光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

農(nóng) 芒

賽富電力集團(tuán)股份有限公司，廣西 南寧 530000

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展及工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，電力作為我國絕大多數(shù)企業(yè)的主要供應(yīng)能源，在實際生活中給予了人們諸多便利?，F(xiàn)階段，我國能源面臨極度緊缺的情況，因此需要積極調(diào)整一些能源節(jié)約及高效利用有關(guān)的策略，盡可能地實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)在這樣的時代背景下迎來了黃金發(fā)展時期。我國的光伏發(fā)電將并網(wǎng)技術(shù)綜合應(yīng)用到日常工作過程中，從而調(diào)整了我國的能源利用格局，在一定程度上推動了我國能源的可持續(xù)發(fā)展[1]。

1 光伏發(fā)電基本工作原理與模型

新型的利用太陽能進(jìn)行發(fā)電的環(huán)保電池，其工作原理是利用陽光收集設(shè)備將光能收集起來，在機(jī)器內(nèi)部利用半導(dǎo)體材料將光能轉(zhuǎn)化成電能[2]。這種新型電池正常開展工作的基本條件如下：首先，要在能充分收集到太陽光的環(huán)境下進(jìn)行，即陽光的供給必須能滿足發(fā)電需求；其次，在太陽光進(jìn)入半導(dǎo)體材料的管子時，粒子必須具備可以快速激發(fā)電子的能量。同時，在光能轉(zhuǎn)化成電能的過程中必須有勢壘電廠的存在。在電廠的作用下，電子和空穴相互分開，電子集中與空穴集中相互分離，這樣就可以借助電廠中的磁場，幫助分開的電子和空穴完成對接。當(dāng)然，分開的電子和空穴也要能夠在靜電作用下繼續(xù)發(fā)生變化，直至產(chǎn)生電流。因此，可以將太陽看作太陽能電池正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的穩(wěn)定能量來源，其基本模型如下。

上述公式中，Iph為伴隨光產(chǎn)生的電流值（單位：A）。Iph的大小由太陽能光伏電池面板表面積及太陽光射入設(shè)備中的輻射度這兩個因素決定，與這兩個數(shù)值的大小成正比關(guān)系。同時，Iph還會受到周圍環(huán)境溫度的影響，當(dāng)周圍溫度上升時，其值也會隨之上升。

太陽能電池在制作時，通常采用的是穩(wěn)定性能較強(qiáng)的PN結(jié)構(gòu)二極管零件，這種零件可以隨著工作中工作電壓的加大，在零件內(nèi)部產(chǎn)生一種二極管材料獨(dú)有的電流，這在太陽能電池內(nèi)部被稱為暗電流，即公式中的ID值。ID的大小反映出了當(dāng)前環(huán)境溫度下，光伏電池PN結(jié)構(gòu)自身所能產(chǎn)生的總擴(kuò)散電力的變化情況。

Rsh為在電路形成過程中其他路線形成的無用電阻值的大?。▎挝唬害福?。這樣的電阻若長時間存在，容易在電路運(yùn)轉(zhuǎn)過程中引發(fā)漏電現(xiàn)象。多余電阻的出現(xiàn)通常是由于工作人員沒有及時清潔電路內(nèi)部的硅片，導(dǎo)致硅片表面或邊緣存在雜物，從而引發(fā)電阻漏電造成的。Rs為串聯(lián)電阻（單位：Ω）。該電阻值表示在太陽能電池正常工作的電路中，電池材料表面、電路中線路長短等共同作用產(chǎn)生的電阻，這個電阻是無法避免的，但可以通過技術(shù)手段不斷減小。I0為PN結(jié)反向飽和電流（單位：A）。q為電子電荷。A為PN結(jié)曲線常數(shù)，正偏電壓大時，其值為1；正偏電壓小時，其值為2。K為玻耳茲曼常數(shù)。T為絕對溫度（單位：℃）。V為電壓（單位：kV）；IL為負(fù)載電流（單位：A）；VD表示二極管電阻（單位：Ω）。

設(shè)置參照情況下，短路電流為Isc，開路電壓為V0c，最大功率點電流與電壓分別為Im、Vm，則當(dāng)光伏陣列電壓為V時，其對應(yīng)點電流為I，則有

式中：C1、C2為常數(shù)，參數(shù)Isc、Voc、Im、Vm的值由供應(yīng)商提供。

考量到太陽輻射變動與溫度影響時：

式中：Sref、Tref為太陽輻射和光伏電池溫度參考值，一般取為1 kW/m，25 ℃；a為日照強(qiáng)度下的電流溫度系數(shù)，A/℃；β為日照強(qiáng)度下的電壓溫度系數(shù)，V/℃。

針對單晶硅及多晶硅太陽電池，其測值為

結(jié)果表明：太陽能電池板在對外輸出時，光伏電池隨太陽輻射變化而發(fā)生變化，其溫度也隨環(huán)境溫度發(fā)生變化。

2 光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)創(chuàng)建的仿真模擬解析

2.1 光伏電站并網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

太陽能電池作為一種新型能源利用形式，其技術(shù)發(fā)展還具有很多局限性，因此現(xiàn)在大多數(shù)的光伏電站在建立時采用了將傳統(tǒng)蓄電池和電容超大的能量儲存技術(shù)相結(jié)合的并網(wǎng)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)內(nèi)部的基礎(chǔ)單元結(jié)構(gòu)為光伏設(shè)備促成的列陣，通過這些列陣的排列，在內(nèi)部將光能轉(zhuǎn)化為電能。

