分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用分析

譚 放

大唐環(huán)境集團(tuán)股份有限公司 北京 100096

文明的發(fā)展與延續(xù)離不開科技的進(jìn)步，自第二次工業(yè)革命以來，發(fā)電機(jī)的產(chǎn)生讓世界上更多地方應(yīng)用電力進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)與日常生活，大幅度地提升了人們的生產(chǎn)力。電能的廣泛應(yīng)用也改變了世界，改變了人們的生活，而隨著人們對電能需求越來越高，人們開始研究電能的生產(chǎn)，從而發(fā)電行業(yè)不斷進(jìn)行發(fā)展。最高效的發(fā)電方式是火力發(fā)電，通過燃燒化石燃料來實(shí)現(xiàn)熱能轉(zhuǎn)化電能，這也是世界上通用且成熟的一種發(fā)電方式，但這會導(dǎo)致環(huán)境的污染，也會過量消耗煤炭能源。因此各國開始利用太陽能、風(fēng)能等進(jìn)行電能的生產(chǎn)，并網(wǎng)技術(shù)也是新能源發(fā)電的重要技術(shù)，能夠讓發(fā)電系統(tǒng)更加穩(wěn)定，也能保證新能源發(fā)電的高效性。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)概述

光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種以太陽能為基礎(chǔ)能源的發(fā)電系統(tǒng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)需要用到電池組件，利用晶硅電池組件或者薄膜電池組件接收太陽發(fā)出的光照，然后利用光伏組件，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)也需要很多電力設(shè)備，比如說逆變器、配電裝置等，這都是將采集的太陽能變成電能匯入電網(wǎng)的必備電力裝置。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種高能效的發(fā)電方式，能夠更大范圍地提高組件的輻照面積，同時(shí)也能對配電網(wǎng)起到加強(qiáng)繼電保護(hù)作用，從而保證光伏發(fā)電系統(tǒng)的長久與穩(wěn)定運(yùn)行[1]。由于能源工業(yè)中的環(huán)境污染與能源消耗，世界各國不斷加強(qiáng)合作，大力發(fā)展沒有污染的綠色能源，為人類綠色低碳發(fā)展創(chuàng)造條件。光伏發(fā)電完全具備這樣的特點(diǎn)，能夠?qū)⑵胀ǖ墓庹者M(jìn)行收集，形成人們所需的電能，這些都離不開光伏發(fā)電技術(shù)和并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。

2 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)存在的問題

分布式光伏發(fā)電在能源利用以及電能的轉(zhuǎn)化方面都有著較多的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在環(huán)境保護(hù)與能源控制方面也有著巨大的意義與貢獻(xiàn)，但在技術(shù)方面依然面臨很多問題，需要人們不斷改革與創(chuàng)新，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，減小電力系統(tǒng)故障。

2.1 穩(wěn)定性問題

分布式光伏發(fā)電在并網(wǎng)運(yùn)行過程中，會因?yàn)榉植际降脑?，形成一個(gè)較為復(fù)雜的多電源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的配電網(wǎng)，在這樣的配電網(wǎng)中，會因?yàn)檩^多的發(fā)電單元與大容量的發(fā)電電源，讓發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)潮流顯現(xiàn)，這對發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著較大的影響[2]。影響發(fā)電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性就會讓發(fā)電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)提升，因此對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能質(zhì)量和并網(wǎng)電量都會帶來嚴(yán)重的影響。分布式發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性更多在于并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，只有不斷加強(qiáng)并網(wǎng)技術(shù)，才能讓分布式光伏發(fā)電更加具有穩(wěn)定性，讓電能的匯聚與傳輸有著一定的保障。

2.2 供電問題

供電問題是發(fā)電系統(tǒng)最根本的問題，先進(jìn)的并網(wǎng)技術(shù)讓發(fā)電系統(tǒng)供電能力得到提升。供電最重要的要求就是保證電能的質(zhì)量以及供電的可靠性。分布式光伏發(fā)電有很多形式，分布式光伏發(fā)電與其他形式的發(fā)電對電網(wǎng)的影響有很大的差別。分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)過程中會對供電系統(tǒng)的電壓、諧波產(chǎn)生影響，造成電壓閃變、電壓不平衡等問題，進(jìn)而降低分布式光伏發(fā)電的電能質(zhì)量。

