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

張海軍

關(guān)鍵詞：電氣自動化；集中式；并網(wǎng)光伏電站

社會發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ顚δ茉吹男枨筮M一步擴大，這在一定程度上對我國能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了更加嚴苛的要求。因此，以太陽能光伏發(fā)電綠色能源為代表的相關(guān)發(fā)展方向越來越受到國家的關(guān)注。然而，由于我國太陽能光伏發(fā)電仍處于發(fā)展初期，為了更好地解決光伏發(fā)電系統(tǒng)中的實際問題，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)進一步革新工作觀念，以國內(nèi)外先進的電氣自動化知識為理論基礎(chǔ)，建設(shè)新型集中并網(wǎng)光伏電站。

1光伏發(fā)電原理和并網(wǎng)形式的特點

1.1光伏發(fā)電原理

在傳統(tǒng)光伏發(fā)電過程中，通過太陽能光纖對半導(dǎo)體材料的持續(xù)照射，使半導(dǎo)體表面產(chǎn)生相對穩(wěn)定的光伏效應(yīng)，在這種反應(yīng)中，光源可以不斷轉(zhuǎn)化為電能，并通過相應(yīng)的儲能裝置進行儲存和傳輸，從而發(fā)揮發(fā)電產(chǎn)能的實際作用。在光伏發(fā)電中，有幾個關(guān)鍵要素，首先是有效儲存電能的太陽能電池，其次是控制整體效果的相關(guān)控制器[1]。作為綠色可持續(xù)發(fā)電的重要代表，太陽能發(fā)電不僅是對傳統(tǒng)能源發(fā)電的有效補充，對綠色能源的發(fā)展也起著至關(guān)重要的推動作用。

1.2并網(wǎng)形式的特點

在太陽能光伏發(fā)電的實際并網(wǎng)過程中，需要一定的基礎(chǔ)條件來保證整體的并網(wǎng)質(zhì)量，這就要求在實際輸出過程中接人正弦波電流的逆變器的頻率要保持在一定的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，同時要考慮實際電壓頻率波動和電網(wǎng)相位的整體值，從而可以將二者的數(shù)據(jù)保持在一定的通信范圍內(nèi)。在傳統(tǒng)并網(wǎng)過程中，往往有兩種形式：首先是集中并網(wǎng)[2]。這種并網(wǎng)形式的特點主要體現(xiàn)在將太陽能光伏發(fā)電的相關(guān)電能進一步整合，從而統(tǒng)一輸送到大電網(wǎng)進行電力資源配置，最終實現(xiàn)居民日常使用的電力資源供應(yīng)過程。因為電網(wǎng)的電力傳輸是單向的，這也決定了供電管道較大，更適合遠離電力負荷的大型光伏電站或遠離城市的光伏電站[3]。其次是分散式并網(wǎng)。這種并網(wǎng)形式的太陽能光伏發(fā)電主要是將自身的電力資源直接供應(yīng)給指定的電力負荷使用，電力輸送中不穩(wěn)定的部分由電網(wǎng)進行平衡和調(diào)整。并網(wǎng)形式與電網(wǎng)之間的供電方向往往是雙向的，因此適用于供電量較小的小型光伏電站。由于目前我國建筑業(yè)與光伏產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展，建筑區(qū)域的群集光伏發(fā)電可以更方便、更快捷地為建筑主體的相關(guān)電力設(shè)施提供電力，從而更好地解決電力資源的能耗問題。

2光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計和自動化應(yīng)用

2.1光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計

在太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的實際設(shè)計過程中，光伏發(fā)電單元的設(shè)計是影響系統(tǒng)性能最關(guān)鍵的部分，不僅影響系統(tǒng)的發(fā)電效率，而且直接影響光伏發(fā)電的并網(wǎng)質(zhì)量。在光伏發(fā)電的實際工作過程中，光伏發(fā)電單元的運行可以使太陽能電池在陽光照射下實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換和儲存。只要太陽能充足，就可以實現(xiàn)發(fā)電裝置的穩(wěn)定供電[4]。逆變器的有效使用不僅可以更好地連接電網(wǎng)系統(tǒng)，還可以連接光伏發(fā)電系統(tǒng)的質(zhì)量控制單元。當(dāng)光伏發(fā)電機組的數(shù)量不斷增加日寸，就需要相關(guān)的電氣自動化技術(shù)發(fā)揮作用，從而更好地完成多臺逆變器并網(wǎng)的相關(guān)線路要求。

