光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用要點(diǎn)分析

文_李榮洲 甘肅省安裝建設(shè)集團(tuán)有限公司

目前，我國(guó)在大力發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，光伏發(fā)電技術(shù)也備受關(guān)注。光伏發(fā)電技術(shù)受到關(guān)注的一大主要原因是傳統(tǒng)大規(guī)模集中發(fā)電方式弊端較為明顯。如，系統(tǒng)調(diào)度控制難度大，運(yùn)維成本高，且難保證供電的穩(wěn)定性與可靠性；系統(tǒng)內(nèi)一個(gè)小的故障就有可能引起電網(wǎng)大規(guī)模停運(yùn)等。在此情況下，將微網(wǎng)技術(shù)與分布式發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)，充分發(fā)揮分布式發(fā)電的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)清潔、環(huán)保、高效、安全的供電目標(biāo)備受關(guān)注。

1 光伏發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢(shì)分析

光伏發(fā)電是先進(jìn)、新型的發(fā)電技術(shù)。傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)主要利用煤炭等傳統(tǒng)能源發(fā)電，而光伏發(fā)電能將清潔可再生能源充分利用起來(lái)，讓太陽(yáng)能化為電能。與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)相比，光伏發(fā)電技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。如，對(duì)環(huán)境污染小、資源耗費(fèi)少且供電穩(wěn)定可靠。

2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)分析

2.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

按照光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)的關(guān)系分類(lèi)，可將光伏系統(tǒng)分為并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)與離網(wǎng)型光伏系統(tǒng)兩類(lèi)。并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用，是主流應(yīng)用系統(tǒng)。并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)，就是將光伏系統(tǒng)并入電網(wǎng)，使光伏系統(tǒng)成為電網(wǎng)中的一個(gè)重要組成部分，然后光伏系統(tǒng)將無(wú)功功率與有功功率提供給電網(wǎng)，電網(wǎng)獲得電能后將電能分配給用戶(hù)。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)由PV、逆變器、電網(wǎng)這三部分構(gòu)成。

2.2 典型光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)

光伏并網(wǎng)逆變器是整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要構(gòu)成，通過(guò)逆變器，直流電被轉(zhuǎn)換為交流電，太陽(yáng)能才有可能被轉(zhuǎn)換為電能，并被用戶(hù)使用。在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，光伏逆變器發(fā)揮著不可忽視的重要作用，因此光伏逆變器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)電質(zhì)量、發(fā)電效率也影響最大。如果光伏逆變器性能質(zhì)量不過(guò)關(guān)或存在運(yùn)行故障，那么光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)就無(wú)法安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 微網(wǎng)并入

微網(wǎng)是針對(duì)光伏等分布式能源發(fā)電的一些局限所提出的全新概念。所謂微網(wǎng)，就是指有效組合各類(lèi)儲(chǔ)能設(shè)備、就地負(fù)荷及分布式電源，使其形成一個(gè)能夠統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制與管理的小規(guī)模電網(wǎng)，從而為包括光伏在內(nèi)的分布式能源發(fā)電技術(shù)在配電網(wǎng)中的大規(guī)模應(yīng)用提供保障。微網(wǎng)融合了多項(xiàng)現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)，如可再生能源發(fā)電技術(shù)、新型電力電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)等，具備傳統(tǒng)電網(wǎng)所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)。

微網(wǎng)并入配電網(wǎng)需要有接口，在當(dāng)前的技術(shù)條件下，支持微網(wǎng)并入供電網(wǎng)的接口有電力電子接口、異步發(fā)電機(jī)接口、同步發(fā)電機(jī)接口三類(lèi)。微網(wǎng)通過(guò)這些接口可將光伏及其他分布式能源發(fā)的電能并入配電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與配電網(wǎng)的互聯(lián)。微網(wǎng)并入配電網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)：首先，主要體現(xiàn)在并入配電網(wǎng)后光伏及其他分布式能源發(fā)電技術(shù)就有了支撐，并在配電網(wǎng)中正常穩(wěn)定發(fā)揮作用。其次，微網(wǎng)并入與光伏及其他分布式能源發(fā)電的應(yīng)用，會(huì)在一定程度上減輕電網(wǎng)削峰填谷壓力，增強(qiáng)系統(tǒng)發(fā)電能力與發(fā)電效益。