2.3 配電網(wǎng)繼電保護(hù)問題

配電網(wǎng)的繼電保護(hù)主要是針對繼電網(wǎng)為單電源的情形，但在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，配電網(wǎng)則成了一個(gè)多電源網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而影響其自動化水平[3]。傳統(tǒng)的配電網(wǎng)的單電源與輻射網(wǎng)站會讓電網(wǎng)中出現(xiàn)負(fù)荷端，在分布式光伏發(fā)電中，則會讓變電站的電流由母線流向負(fù)荷，這都是分布式光伏發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù)亟需解決的問題。

3 光伏發(fā)電的并網(wǎng)技術(shù)需求

光伏發(fā)電系統(tǒng)對并網(wǎng)技術(shù)有較高的要求，只有在電能質(zhì)量滿足并網(wǎng)要求時(shí)，才能讓光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能安全、穩(wěn)定地運(yùn)輸?shù)诫娋W(wǎng)之中，可以利用并網(wǎng)技術(shù)將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，從而提高電能的電壓質(zhì)量、頻率質(zhì)量以及減少諧波[4]。并網(wǎng)時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的電能質(zhì)量對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響最大，如果能在并網(wǎng)前利用并網(wǎng)技術(shù)對分布式光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的電能進(jìn)行檢查，就會得到電能質(zhì)量與并網(wǎng)要求的偏離數(shù)據(jù)，在電能質(zhì)量不滿足并網(wǎng)要求時(shí)，系統(tǒng)就會提前自動斷開與電網(wǎng)的連接，保證電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能能否正常并網(wǎng)，主要由三相電壓、單相電壓以及額定頻率等參數(shù)決定，只有在同時(shí)滿足三相電壓在額定電壓±7%內(nèi)，單相電壓在額定電壓的+7%～-10%范圍內(nèi)，并網(wǎng)點(diǎn)頻率在48.5～50.5Hz內(nèi)時(shí)，分布式光伏發(fā)電產(chǎn)生的電能才允許并網(wǎng)。

4 分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)類型

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)有很多種類，常見的以零散小規(guī)模發(fā)電為主，其發(fā)電容量只有數(shù)kW，以自發(fā)自用、余電上網(wǎng)為主；也有中等規(guī)模的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，這一類并網(wǎng)系統(tǒng)，能夠接入電壓等級較高的電網(wǎng)，也能有更多上網(wǎng)電量售賣給電網(wǎng)；最后一種則是蓄電池類型的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，能夠?qū)㈦娔軆Υ嬖趦δ茉O(shè)備中，為系統(tǒng)并網(wǎng)提供支撐與穩(wěn)定。

4.1 自發(fā)自用型

自發(fā)自用型的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，就是一種較為便捷的小型發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由太陽能電池板與逆變器組成，這種形式的光伏發(fā)電系統(tǒng)分布較為零散，以分布式屋頂光伏為主，沒有遮擋，能夠讓輻照時(shí)間更加充足[5]。這一發(fā)電系統(tǒng)其發(fā)電容量在1MW以下，這樣的小型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，發(fā)電容量較小，所需要建設(shè)系統(tǒng)的成本卻很高。因?yàn)榘l(fā)電容量較小，對所以并網(wǎng)方式以自發(fā)自用、余電上網(wǎng)為主，上網(wǎng)電量較小，對電網(wǎng)系統(tǒng)影響也較小。

4.2 中等規(guī)模

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)，有很多連接方式，一種是利用光伏組串進(jìn)行連接，從而保證中等規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠?qū)㈦娋W(wǎng)的功率數(shù)值直接送入到PLC中，讓中等規(guī)模的發(fā)電系統(tǒng)更好的運(yùn)行，也能將電能傳入千家萬戶。PLC中的功率只要到一定數(shù)值才能對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)開啟的方式就是讓PLC對逆變器發(fā)送信號，根據(jù)功率數(shù)值的不同，自動進(jìn)行通斷，這樣的設(shè)計(jì)，能夠有效保證電網(wǎng)的安全，同時(shí)也能讓光伏發(fā)電更安全。這種形式的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)早在2008年就在浙江義烏建立了一個(gè)1.295MW的光伏系統(tǒng)。另一種則是利用逆變器進(jìn)行連接，也就是將多臺小型逆電器進(jìn)行并網(wǎng)設(shè)計(jì)，然后利用低壓功率檢測裝置對并網(wǎng)的電能進(jìn)行檢測，同樣是將檢測功率送入PCL中，當(dāng)送入的功率超出設(shè)定的保護(hù)數(shù)值，就會讓逆變器與電網(wǎng)進(jìn)行斷開，這也是逆電保護(hù)的一種方式[6]。這種多臺逆變器設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能夠顯示一定的故障信息，因此很可能會讓工作人員產(chǎn)生系統(tǒng)故障的錯(cuò)誤判斷，因此使用的較少，但在2010年該技術(shù)也被“金太陽工程”所采用，并發(fā)揮著良好的作用。最后一種則是通過光伏并網(wǎng)實(shí)現(xiàn)逆變器保護(hù)，也就是利用光伏逆變器對電能質(zhì)量進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，這種方式技術(shù)要求較高，比較復(fù)雜。這一并網(wǎng)連接方式，能夠讓中等規(guī)模的光伏發(fā)電系統(tǒng)向著智能化發(fā)展。

