大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)與配電網(wǎng)互聯(lián)互通技術(shù)分析與探究

摘要：由于光伏發(fā)電系統(tǒng)與配電網(wǎng)絡(luò)之間存在著交互作用，因此需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并制定相應(yīng)的控制策略，建立相應(yīng)的輸出功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載調(diào)控與動(dòng)態(tài)優(yōu)化。因此，為實(shí)現(xiàn)大型光伏電站與配電網(wǎng)的高效、高質(zhì)互聯(lián)，保障電網(wǎng)的穩(wěn)定供電，以10 MW光伏電站為研究對(duì)象，分析該電站所采取的控制技術(shù)，從案例細(xì)節(jié)來(lái)看，采用專(zhuān)線接入方式并網(wǎng)，可對(duì)逆變器控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)升級(jí)，且在實(shí)際應(yīng)用中具有較好的穩(wěn)定性。研究表明，案例中所采取的互聯(lián)互通技術(shù)可以有效提高光伏發(fā)電的功率，改善電網(wǎng)的供電可靠性和清潔能源的利用率，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的平衡負(fù)載。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電系統(tǒng) 配電網(wǎng) 互聯(lián)互通 清潔能源

Analysis and Exploration of Interconnection Technology Between Large-Sscale Photovoltaic Power Generation System and Distribution Network Interconnection Technology

CAI Lulu

Guoneng Zhejiang Beilun First Power Generation Co.， LTDLtd.， Ningbo， Zhejiang Province， 315000 China

Abstract： Due to the interaction between the photovoltaic power generation system and the distribution network， it is necessary to optimize its design and formulate the corresponding control strategy and establish the corresponding output power prediction system， so as to realize the load regulation and dynamic optimization. Therefore， in order to realize the efficient and high-quality interconnection of large-scale photovoltaic power station and distribution network， and to guarantee the stable power supply of the grid， taking 10 MW photovoltaic power station as the research object， analyzing the control technology adopted in this power station， from the details of the case， adopting a dedicated line to connect to the grid， which can realize the upgrading of the control technology of the inverter， and it has a better stability in the practical application. The study shows that the interconnection technology adopted in the case can effectively increase the power of photovoltaic power generation， improve the power supply reliability of the grid and the utilization rate of clean energy， and realize the balanced load of the grid.

Key W Wwords： Photovoltaic power generation system; Distribution network; Interconnectivity; Clean energy

在國(guó)家發(fā)展建設(shè)工作日益推進(jìn)的背景下，電力需求不斷提高，。想要保證發(fā)展速度的同時(shí)，強(qiáng)化電力供應(yīng)質(zhì)量，必須實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)與配電網(wǎng)互聯(lián)互通。在互聯(lián)互通過(guò)程中，光伏發(fā)電系統(tǒng)和配電網(wǎng)之間相互影響，供電穩(wěn)定性、安全性無(wú)法保證，。為此，還提出相應(yīng)的優(yōu)化方案，確保電壓得到合理控制，針對(duì)性能調(diào)整電流，實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)的互聯(lián)互通。

1大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)與配電網(wǎng)互聯(lián)互通案例分析

1.1基本概況

以某光伏發(fā)電系統(tǒng)為例，總裝機(jī)容量為10 MW，由光伏陣列、匯流箱、逆變器、變壓器、計(jì)量裝置等設(shè)備匯總。選取33 334塊高效晶體硅組件構(gòu)成光伏陣列，每塊組件功率為300 W，每串20塊組件串聯(lián)，共1 667串并聯(lián)。采用集中式逆變器，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電后，通過(guò)升壓變壓器接入10 kV配電網(wǎng)。

1.2并網(wǎng)技術(shù)方案

1.2.1光伏陣列設(shè)計(jì)

在本項(xiàng)目中，為確保并網(wǎng)效果，在互聯(lián)互通前，對(duì)光伏陣列的設(shè)計(jì)展開(kāi)相應(yīng)的設(shè)計(jì)。先借助公式（1），完成光伏電池單二極管模型的伏安特性計(jì)算。