2.2 儲能系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性

傳統(tǒng)發(fā)電過程中常用的蓄電池與電容超大的能量儲存器可以在使用過程中直接與光能發(fā)電過程中使用的光伏電源并聯(lián)在一起，因而二者之間的電壓應(yīng)該是一直保持一致的。將傳統(tǒng)蓄電池的電能存儲功能與目前較為先進(jìn)的光能轉(zhuǎn)換電池相結(jié)合，同時借助能夠雙向通電的功率轉(zhuǎn)換器，可以實現(xiàn)光伏電站充電功能和放電功能的靈活轉(zhuǎn)換，并且能通過這種反系統(tǒng)，實現(xiàn)在電能運(yùn)用過程中的功率、電壓等方面的統(tǒng)一，確保了用電企業(yè)在生產(chǎn)過程中的安全[3]。

2.3 系統(tǒng)仿真模擬解析

要想準(zhǔn)確評估光伏系統(tǒng)，就需要通過仿真技術(shù)對系統(tǒng)運(yùn)行過程進(jìn)行模擬，通過模擬評估系統(tǒng)的穩(wěn)定程度和效率。同時，也可以將系統(tǒng)運(yùn)行前后的各項具體數(shù)值進(jìn)行對比分析，根據(jù)比較的結(jié)果分析系統(tǒng)運(yùn)行過程的有效性。另外，結(jié)合運(yùn)行前后的能量儲存效率，也能夠分析出結(jié)論。因為傳統(tǒng)的超級電容在運(yùn)行過程中功率變化的幅度很小，所以通過系統(tǒng)運(yùn)行可以有效補(bǔ)充并網(wǎng)之后系統(tǒng)運(yùn)行過程中高頻分率的波動所需能量，而低頻分量的能量補(bǔ)充則可以通過傳統(tǒng)的蓄電池進(jìn)行補(bǔ)充。

3 光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 并網(wǎng)逆變模式與獨(dú)立逆變模式的轉(zhuǎn)化

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要有兩種運(yùn)行模式，即并網(wǎng)逆變模式和獨(dú)立逆變模式。在系統(tǒng)處于開機(jī)狀態(tài)后，若要實現(xiàn)兩種不同工作模式之間的有效轉(zhuǎn)化，需要工作人員對電網(wǎng)、蓄電池和太陽能電池電壓進(jìn)行細(xì)致、精確的檢測，保證三者的運(yùn)行狀態(tài)正常。要實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，技術(shù)條件和環(huán)境條件缺一不可，即電網(wǎng)與太陽能電池的電壓必須處于正常狀態(tài)，而且蓄電池的電壓必須飽和，只有滿足這些條件，才能夠確保并網(wǎng)發(fā)電的正常運(yùn)行。并網(wǎng)技術(shù)不僅可以做到對實際工作過程中相關(guān)光電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和方法進(jìn)行模擬仿真，還能夠通過關(guān)鍵的主設(shè)備有效預(yù)測實際工作過程中光電機(jī)組的運(yùn)行功率。在并網(wǎng)發(fā)電的同時，逆變器需要輸出電壓提供的能量對電網(wǎng)和交流負(fù)載進(jìn)行供給，可一旦電網(wǎng)出現(xiàn)問題，就需要進(jìn)行系統(tǒng)檢測。在進(jìn)行系統(tǒng)檢測時，必須將并網(wǎng)逆變模式轉(zhuǎn)化為獨(dú)立逆變模式，在獨(dú)立逆變模式下向負(fù)載持續(xù)供電，起到不停止電源供電的作用，然后修復(fù)電網(wǎng)。在電網(wǎng)修復(fù)后，光伏發(fā)電系統(tǒng)由獨(dú)立逆變模式轉(zhuǎn)化為并網(wǎng)逆變模式，繼續(xù)進(jìn)行并網(wǎng)供電。

3.2 光伏板開關(guān)控制轉(zhuǎn)換

在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，進(jìn)行自動化檢測和相關(guān)的并網(wǎng)發(fā)電操作需要逆變器設(shè)備。換言之，就是需要確保太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。在進(jìn)行計劃性退網(wǎng)時，必須先斷開光伏板側(cè)的直流開關(guān)，確定逆變設(shè)備停機(jī)后，再斷開其側(cè)的交流開關(guān)，然后結(jié)合實際情況依次對設(shè)備進(jìn)行停電操作。重復(fù)以上操作，直至斷開光伏電源。如果光伏電源的并網(wǎng)容量較小，可以不選擇對光伏板側(cè)直流開關(guān)進(jìn)行斷開操作，而是先保證開關(guān)處于打開狀態(tài)，然后直接對逆變設(shè)備進(jìn)行停機(jī)操作。另一個可行的操作方案是斷開逆變設(shè)備側(cè)的交流開關(guān)。如果發(fā)電裝置或電網(wǎng)體系發(fā)生事故，光伏電源可以選擇進(jìn)行非計劃退網(wǎng)，此時需由逆變設(shè)備和保護(hù)裝置自動進(jìn)行檢測操作，其中包括自動完成解合環(huán)。另外，要隔離事故點，盡可能遏制事故造成的影響，將事故損失降至最低。

4 結(jié)束語

綜上所述，我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)對并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠在極大程度上提高光電機(jī)組在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性和安全性，提高能源的轉(zhuǎn)化率，進(jìn)而給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。對此，相關(guān)的技術(shù)人員和工作人員需要加強(qiáng)對這些領(lǐng)域的探索和研究，推動我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)長久穩(wěn)定發(fā)展。