3.2 并網(wǎng)潮流計(jì)算

將光伏發(fā)電利用微網(wǎng)并入配電網(wǎng)后，會(huì)使配電網(wǎng)運(yùn)行方式與發(fā)電方式有所改變，因此原有潮流計(jì)算也會(huì)出現(xiàn)局限，要想保證最終分析結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性，就必須根據(jù)并入后配電網(wǎng)的特征特點(diǎn)構(gòu)建新的節(jié)點(diǎn)模型進(jìn)行潮流計(jì)算。

傳統(tǒng)配電網(wǎng)潮流計(jì)算方法主要有三種，分別是支路類(lèi)方法、母線類(lèi)方法及牛頓-拉夫遜方法。支路類(lèi)方法的特點(diǎn)是計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，不會(huì)占用過(guò)多存儲(chǔ)空間，數(shù)值穩(wěn)定性好，缺點(diǎn)是適合比較簡(jiǎn)單的配電網(wǎng)，如果將該方法應(yīng)用于復(fù)雜配電網(wǎng)，計(jì)算量就會(huì)因?yàn)榈螖?shù)的增加而增加。母線類(lèi)方法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算性能穩(wěn)定、收斂速度快、能夠處理弱環(huán)網(wǎng)，缺點(diǎn)是不是十分適用于PV節(jié)點(diǎn)。

牛頓-拉夫遜法經(jīng)過(guò)分析后發(fā)現(xiàn)有較快的收斂速度、較強(qiáng)的適應(yīng)能力，支持修改DG。因此，對(duì)將光伏發(fā)的電通過(guò)微網(wǎng)并入配電網(wǎng)，應(yīng)采用牛頓-拉夫遜方法，以修整方程為基礎(chǔ)，不斷迭代修正，直到得到節(jié)點(diǎn)電壓。

3.3 光伏發(fā)電并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

3.3.1 最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)

在當(dāng)前的技術(shù)條件下，應(yīng)用光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)時(shí)重點(diǎn)需考慮與解決光伏輸出受干擾大的問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)，加強(qiáng)對(duì)最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)的優(yōu)化，可以降低外界因素的干擾，相關(guān)參數(shù)出現(xiàn)較大波動(dòng)時(shí)，可以確保輸出功率達(dá)到電網(wǎng)運(yùn)行要求，保障整體穩(wěn)定性，使光伏輸出中更具快速性。

最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)的主要算法形式為自尋優(yōu)法與非自尋優(yōu)法。在自尋優(yōu)法算法下，是采用寄生電容、擾動(dòng)觀測(cè)、恒定電壓及電導(dǎo)增量等方法實(shí)現(xiàn)光伏輸出穩(wěn)定；非自尋優(yōu)法主要是采用曲線擬合的方式實(shí)現(xiàn)光伏輸出穩(wěn)定。目前，自尋優(yōu)法應(yīng)用更為廣泛。由于在各種影響因素中，光照強(qiáng)度對(duì)光伏發(fā)電的影響較大，因此在應(yīng)用光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)時(shí)，要注重研究光照強(qiáng)度與光伏輸出的關(guān)系，思考與探尋如何通過(guò)改善光照強(qiáng)度來(lái)獲得更大的光伏輸出。而在不同輻照度當(dāng)中最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出電壓具有較強(qiáng)穩(wěn)定性，因此可以采取恒定電壓法來(lái)維護(hù)電網(wǎng)的可靠運(yùn)行，真正實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制。

