◎陳子劍

大型光伏電站并網(wǎng)特性及其低碳運(yùn)行與控制技術(shù)

◎陳子劍

由于化石燃料的大量消耗造成的溫室效應(yīng)是目前全球最為關(guān)注的環(huán)境問題，為了有效改善能源消耗而造成的環(huán)境問題，我國大力倡導(dǎo)基于太陽能、風(fēng)力等可再生清潔能源而開發(fā)的發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用，并為電站的低碳運(yùn)行提供一定的貢獻(xiàn)。本文結(jié)合大型光伏電站并網(wǎng)特性來分析低碳運(yùn)行與控制技術(shù)，光伏電站的主要發(fā)展趨勢就體現(xiàn)在規(guī)模化與并網(wǎng)特性上，在一定程度提升了光伏電站的運(yùn)行效率，拓展并網(wǎng)的容量，讓光伏電站實(shí)現(xiàn)低碳運(yùn)行。

現(xiàn)階段，自然環(huán)境的嚴(yán)重污染與能源的匱乏問題是社會(huì)的關(guān)鍵問題，尤其是由于化石燃料的大量消耗而造成的溫室效應(yīng)是全球最為關(guān)注的環(huán)境問題，全球各個(gè)國家在各行各業(yè)的生產(chǎn)上都大力推行低碳戰(zhàn)略。

根據(jù)我國低碳發(fā)展戰(zhàn)略顯示，與2005年相比，2020年的國民生產(chǎn)總值中二氧化碳的排放量要降低40～50%。眾所周知，二氧化碳排放的主要來源就在與電力行業(yè)的生產(chǎn)中，因此，為了能夠遵守節(jié)省能源的政策要求，電網(wǎng)應(yīng)當(dāng)提倡節(jié)省能源、提高效率、減少排放的發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)基于新能源的生產(chǎn)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。光伏電站在推動(dòng)電力產(chǎn)業(yè)節(jié)能、低碳的整體發(fā)展上產(chǎn)生著關(guān)鍵的影響，因此，在倡導(dǎo)新能源技術(shù)在電站中的應(yīng)用，一方面要注重發(fā)電側(cè)效率，同時(shí)要確保到電站運(yùn)行的高效性與安全性。

大型光伏電站并網(wǎng)特性分析與低碳運(yùn)行

大型光伏電站并網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)。光伏電站并網(wǎng)結(jié)構(gòu)可以劃分成單級結(jié)構(gòu)與雙級結(jié)構(gòu)，其中單級結(jié)構(gòu)是把光伏電站中向外輸出的直流電在DC/AC裝置上直接轉(zhuǎn)變成和電網(wǎng)中的電壓有著相同的幅值和頻率的電能，兩級結(jié)構(gòu)是把光伏電站中向外輸出的直流電在DC/AC裝置上提升電壓，之后在二級裝置上轉(zhuǎn)變成指定的交流電，并實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。

對于大型光伏電站而言，因?yàn)樽陨砣萘康臄U(kuò)大，在控制系統(tǒng)上就存在一定的難題，因此，為了能夠提升生產(chǎn)效率，并且在一定程度上減少電能轉(zhuǎn)換過程的耗能，在結(jié)構(gòu)的選擇上通常都是單級結(jié)構(gòu)。

在針對光伏電站并網(wǎng)特性的研究過程中，DC/AC逆變器是重要技術(shù)之一，合理的設(shè)計(jì)能夠有效提升發(fā)電技術(shù)的運(yùn)行效率，并減少能源消耗，從根本上改善光伏電站并網(wǎng)電能的整體質(zhì)量。目前，逆變器控制策略的新要求是改善大型光伏電站對電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生的問題，比如是鼓搗效應(yīng)、電壓閃變以及低電壓能力障礙等問題。由于逆變器可以控制有功功率，并補(bǔ)償無功和諧波電流，才能夠在一定程度上弱化大型光伏電站對電網(wǎng)產(chǎn)生的負(fù)面影響。

此外，由于目前大多數(shù)大型光伏電站是運(yùn)用的單級并網(wǎng)結(jié)構(gòu)，因此在兩級并網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，逆變器中對最大功率點(diǎn)跟蹤與控制的基本功能要在其運(yùn)行中充分展現(xiàn)。因此，大型光伏電站并網(wǎng)對逆變器的控制模式提出了較高的要求。

