微電網(wǎng)中的分布式光伏發(fā)電技術(shù)分析

潘克剛

（廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 511300）

隨著人類社會(huì)的發(fā)展，能源緊缺問(wèn)題日益凸顯，開發(fā)新型能源已成為當(dāng)前能源緊缺、環(huán)境污染的必然選擇。由于供電質(zhì)量、供電可靠性的提高，以及大電網(wǎng)自身的缺陷，分布式光伏發(fā)電的重要性日益凸顯。因此，應(yīng)合理調(diào)整我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)，以促進(jìn)可再生能源與其他新能源的發(fā)展，同時(shí)用分布式光伏發(fā)電技術(shù)來(lái)提高系統(tǒng)的安全性和靈活性。

1 微電網(wǎng)構(gòu)成

1.1 微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

微電網(wǎng)通常是輻射型，通過(guò)主絕緣裝置連接到上級(jí)電網(wǎng)。作為一個(gè)控制單元，它可以在單機(jī)或并網(wǎng)的情況下，完成兩種工作方式的無(wú)縫切換。整個(gè)微網(wǎng)安裝了潮流控制器、保護(hù)協(xié)調(diào)器以及能量管理器，對(duì)微網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化。饋線采用熱電聯(lián)供分布式供電，為敏感、熱負(fù)載供電，并對(duì)負(fù)載進(jìn)行分層分級(jí)控制。在外部電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障或電力品質(zhì)達(dá)不到預(yù)期水平時(shí)，微網(wǎng)將與外界電網(wǎng)相聯(lián)接的孤網(wǎng)，所有的負(fù)載都是由分布式電源提供，在無(wú)法維持電力供求平衡的情況下，將對(duì)不敏感的負(fù)載進(jìn)行切斷。排除故障后，通過(guò)平滑的無(wú)縫轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)與外界并聯(lián)的功能。

1.2 微電網(wǎng)元件

微電網(wǎng)的組成要素有：分布式電源、儲(chǔ)能設(shè)備、靜態(tài)開關(guān)、功率電子設(shè)備等。分布式電源是指分布在負(fù)載周圍的電力，它可以分為兩種，一種是可再生能源，另一種是非再生能源。通常使用的能量?jī)?chǔ)存設(shè)備有超級(jí)電容器，蓄電池，飛輪儲(chǔ)存。當(dāng)電網(wǎng)的有效功率超過(guò)負(fù)載要求時(shí)，該系統(tǒng)可以將剩余的電量進(jìn)行存儲(chǔ)；相反，電力會(huì)被儲(chǔ)存起來(lái)，以維持電力供應(yīng)和需求的平衡。在微電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行的情況下，該儲(chǔ)能設(shè)備可以進(jìn)行一次頻率的調(diào)節(jié)，以確保微網(wǎng)的正常工作。

2 光伏發(fā)電技術(shù)及發(fā)展概況

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)具有廣泛的用途，其基本結(jié)構(gòu)可分為獨(dú)立發(fā)電和并網(wǎng)發(fā)電兩大類。早期的應(yīng)用范圍包括太空飛船、通信系統(tǒng)、微波中繼站、電視差轉(zhuǎn)臺(tái)、光電泵以及無(wú)能源不足地區(qū)。目前，太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電已在全國(guó)范圍內(nèi)得到了廣泛推廣，主要是家庭屋頂型光伏和MW級(jí)大型集中型并網(wǎng)發(fā)電，以及在交通、城市照明等領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.1 獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)

獨(dú)立的光伏發(fā)電系統(tǒng)，又稱為離網(wǎng)發(fā)電，是一種完全由太陽(yáng)能電池提供動(dòng)力的光伏系統(tǒng)，它是由光和熱輻射產(chǎn)生的。通常，單獨(dú)的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)都要配備能量?jī)?chǔ)存設(shè)備，其中使用最多的就是電池。此外，還應(yīng)設(shè)置控制器，以避免蓄電池過(guò)度充電或過(guò)度放電。因此，用于直流電源的獨(dú)立光電系統(tǒng)，其核心部件包括：電池方陣、防反充電二極管、蓄電池組、控制器等。一種用于電流負(fù)荷的獨(dú)立的光電系統(tǒng)，除上述組件之外，還應(yīng)提供一種用于將 DC電變換成 AC的逆 變器。