式（1）中：I為光伏電池輸出電流，單位為A；U為光伏電池輸出電壓，單位為V；Iph為光伏電流源電流，單位為A；Is為二極管飽和電流，單位為A；Rs和Rsh分別為光伏電池串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻，單位為Ω；q為電子電量常量（）；K為玻爾茲曼常數(shù)（）；T為工作絕對(duì)溫度，單位為K；A為二極管的理想因子[1] ，一般在1～2之間變化。

式（2）、式（3）中Iph為光伏電流源電流，單位為A；S為實(shí)際光照強(qiáng)度，單位為W/m2；Sref為標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度，即1 000 W/m2；Iphref為標(biāo)準(zhǔn)條件下的光生電流，單位為A；CT為溫度系數(shù)；Tref為標(biāo)準(zhǔn)溫度25 ℃下，即約為298 K，一般來(lái)說(shuō)，廠家給出的伏安特性I-U是在IEC標(biāo)準(zhǔn)條件（光照強(qiáng)度Sref=1 000 W/m2，工作溫度Tref=298 K）下獲得，當(dāng)實(shí)際光照強(qiáng)度和溫度與標(biāo)準(zhǔn)條件有差異時(shí)，需要對(duì)光生電流Iph和飽和電流Is進(jìn)行修正；Eg為半導(dǎo)體禁帶寬度，單位為J，與光伏電池材料有關(guān)；Isref為標(biāo)準(zhǔn)條件下的二極管飽和電流，單位為A。

一般來(lái)說(shuō)，廠家給出的伏安特性I-U是在IEC標(biāo)準(zhǔn)條件（光照強(qiáng)度Sref=1 000 W/m2，工作溫度Tref=298 K）下獲得。當(dāng)實(shí)際光照強(qiáng)度和溫度與標(biāo)準(zhǔn)條件有差異時(shí)，需要對(duì)光生電流Iph和飽和電流Is進(jìn)行修正。

在完成上述光伏陣列相關(guān)計(jì)算的基礎(chǔ)上，還需要對(duì)其他的核心組件展開(kāi)分析，以此為后續(xù)的互聯(lián)互通奠定基礎(chǔ)。表1為構(gòu)建完成后，不同仿真場(chǎng)景下的光伏動(dòng)態(tài)表現(xiàn)。從實(shí)際仿真效果上看，本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)的光伏陣列模型運(yùn)行穩(wěn)定，且適用于配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)仿真效果。

1.2.2" 并網(wǎng)技術(shù)方案

該光伏發(fā)電系統(tǒng)采用專(zhuān)線接入方式，即直接從光伏電站引出一條10 kV電纜，通過(guò)升壓變壓器接入配電網(wǎng)，以此盡可能地減少中間環(huán)節(jié)，提高電能傳輸效率。并網(wǎng)電壓為10kV，并網(wǎng)電流最大電流為500 A，光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)逆變器內(nèi)置的功率因數(shù)校正裝置，確保并網(wǎng)時(shí)的功率因數(shù)不低于0.98，從根本上提高電網(wǎng)傳輸效率，減少無(wú)功功率損失。匯流箱采取16路輸入回路，每路最大電流63 A，輸出電流最大1 000 A，并聯(lián)20臺(tái)額定功率為500 kW的逆變器，可以確?？傓D(zhuǎn)換效率不低于98.5%。直流輸入電壓范圍為450V～850 V，交流輸出電壓為10 kV，最大輸出電流為50 A。圖1為數(shù)字信號(hào)處理器（Digital Signal Processor，DSP）光伏逆變器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，表2為系統(tǒng)內(nèi)最大功率點(diǎn)跟蹤（Maximum Power Point Tracking，，MPPT）模塊參數(shù)。

1.2.3" 并網(wǎng)聯(lián)通難點(diǎn)

從實(shí)際仿真效果上看，光伏發(fā)電系統(tǒng)易受光照強(qiáng)度變化影響，輸出電壓和電流存在波動(dòng)。因此，基于仿真結(jié)果，對(duì)逆變器控制技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，以此確保實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)電壓和電流，進(jìn)而動(dòng)態(tài)調(diào)整逆變器輸出電壓和電流，確保并網(wǎng)點(diǎn)電壓和電流的穩(wěn)定。在逆變器內(nèi)置的諧波抑制裝置，能夠有效抑制并網(wǎng)電流中的諧波成分，確保并網(wǎng)電流的質(zhì)量滿足電網(wǎng)要求。表3為該技術(shù)方案實(shí)施后的效果數(shù)據(jù)。