大型光伏電站的低碳運(yùn)行。低碳運(yùn)行是指電能生產(chǎn)與電力二氧化碳排放量的限制同時(shí)進(jìn)行合理的調(diào)度，是智能化電網(wǎng)運(yùn)行中的一種模式。運(yùn)用光伏能源完成發(fā)電是低二氧化碳排放的一種可再生清潔能源，因此，較為理想的發(fā)電狀態(tài)應(yīng)當(dāng)是在并網(wǎng)過程中，讓光伏電站承擔(dān)最大的發(fā)電任務(wù)，而為了在并網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)低碳運(yùn)行，就要實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的合理調(diào)度，這就要求運(yùn)用到能源儲(chǔ)存系統(tǒng)。其中包含了光伏電站生產(chǎn)的電能、電池中儲(chǔ)存的電能、光伏電話需要向外輸送的電能以及電網(wǎng)的電能，當(dāng)電網(wǎng)的電能低于電池電能與向外輸送電能相加之和的時(shí)候，儲(chǔ)能電池就會(huì)呈現(xiàn)出充電狀態(tài)，將多出來的電能進(jìn)行儲(chǔ)存，而當(dāng)其高于儲(chǔ)能與輸送電能的相加之和的時(shí)候，儲(chǔ)能電池就會(huì)呈現(xiàn)出放電，從而確保光伏電站可以提供充足的清潔能源。大型光伏電站的低碳運(yùn)行的基本流程，通過合理的調(diào)度方式來確保大型光伏電站運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性。

大型光伏電站逆變器的控制技術(shù)

本文主要針對逆變器多模式控制技術(shù)與有功功率控制技術(shù)進(jìn)行研究與分析。

逆變器多模式控制技術(shù)。逆變器多模式控制是對電流實(shí)現(xiàn)有效的控制，和無功以及諧波電流的補(bǔ)償控制、有功功率控制在本質(zhì)上是相同的，能夠運(yùn)用測量、轉(zhuǎn)變等不同的方式來獲得參考電流值，并且可以和實(shí)時(shí)測量到的三相輸送的電流值進(jìn)行對比。逆變器多模式控制的主要目的是讓光伏陣列在受到周圍環(huán)境的影響下依然能夠完成最大功率的輸送，提升光伏發(fā)電技術(shù)的運(yùn)行效率。大多數(shù)情況下，逆變器多模式控制方式會(huì)選擇導(dǎo)納增量法，其自身具備了較高的準(zhǔn)確性，并且在自然環(huán)境出現(xiàn)快速變化的情況下依然能夠展現(xiàn)出優(yōu)良的跟蹤性，因此備受關(guān)注。

有功功率控制技術(shù)。在電網(wǎng)中，常見的問題就是電壓突然出現(xiàn)下降，如果光伏電站缺乏低電壓穿越能力，那么在電網(wǎng)出現(xiàn)問題的時(shí)候就會(huì)與電網(wǎng)分離，從而導(dǎo)致電網(wǎng)發(fā)電的大量損失，因此，光伏發(fā)電技術(shù)要在并網(wǎng)結(jié)構(gòu)的逆變器上增加有功功率控制技術(shù)，讓其在出現(xiàn)問題的時(shí)候加強(qiáng)低電壓穿越能力，并對電網(wǎng)電流的注入采取有效的控制措施，而在電站正常運(yùn)行的過程中能夠合理調(diào)節(jié)電流頻率，并對整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生保護(hù)作用。

在各種新型能源中，光伏發(fā)電技術(shù)憑借自身的環(huán)保性、安全性以及無噪音等優(yōu)勢獲得了快速的發(fā)展，并發(fā)展較為成熟?，F(xiàn)階段，光伏電站的發(fā)展趨勢呈現(xiàn)出的并網(wǎng)特性與規(guī)模性，都在一定程度上提升了運(yùn)行效率與容量，從而保障大型光伏電站的低碳運(yùn)行。我國地區(qū)已經(jīng)成功建設(shè)了10MW以上的大型并網(wǎng)化光伏電站，且數(shù)量超過了100座，目前為止依然在進(jìn)一步研究并建設(shè)100MW的光伏電站。由于光伏發(fā)電容量的增加，突顯了給電站運(yùn)行產(chǎn)生的負(fù)面影響，以往被忽視的影響因素也成為了亟待改善的主要問題，因此，本文對大型光伏電站并網(wǎng)特性以及低碳運(yùn)行與控制技術(shù)的分析是非常有意義的。

為了實(shí)現(xiàn)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的低碳戰(zhàn)略，我國大力推行太陽能、風(fēng)能以及光能等新興可再生清潔能源，而光伏電站并網(wǎng)特性與大規(guī)模化是發(fā)展的主要趨勢。光伏發(fā)電的輸出在極大程度上會(huì)受到環(huán)境的影響，因此，會(huì)具有較為顯著的隨機(jī)性與不穩(wěn)定性，而在各種環(huán)境下光伏電站輸出特性的相關(guān)研究有非常重要的作用。此外，由于光伏電站容量的逐漸擴(kuò)大，以及加強(qiáng)光伏電站并網(wǎng)過程中的供電能力，就要注重大型光伏電站對電網(wǎng)產(chǎn)生的負(fù)面影響，通過逆變器的優(yōu)化與控制來加強(qiáng)對光伏電站的控制，促進(jìn)光伏發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用。

（作者單位：安徽省電力公司淮北供電公司）