2.2光伏電站中自動化系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于我國區(qū)域因素對整體光伏電站的使用影響很大，因此目前我國光伏電站中自動化系統(tǒng)的應(yīng)用主要包括以下幾個方面。

（1）在逆變器的實際使用過程中，相關(guān)技術(shù)人員經(jīng)常利用自動化技術(shù)來更好地提高逆變器的自動檢測性能，不僅可以更好地結(jié)合電網(wǎng)整體數(shù)據(jù)對不同逆變器的匹配問題進行統(tǒng)一檢測和預(yù)警，還可以配合自動化設(shè)備的暫停和運行控制，從而更好地實現(xiàn)逆變器的動態(tài)綜合控制和使用，一方面大大節(jié)省了人力資源成本，另一方面也降低了設(shè)備故障率。

（2）對于整體電站后臺的自動化應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)人員不僅可以將海量的設(shè)備和電力數(shù)據(jù)直觀的呈現(xiàn)在屏幕上，還可以提高相關(guān)檢修人員的工作效率。同時，也便于相關(guān)維修和保養(yǎng)人員更好地整合光伏合成器箱、逆變器等設(shè)備的數(shù)據(jù)，從而更好地提高整體線路故障問題的處理效率，進一步提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性[5]。

（3）通過進一步加強電力控制系統(tǒng)的電氣自動化應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)人員不僅可以大大提高光伏電站的發(fā)電效率和能耗控制精度，還可以根據(jù)并網(wǎng)需求優(yōu)化相應(yīng)的功率區(qū)間，從而更好地提高并網(wǎng)傳輸質(zhì)量[6]。

（4）在太陽能光伏電站的實際運行過程中，電壓控制系統(tǒng)的電氣自動調(diào)節(jié)不僅可以更好地滿足相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)要求，而且可以提高電壓穩(wěn)定性。

（5）光功率預(yù)測系統(tǒng)可以有效提高基于光譜信息相關(guān)性分析的短期天氣預(yù)測精度，經(jīng)過相關(guān)技術(shù)人員對電氣自動化的優(yōu)化，可以更好地提高光譜信息的接收頻率，從而進一步提高天氣變化的預(yù)測精度，也對光伏發(fā)電的整體運行質(zhì)量起到更好的控制作用。

3電氣自動化在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用和發(fā)展

3.1兩級式光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體控制策略

在實際光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)運行過程中，由于相關(guān)技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電過程中電壓、電流數(shù)據(jù)經(jīng)常出現(xiàn)波動，導(dǎo)致整體光伏發(fā)電輸出在頻率和相位上始終與總電網(wǎng)實際輸出存在一定程度的誤差。這在一定程度上造成并網(wǎng)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，整體電力資源傳輸質(zhì)量也受到一定程度的影響。為了避免此類問題，相關(guān)技術(shù)人員通過電氣自動化技術(shù)的有效應(yīng)用，結(jié)合兩級光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體控制策略，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的精確控制。

在實際應(yīng)用過程中，相關(guān)技術(shù)人員不僅可以更好地獲取相關(guān)電壓和電流的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，還可以通過對光伏儲能電池進行更全面的檢測，調(diào)整和優(yōu)化后續(xù)的數(shù)字信號處理和轉(zhuǎn)換質(zhì)量。結(jié)合數(shù)字濾波裝置的有效使用，過濾電力傳輸過程中的低頻噪聲，保留高頻部分的相關(guān)信息，不僅更好地實現(xiàn)了傳輸過程中整體電力資源的信號和數(shù)據(jù)跟蹤功能，還進一步優(yōu)化了并網(wǎng)過程中整體電力輸出的傳輸質(zhì)量。當(dāng)相關(guān)技術(shù)人員檢測到電壓和電流值與電網(wǎng)要求有一定差異時，可以通過相關(guān)的自動控制設(shè)備進行并網(wǎng)調(diào)整，從而更好地滿足并網(wǎng)輸電過程的頻率和相位要求，也增加了整體輸電過程的質(zhì)量穩(wěn)定性。由于整體太陽能光伏信號是由傳輸過程中電流的相關(guān)值與正弦信號的乘積決定的，為了更好地調(diào)整整體并網(wǎng)輸出的電流數(shù)據(jù)，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)數(shù)字信號的相關(guān)數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確比較，并將調(diào)整過程中的誤差控制在小數(shù)點后一位以內(nèi)。兩級光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體控制策略不僅有助于運營商對整體發(fā)電資源進行更全面的數(shù)據(jù)檢測和傳輸控制，而且結(jié)合電氣自動化技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用，提高了并網(wǎng)傳輸過程中與總電網(wǎng)的匹配度。不僅提高了并網(wǎng)結(jié)構(gòu)的運行質(zhì)量，而且對增加電力資源在光伏發(fā)電總電網(wǎng)傳輸中的份額具有積極作用。