4.3 蓄電池類型

蓄電池光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，是將并網(wǎng)逆變器與蓄電池等設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)地組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)兼獨(dú)立的光伏系統(tǒng)。這樣的蓄電池類型的光伏發(fā)電系統(tǒng)一發(fā)電容量最高可達(dá)60kWp，也是分布式光伏發(fā)電發(fā)展的方向，該系統(tǒng)能夠?qū)⒅悄芑瘮?shù)字技術(shù)融入發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，使其更具智能化，保證供電質(zhì)量與電能傳輸?shù)姆€(wěn)定性[7]。但蓄電池的運(yùn)用對環(huán)境會有著一定的污染，這也違背了太陽能轉(zhuǎn)化為電能的根本意義，因此在使用過程中需要進(jìn)行嚴(yán)格的評估，從而保證污染降到最低，通過并網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，也希望能夠?qū)⑿铍姵乩闷渌夹g(shù)進(jìn)行替代。

5 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用策略

分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)有很多應(yīng)用方式，在應(yīng)用過程中也有著不同的應(yīng)用策略，只有不斷進(jìn)行改革與完善，才能讓分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)揮出更大的作用。并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用能夠發(fā)揮出控制作用，也能通過并網(wǎng)技術(shù)的有效合理應(yīng)用，降低發(fā)電故障風(fēng)險(xiǎn)，為企業(yè)發(fā)展提供幫助。通過加強(qiáng)管理與故障偏離控制也能讓光伏發(fā)電系統(tǒng)與并網(wǎng)技術(shù)更好地結(jié)合，有效提高電能質(zhì)量與發(fā)電效率。

5.1 光伏發(fā)電并網(wǎng)控制技術(shù)的應(yīng)用

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是將多個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合的一種發(fā)電方式，因此會有很多電源系統(tǒng)接入到電網(wǎng)當(dāng)中，其電能來源也較為廣泛，雖然這樣能夠讓發(fā)電容量得到增加，但同時(shí)也增加了更多的電力通道，電力通道的增設(shè)就避免不了電纜長度的增加，這也就導(dǎo)致在運(yùn)行期間容易發(fā)生更多的安全隱患。只有不斷完善并網(wǎng)控制技術(shù)，才能讓分布式光伏發(fā)電更加穩(wěn)定，也能保證其運(yùn)行的安全。在并網(wǎng)控制技術(shù)應(yīng)用過程中主要需要對電壓與頻率進(jìn)行控制，這種控制方法需要依靠并網(wǎng)控制系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，這是一種較為有效地控制電壓與頻率的方式[8]。電能是由多個(gè)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)來提供的，因此在發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中需要利用并網(wǎng)控制技術(shù)對電網(wǎng)進(jìn)行加強(qiáng)規(guī)范性管理，保證電網(wǎng)能夠更加安全，也能讓發(fā)電系統(tǒng)更平穩(wěn)地運(yùn)行。最后也要對分布式發(fā)電系統(tǒng)電能質(zhì)量進(jìn)行檢測，保證無盲區(qū)地檢測，這樣才能發(fā)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)存在的問題，也能及時(shí)對并網(wǎng)電氣性能指標(biāo)進(jìn)行研究，從而保證并網(wǎng)控制技術(shù)的有效應(yīng)用。

5.2 控制分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)