2" 技術(shù)細(xì)節(jié)

2.1 并網(wǎng)逆變器技術(shù)

在本案例中，采用了SUNGROW SG500KTL-M0型逆變器，每臺(tái)額定功率500 kW，共20臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行，總裝機(jī)容量達(dá)10 MW。從仿真效果上看，該光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率不低于98.5%，不僅實(shí)現(xiàn)了高效能轉(zhuǎn)換，也最大程度地減少了能源損失。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)將直流輸入電壓范圍控制在450～850 V，交流輸出電壓10 kV，與配電網(wǎng)電壓等級(jí)匹配，單臺(tái)逆變器50 A，總輸出電流達(dá)到1 000 A，滿足大規(guī)模并網(wǎng)需求。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)借助內(nèi)置算法，實(shí)時(shí)調(diào)整輸出電壓和電流，保持與電網(wǎng)的同步運(yùn)行；具備過(guò)溫、過(guò)流、短路等多重保護(hù)機(jī)制，確保設(shè)備安全運(yùn)行。從后續(xù)實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后，由于光照強(qiáng)度、溫度等環(huán)境因素的波動(dòng)，光伏陣列產(chǎn)生的電能也隨之波動(dòng)，這可能導(dǎo)致電網(wǎng)的負(fù)載不平衡，進(jìn)而影響電網(wǎng)的運(yùn)行效率。此外，逆變器在將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的過(guò)程中，也會(huì)產(chǎn)生一定的能量損失，降低整體效率。該系統(tǒng)利用智能電網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)光照強(qiáng)度、溫度等環(huán)境因素，提前調(diào)整光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率，以匹配電網(wǎng)的負(fù)載需求，減少負(fù)載不平衡現(xiàn)象[1]。

2.2" 光伏并網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)

光伏并網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)是實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障預(yù)警和數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵。本系統(tǒng)配置了先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)光伏陣列、逆變器、變壓器等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和性能參數(shù)，包括但不限于電壓、電流、功率、溫度、頻率等關(guān)鍵指標(biāo)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位，確保數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。故障預(yù)警響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)1 s，為及時(shí)排除故障提供了有力保障。通過(guò)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)查詢，方便運(yùn)維人員隨時(shí)掌握系統(tǒng)狀態(tài)[2]。

2.3 反孤島保護(hù)技術(shù)

反孤島保護(hù)技術(shù)是防止光伏發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)停電時(shí)繼續(xù)供電，從而避免對(duì)電網(wǎng)維修人員構(gòu)成安全隱患的重要措施[3]。孤島效應(yīng)檢測(cè)時(shí)間不超過(guò)2 s，確?？焖夙憫?yīng)。采用主動(dòng)頻率偏移和電壓擾動(dòng)等檢測(cè)方法，準(zhǔn)確識(shí)別孤島狀態(tài)。結(jié)合硬件和軟件保護(hù)機(jī)制，確保反孤島保護(hù)的可靠性和穩(wěn)定性[4]。

2.4" 低電壓穿越技術(shù)

低電壓穿越技術(shù)是指光伏發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)電壓暫時(shí)降低時(shí)，能夠保持并網(wǎng)運(yùn)行并繼續(xù)向電網(wǎng)供電的能力，從而提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。具備低電壓穿越功能的逆變器在電網(wǎng)電壓降低至額定電壓的20%時(shí)，[3] 持續(xù)運(yùn)行不少于1 s。在電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常后，逆變器能夠在不超過(guò)5 s的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)行[5]。

3" 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，光伏發(fā)電系統(tǒng)和配電網(wǎng)之間相互影響，想要讓二者實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，打造出智能化、智慧化電力調(diào)度系統(tǒng)，確保電力供應(yīng)穩(wěn)定性，還需要從實(shí)際出發(fā)，探索出完善的并網(wǎng)方案，以此以提高系統(tǒng)的效率和可靠性。從案例來(lái)看，在互聯(lián)互通的情況下，還需要形成相應(yīng)的電壓控制策略，構(gòu)建輸出功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)和動(dòng)態(tài)優(yōu)化，保證電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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