雖然恒定電壓法能夠簡(jiǎn)化電網(wǎng)的控制流程，但卻只考慮了輻照度的影響，當(dāng)環(huán)境溫度出現(xiàn)較大改變時(shí)還是容易產(chǎn)生較大干擾，影響輸出精度。因此，擾動(dòng)觀測(cè)法在實(shí)踐中也被得到廣泛應(yīng)用，光伏陣列輸出電壓會(huì)受到電壓波動(dòng)的影響，此時(shí)對(duì)輸出功率變化特點(diǎn)予以分析和評(píng)估，以便為尋優(yōu)工作提供依據(jù)，明確電壓參考值。但與恒定電壓法相比，導(dǎo)納增量法更有利于提高抗干擾強(qiáng)度，從而保證光伏輸出的穩(wěn)定?？稍趹?yīng)用導(dǎo)納增量法時(shí)，必須在電網(wǎng)中配置性能較強(qiáng)的微處理器，來(lái)達(dá)到光伏輸出優(yōu)化的目的。

3.3.2 逆變器控制技術(shù)

在光伏發(fā)電并網(wǎng)中，逆變器是不可缺少的構(gòu)成。光伏發(fā)電并網(wǎng)中的逆變器承擔(dān)著控制多項(xiàng)參數(shù)（如頻率、高次諧波、電流、電壓波動(dòng)、有功、無(wú)功等）、直流電轉(zhuǎn)交流電等責(zé)任。逆變器能以光伏照度為依據(jù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化啟停。另外，在應(yīng)用光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)時(shí)，還要考慮最大功率點(diǎn)跟蹤控制的要求，逆變器要保證無(wú)論輻照度與溫度如何變化，都能確保功率輸出的最大化，能保證光伏發(fā)電的正常進(jìn)行。

在將光伏發(fā)電并入公共電網(wǎng)后，公共電網(wǎng)會(huì)受到一定程度的擾動(dòng)，公共電網(wǎng)的電壓出現(xiàn)波動(dòng)。這種擾動(dòng)與波動(dòng)不利于整體效益的提升，因此在應(yīng)用光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)時(shí)還需考慮公共電網(wǎng)的受擾動(dòng)問(wèn)題。目前最佳的減輕公共電網(wǎng)受擾動(dòng)程度的方法是不斷優(yōu)化逆變器性能。通過(guò)優(yōu)化逆變器性能，保證正弦波在輸出時(shí)不會(huì)造成嚴(yán)重失真，確保公共電網(wǎng)電壓不會(huì)出現(xiàn)較大波動(dòng)。而具體的優(yōu)化逆變器性能的方式時(shí)，在電網(wǎng)中引入高速DSP處理器，將逆變器控制技術(shù)與DSP處理器結(jié)合使用，以此達(dá)到性能優(yōu)化目的。在引進(jìn)并應(yīng)用DSP處理器時(shí)，需明確電網(wǎng)/電力系統(tǒng)容量，并根據(jù)容量大小選擇最合適的功率元件。當(dāng)系統(tǒng)容量較大時(shí)，可選擇絕緣柵雙極晶體管或者可關(guān)斷晶閘管，容量較小時(shí)則可以選擇功率場(chǎng)效應(yīng)管。因此，未來(lái)要想進(jìn)一步優(yōu)化光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用效果，就需不斷提升逆變器的單體容量和電壓等級(jí)，達(dá)到解耦控制的要求，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，為電網(wǎng)的運(yùn)行奠定可靠保障。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)的合理運(yùn)用，能夠提高清潔能源利用率，提高電網(wǎng)供電能力，緩解部分地區(qū)用電緊張問(wèn)題。但光伏發(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)的使用也會(huì)給大電網(wǎng)帶來(lái)一定影響，因此針對(duì)大電網(wǎng)所受影響提出三點(diǎn)完善建議。一是不斷優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)電網(wǎng)的消納能力；二是優(yōu)化配電網(wǎng)功能，提高配電網(wǎng)吸收調(diào)節(jié)分布式光伏的能力；三是促進(jìn)風(fēng)光儲(chǔ)多能互補(bǔ)，有效解決光伏發(fā)電不穩(wěn)的問(wèn)題。