合工程發(fā)展需求，引導(dǎo)太陽(yáng)能投入最佳的轉(zhuǎn)換狀態(tài)，進(jìn)而提升太陽(yáng)能資源的應(yīng)用率。光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的核心技術(shù)主要集中在光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中的逆變轉(zhuǎn)換裝置的技術(shù)上，這些重要技術(shù)有的目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，有的還在試驗(yàn)論證中。除此之外，光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)還包括很多重要的控制策略機(jī)制，例如，脈寬控制策略、系統(tǒng)過(guò)載短路保護(hù)機(jī)制絕緣策略等[2]。

2.2 關(guān)于反孤島保護(hù)技術(shù)的分析

所謂孤島效應(yīng)，即當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)突發(fā)狀況時(shí)，會(huì)發(fā)生供電中斷的情況，但與此同時(shí)，發(fā)電系統(tǒng)仍保持著負(fù)載電壓的運(yùn)行供電模式，并源源不斷地進(jìn)行輸出，這就將最終形成獨(dú)立的孤島模式。若孤島效應(yīng)未能及時(shí)得到監(jiān)測(cè)和控制，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部的電頻及電壓出現(xiàn)問(wèn)題，從而對(duì)用戶的設(shè)備及工作人員的人身安全造成極大的威脅。針對(duì)孤島效應(yīng)問(wèn)題，可以通過(guò)利用反孤島保護(hù)技術(shù)來(lái)進(jìn)行解決。反孤島保護(hù)技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，能夠及時(shí)在系統(tǒng)電網(wǎng)故障發(fā)生的第一時(shí)間強(qiáng)制其轉(zhuǎn)為停機(jī)狀態(tài)，從而能夠有效防止發(fā)電系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行情況的出現(xiàn)。從形式上來(lái)看，反孤島保護(hù)技術(shù)主要包括遠(yuǎn)程法、電壓擾動(dòng)法及頻率擾動(dòng)法等，該類技術(shù)的應(yīng)用能夠快捷有效地解決光伏電網(wǎng)系統(tǒng)的孤島效應(yīng)問(wèn)題，從整體上提升了電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及安全性。

2.3 分布式光伏發(fā)電技術(shù)

分布式光伏發(fā)電技術(shù)是通過(guò)對(duì)接受電能的分配，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出用電的分配，在接受或輸出電力不足的情況下，可以與用電電網(wǎng)進(jìn)行交換調(diào)節(jié)。分布式光伏發(fā)電技術(shù)組件主要包括：光能電池組、系統(tǒng)保護(hù)裝置、電流回路、逆變轉(zhuǎn)換裝置。其中，光能電池組是核心組件，工作原理亦是將接收到的光能轉(zhuǎn)化成電能，并通過(guò)逆變轉(zhuǎn)換裝置將電流轉(zhuǎn)化成交流電形式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)輸入符合要求電流的目的。

2.4 關(guān)于光伏發(fā)電及并網(wǎng)施工技術(shù)的分析

一是及時(shí)做好施工前的準(zhǔn)備，即提前完成施工現(xiàn)場(chǎng)的具體定位、結(jié)構(gòu)焊接、設(shè)備安放以及并網(wǎng)調(diào)試等工作；二是要加強(qiáng)工程施工全過(guò)程的安全管理，及時(shí)做好光伏屋面的清潔工作，并要求技術(shù)人員嚴(yán)格按照規(guī)范圖紙來(lái)逐步進(jìn)行操作；三是在太陽(yáng)能電池板的安裝環(huán)節(jié)，工作人員應(yīng)提前做好電池質(zhì)量的檢驗(yàn)工作，對(duì)開(kāi)路電壓進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量和記錄，同時(shí)還應(yīng)對(duì)電纜材料距離進(jìn)行合理的控制，以保障整個(gè)安裝過(guò)程人員及設(shè)備的安全；四是在并網(wǎng)的調(diào)試過(guò)程中，工作人員應(yīng)全面做好所有設(shè)備運(yùn)行情況的核對(duì)工作，并對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部各類參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)控制，只有在確保系統(tǒng)一切功能及狀態(tài)處于穩(wěn)定的前提下，才可以正式啟動(dòng)運(yùn)行并網(wǎng)系統(tǒng)[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

光伏并網(wǎng)電站的設(shè)計(jì)，涉及地理、氣候、電氣、機(jī)械、管理和政府財(cái)政等領(lǐng)域及部門(mén)。每一個(gè)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)對(duì)電站的經(jīng)濟(jì)效益、使用壽命、運(yùn)行安全都是至關(guān)重要的，設(shè)計(jì)者應(yīng)該熟練應(yīng)用專業(yè)技術(shù)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。