3.2孤島檢測技術(shù)的有效應(yīng)用

太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在運行過程中，由于光伏發(fā)電的孤島效應(yīng)，往往存在一定的全線傳輸不順暢的問題。此類問題不僅大大降低了整體光伏發(fā)電的效率，還會導(dǎo)致部分線路的電流和電壓出現(xiàn)較大波動，最終影響整體并網(wǎng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和出現(xiàn)設(shè)備使用風(fēng)險[7]。為了避免此類問題，相關(guān)技術(shù)人員通過電氣自動化技術(shù)的有效應(yīng)用，進一步實現(xiàn)了孤島效應(yīng)檢測技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，并通過以下兩個方面進行應(yīng)用和擴展。

（1）被動式檢測。相關(guān)技術(shù)人員可以對線路中的傳輸電壓進行檢測和判斷，也可以對整體電網(wǎng)公共節(jié)點的電壓頻率進行檢測和判斷[8]。這樣的判斷方法能夠更好地提升對于整體并網(wǎng)輸出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，從而更好地調(diào)整并網(wǎng)電壓和電流的數(shù)據(jù)傳輸速度。

（2）主動檢測。這種監(jiān)測思路主要是通過人工手段進行，結(jié)合相關(guān)人員攜帶設(shè)備檢測異常信號位置的方式，利用設(shè)備數(shù)據(jù)的反饋來判斷故障異常的范圍，并找出相對的孤島范圍以進行相應(yīng)的修正。近年來，光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)逐步發(fā)展起來。在實際的孤島檢測過程中，相關(guān)技術(shù)人員經(jīng)常使用過壓和欠壓的被動檢測方法，可以更好地捕捉和反饋線路中的電壓與頻率變化。記錄并統(tǒng)計同一區(qū)域不同檢測時間段的電壓差，并繪制相應(yīng)的數(shù)據(jù)圖進行輔助分析，最終判斷該區(qū)域是否存在孤島效應(yīng)，但這種檢測方法存在一定的盲區(qū)風(fēng)險，因為并網(wǎng)處逆變器的相關(guān)負載往往與正常電壓變化頻率相近，會在一定程度上影響相關(guān)檢測的準(zhǔn)確性。主動檢測頻率偏移的具體方法可以通過人為添加相應(yīng)的電流頻率來防止發(fā)電系統(tǒng)頻率波動，檢測公共耦合點的電壓和頻率波動，從而準(zhǔn)確判斷整體數(shù)據(jù)是否在正常范圍內(nèi)。這種檢測方法不僅可以高效地找到孤島效應(yīng)的相關(guān)位置，還可以根據(jù)并網(wǎng)檢測的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行全線孤島保護。

3.3安全保護技術(shù)的進一步深化應(yīng)用

在太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)運行過程中，相關(guān)技術(shù)人員可以通過電氣自動化技術(shù)的有效應(yīng)用，更好地提高發(fā)電系統(tǒng)的運行性能。這不僅需要加強實際應(yīng)用中負荷數(shù)據(jù)的進一步自動檢測和質(zhì)量分析，還應(yīng)該結(jié)合數(shù)據(jù)分析來提高相關(guān)線路故障問題的預(yù)測精度。此外，加強逆變器的自動控制還可以進一步提高相關(guān)人員的故障響應(yīng)和調(diào)整效率，最終對提高整體系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性起到深遠的作用。

4結(jié)束語

集中并網(wǎng)光伏電站如今備受關(guān)注，電氣自動化技術(shù)的應(yīng)用可以促進其發(fā)展。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)進一步提高電氣自動化技術(shù)應(yīng)用能力，從而在集中并網(wǎng)光伏電站的應(yīng)用和管理過程中更好地提升供電運輸質(zhì)量。此外，這對提高太陽能電池的利用率和性能也起到積極作用，最終有助于為國家和社會發(fā)展提供更多更優(yōu)質(zhì)的清潔能源。