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

張琰春 張曉玉 張曉勇

浙江知遠(yuǎn)工程管理有限公司 浙江 杭州 311100

1 光伏發(fā)電原理和并網(wǎng)形式及特征

各種發(fā)電形式中，太陽能發(fā)電形式，如今已經(jīng)是一種較為常見的方式，兼顧經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，還可以符合環(huán)保發(fā)電的要求，因此太陽能發(fā)電也逐漸形成產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢。針對光伏電系統(tǒng)并網(wǎng)而言，其主要運(yùn)行環(huán)境為微網(wǎng)，通過中低壓配電網(wǎng)，向高壓電網(wǎng)中接入。當(dāng)逆變器輸出正弦波電流，在相位和頻率方面和電網(wǎng)電壓相同，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)即可成立[1]。

在形式上，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)有集中式和分散式兩種情況。前者（集中式并網(wǎng)）的特點(diǎn)可以直接向大電網(wǎng)輸送電能，由大電網(wǎng)對用戶用電進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)配，單向交換。集中式并網(wǎng)在大型光伏電站應(yīng)用較多，和負(fù)荷點(diǎn)之間的距離相對較遠(yuǎn)，而且通常占有較大面積，對電網(wǎng)和光照資源要求較高。后者（分散式并網(wǎng)）也有分布式光伏并網(wǎng)的別稱，可以直接向用電器分配電能，如果電力出現(xiàn)富余或不足的現(xiàn)象，可以通過大電網(wǎng)之間的連接進(jìn)行調(diào)節(jié)，可能存在雙向交換的情況，在小規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用較多，城區(qū)光伏發(fā)電即為此種。

當(dāng)前社會背景下，并網(wǎng)光伏電站在自動化系統(tǒng)方面，主要有以下幾種：第一，逆變器自動檢測功能、自動起停功能。由于逆變器在光伏電站中的設(shè)備核心地位不可忽視，而較大規(guī)模的并網(wǎng)光伏電站，往往會有較多逆變器，基于此，逆變器應(yīng)當(dāng)依據(jù)電網(wǎng)電壓、相位角、頻率等，對跟蹤并網(wǎng)情況進(jìn)行自動檢測。第二，綜合自動化后臺，可以借助通信通道的支持，在后臺匯集所有來自逆變器、光伏匯流箱的電氣參數(shù)，為工作人員檢修故障提供便利，第一時間進(jìn)行相關(guān)事宜護(hù)理。第三，應(yīng)用功率自動控制系統(tǒng)，可以依照電網(wǎng)調(diào)度情況，對光伏電站有功功率輸出，進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。第四，應(yīng)用電壓自動控制系統(tǒng)，可以通過無功補(bǔ)償裝置，對電壓進(jìn)行調(diào)整，保證線路電壓質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。第五，光功率預(yù)測系統(tǒng)，可以依據(jù)天氣預(yù)報情況，使光伏負(fù)荷不會受到天氣過大負(fù)面影響，處在可控范圍內(nèi)[2]。

2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計

光伏發(fā)電單元是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，不容忽視的關(guān)鍵部分，其工作原理就是通過逆變器，實(shí)現(xiàn)光能向電能的轉(zhuǎn)換，為人們用電提供便利。保證光伏電池的合理擺放，就能有效收集太陽能，只要環(huán)境中的太陽能相對充足，就可以成為光伏電池陳列處，通常為沙漠、戈壁，或者建筑物頂部。其中，功率跟蹤器主要作用，可以使光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)功率趨于穩(wěn)定，通過蓄電池功能實(shí)現(xiàn)調(diào)度光伏發(fā)電項(xiàng)目的目的，之后儲存電能，但是這個階段也會導(dǎo)致逆變器的工作壓力被大大提升。與之相對的，逆變器主要是負(fù)責(zé)電網(wǎng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)之間的連接，連接的穩(wěn)定性和系統(tǒng)應(yīng)用息息相關(guān)。如果光伏發(fā)電項(xiàng)目接入了較多數(shù)量，不僅可以促進(jìn)電網(wǎng)智能化發(fā)展，還能夠進(jìn)一步降低傳統(tǒng)發(fā)電方式面臨的壓力[3]。

3 并網(wǎng)光伏電站中電氣自動化的應(yīng)用及發(fā)展

3.1 集中式并網(wǎng)光伏電站發(fā)電系統(tǒng)控制方法

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行階段，可以應(yīng)用電氣自動化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對輸出電流和電壓的檢測，電路會負(fù)責(zé)處理輸出電流和電壓，向數(shù)字濾波處理器傳送經(jīng)過處理的信息。除此之外，強(qiáng)化電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用，可以直接測定直流母線電壓，在數(shù)字濾波處理對結(jié)果處理之后，可以求出相應(yīng)差值，由電壓調(diào)節(jié)器輸出誤差信號，為直流母線的可靠運(yùn)行提供保障。最后，在已知電流幅值和正弦乘積的情況下，能夠求出電流指令信號值，經(jīng)過數(shù)字信號技術(shù)處理過后，可以得出并網(wǎng)電流采樣濾波值差值[4]。

3.2 孤島檢測技術(shù)應(yīng)用

孤島檢測技術(shù)可以對集中式并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，起到保護(hù)作用，可分成主動式和被動式兩種情況。主動式保護(hù)以主動頻率偏移法為主，在工作原理上體現(xiàn)為：光伏并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行階段，每隔相同間隔時間，就通過人為方式進(jìn)行一次擾動，向其中注入電網(wǎng)電流頻率，保證擾動處在微小幅度；若在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)正常工作時出現(xiàn)擾動情況，應(yīng)對其公共耦合點(diǎn)頻率值、電壓值進(jìn)行檢測，可以判斷檢測結(jié)果介于規(guī)定值上下限之間；若在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)異常狀態(tài)下出現(xiàn)擾動情況，對其公共耦合點(diǎn)頻率和電壓進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果和規(guī)定值相比，差異會相對明顯。此時若進(jìn)行認(rèn)為擾動，則系統(tǒng)會自動調(diào)整基準(zhǔn)值，重新進(jìn)行擾動疊加，不斷循環(huán)，令耦合點(diǎn)電壓頻率和正常頻率相去甚遠(yuǎn)。

與之相對的，被動式保護(hù)則無須人為擾動信號的介入，優(yōu)勢較為明顯，但是為提高準(zhǔn)確程度，實(shí)際中常常主動和被動保護(hù)方式一齊應(yīng)用。被動式保護(hù)中，通常過壓和欠壓方式應(yīng)用較多，通過對系統(tǒng)過頻和欠頻情況進(jìn)行檢測，將結(jié)果和規(guī)定的公共耦合點(diǎn)頻率或電壓相比，保證孤島效應(yīng)已經(jīng)發(fā)生。這種效應(yīng)會出現(xiàn)檢測盲區(qū)，在判斷準(zhǔn)確性上稍遜一籌[5]。

4 結(jié)束語

太陽能光伏發(fā)電不僅可以提升發(fā)電的環(huán)保性，也能改變?nèi)藗兩罘绞健閷?shí)現(xiàn)太陽能發(fā)電的高效發(fā)展，應(yīng)當(dāng)積極改善現(xiàn)今存在的一些問題，使其發(fā)電效率和質(zhì)量全面提升。