分布式光伏發(fā)電因?yàn)槠浒l(fā)電系統(tǒng)規(guī)模不同，因此產(chǎn)生一種家庭安裝的發(fā)電系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在家庭中進(jìn)行安裝，這也是廣泛受到應(yīng)用的一種分布式發(fā)電系統(tǒng)。這種發(fā)電系統(tǒng)在南方應(yīng)用較多，因?yàn)槠淙照諘r(shí)間長，能夠吸收更多的太陽能，但在家庭中安裝分布式發(fā)電，需要嚴(yán)格按照安裝要求進(jìn)行安裝，并對風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)進(jìn)行深入的研究，既要保證并網(wǎng)后電能質(zhì)量，同時(shí)也要保證電能傳輸?shù)姆€(wěn)定[9]。并網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用與研究可以用過規(guī)范性操作對發(fā)電系統(tǒng)存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效控制，比如在家裝分布式光伏發(fā)電中大多都會將發(fā)電系統(tǒng)安裝在房屋之上，而在并網(wǎng)時(shí)需要安裝避雷針，這樣能夠有效控制光伏發(fā)電系統(tǒng)受到雷電的破壞。也可以運(yùn)用監(jiān)控設(shè)備對發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，這樣能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)存在的安全隱患，同時(shí)也能第一時(shí)間解決存在的問題，保證發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的穩(wěn)定。

5.3 加強(qiáng)對發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的管理

分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行主要有監(jiān)控控制以及智能控制這兩種運(yùn)行管理方式，監(jiān)控控制實(shí)行時(shí)間較久，具有較為成熟的管理經(jīng)驗(yàn)，而智能控制運(yùn)行管理，近些年隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展也在不斷完善，對運(yùn)行的管理也有著獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)[10]。對于監(jiān)控控制運(yùn)行管理來說，就是通過上級調(diào)控監(jiān)控中心對發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行一定的控制，這一管理運(yùn)行的方式需要人工較多，并需要對相應(yīng)的數(shù)值進(jìn)行采集，保證光伏發(fā)電并網(wǎng)的功率值、設(shè)備運(yùn)行溫度、輻射強(qiáng)度等進(jìn)行檢測，并保證所有指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)，如果發(fā)現(xiàn)異常能夠結(jié)合技術(shù)人員，對故障問題進(jìn)行快速鎖定與維護(hù)。對于智能控制運(yùn)行管理來說，更多是依靠大數(shù)據(jù)與動態(tài)監(jiān)控技術(shù)進(jìn)行結(jié)合。如果在恒壓運(yùn)行階段，逆變器的直流母線電壓沒有變化，但是電壓值卻在開路電壓的70%作用，這就需要利用大數(shù)據(jù)，對多組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與排查，然后連續(xù)不斷的調(diào)整各個(gè)指標(biāo)，讓并網(wǎng)結(jié)合電力系統(tǒng)完成控制運(yùn)行的命令，可以減少人員的操作，也能加強(qiáng)發(fā)電運(yùn)行作業(yè)的高效性。

5.4 直流偏離故障的控制

直流偏離故障是分布式光伏發(fā)電運(yùn)行過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，這一問題主要是多種因素所形成的，因此會嚴(yán)重影響到發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的效率，如果驅(qū)動電路與控制電路運(yùn)算所得到的結(jié)果不統(tǒng)一，這多半是發(fā)電系統(tǒng)逆變器的輸出電壓與直流分量出現(xiàn)問題，這就需要利用逆變器媒介與配電網(wǎng)進(jìn)行結(jié)合，從而引發(fā)直流分量進(jìn)入到配電網(wǎng)之中，這也是引起直流偏離故障的主要因素[11]。只有通過并網(wǎng)技術(shù)對逆變器進(jìn)行一定的控制，也要對驅(qū)動電路與控制電路進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)，讓其統(tǒng)一，從源頭解決直流偏離故障問題，也能有效控制分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的高效運(yùn)行。如果出現(xiàn)了直流偏離故障也可以通過數(shù)個(gè)逆變器并聯(lián)到電網(wǎng)之中，進(jìn)而讓直流分量與直流環(huán)量在數(shù)個(gè)逆變器中并存，從而達(dá)到對直流偏離故障控制的作用。

6 結(jié)束語

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是新能源發(fā)展的主要產(chǎn)物，并網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟也給發(fā)電系統(tǒng)的完善提供了可能性，進(jìn)而為解決電能問題提供更多的思路。我國分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在南方與西方應(yīng)用較廣，因?yàn)槠涑渥愕墓庹諘r(shí)間為光伏發(fā)電帶來一定的優(yōu)勢。而通過并網(wǎng)技術(shù)的合理化應(yīng)用，也讓光伏發(fā)電的電能質(zhì)量與發(fā)電穩(wěn)定性得到更多的保障，希望通過本文分析能夠?yàn)楣夥l(fā)電系統(tǒng)發(fā)展提供參考。