2.2 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

這種太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的最大特點(diǎn)就是將直流電通過(guò)并網(wǎng)的逆變器轉(zhuǎn)換成交流電，然后將其與公共電網(wǎng)連接，為住戶提供電力，剩余的電力則可以直接送入電網(wǎng)，當(dāng)太陽(yáng)能電池電量不足時(shí)，則需要進(jìn)行電力網(wǎng)的補(bǔ)充。并網(wǎng)光伏系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 并網(wǎng)光伏系統(tǒng)

3 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作機(jī)制

由于太陽(yáng)能的能量密度很低，需要用到很多電路板，因此，要減少連接線路的數(shù)量。同時(shí)，太陽(yáng)電池是用直流電來(lái)供電，所以要將直流電轉(zhuǎn)化為我們平時(shí)所用的交流電。配電室是指配電網(wǎng)，它具有低壓負(fù)載，它的作用是將電力輸送到低壓用戶。由于分布式光伏發(fā)電的功率通常在10kV以下，因此只要配上低壓配電房就可以了。此外，為確保電力供應(yīng)的可靠性，必須安裝能量存儲(chǔ)單元，或?qū)⑵湔系诫娋W(wǎng)中。

4 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)要點(diǎn)

4.1 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制

對(duì)于無(wú)蓄電池的分布式光伏系統(tǒng)，必須將其整合到電網(wǎng)中，以確保其供電的可靠性。由于分布式光伏系統(tǒng)具有多個(gè)并網(wǎng)、多個(gè)能源的特性，因此必須充分考慮到并網(wǎng)控制中的各種因素。由于分布式發(fā)電系統(tǒng)的能量特性是多個(gè)并網(wǎng)的逆變器，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別關(guān)注它們之間的耦合效應(yīng)。同時(shí)，它還牽涉電網(wǎng)的某些協(xié)同性能的控制，因此，在不同的情況下，需要注意多個(gè)不同的逆變器在不同情況下，如何進(jìn)行頻率和電壓的協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)負(fù)載的合理、動(dòng)態(tài)分布。

4.2 改善分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能質(zhì)量

分布式光伏發(fā)電以直流電的形式輸出，而普通的用戶則采用交流電源。要想利用太陽(yáng)能發(fā)電，必須要將直流電轉(zhuǎn)化為一定的交流電流，所以必須要有逆變器。但在并網(wǎng)工況下，逆變器在正常工作時(shí)難免會(huì)出現(xiàn)諧波和直流成分，從而對(duì)電網(wǎng)造成污染，導(dǎo)致電網(wǎng)的電力品質(zhì)下降。特別是在不同電力系統(tǒng)直接相連的情況下，即使只有極小的電壓或電流，也會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)荷產(chǎn)生較大影響，從而導(dǎo)致電力系統(tǒng)無(wú)法正常工作，甚至出現(xiàn)故障。因此，要對(duì)分布式光伏發(fā)電的輸出進(jìn)行有效控制，其輸出端的好壞就顯得尤為重要?？梢圆捎每烧{(diào)整的功率因子，使其輸出三電平的組合型逆變器，或采用并聯(lián)電容等設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，以提高并網(wǎng)后的光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的電力品質(zhì)。

4.3 電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其配置優(yōu)化

由于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要能源是太陽(yáng)能，而太陽(yáng)能電池板的功率密度并不是很高，所以與其他的傳統(tǒng)電力網(wǎng)相比，太陽(yáng)能電池板的能量密度要低一些。因此，在進(jìn)行電力系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)，必須充分考慮本地的可再生能源的分布，并對(duì)其容量的可用性、隨機(jī)性和合理性進(jìn)行評(píng)價(jià)。在有必要的地區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，對(duì)當(dāng)?shù)氐碾娏ο到y(tǒng)和電力用戶進(jìn)行詳細(xì)了解和分析，以決定在哪個(gè)地區(qū)安裝太陽(yáng)能發(fā)電站，然后再制定一個(gè)完整的地區(qū)計(jì)劃后，逐步實(shí)施。這樣就可以防止電網(wǎng)負(fù)載不足，或者某個(gè)電網(wǎng)單位的負(fù)載太大，提高了當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的運(yùn)行可靠性。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，隨著微電網(wǎng)技術(shù)和分布式光伏技術(shù)的發(fā)展，分布式光伏設(shè)備的應(yīng)用范圍將越來(lái)越大，同時(shí)其并網(wǎng)能力也將得到進(jìn)一步提高。在今后的發(fā)展中，太陽(yáng)能的分布將會(huì)有更大的發(fā)展空間，并在供電領(lǐng)域中占有一席之地，為客戶提供更好的供電服務(wù)。