杜小波

摘要：當(dāng)前，很多大型并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在有效生產(chǎn)下，對未來發(fā)電技術(shù)投入與使用產(chǎn)生了相應(yīng)影響。通過文獻調(diào)查、實踐探索等方法對光伏發(fā)電的原理和主要構(gòu)件、大容量光伏發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)以及大容量光伏發(fā)電對并網(wǎng)產(chǎn)生的影響進行研究。研究結(jié)果表明光伏發(fā)電實際是基于并網(wǎng)逆變器的功能做功，太陽能電池組件產(chǎn)生直流電，基于光伏發(fā)電，可以提升電網(wǎng)整體運行穩(wěn)定性，也可以連接更多大型光伏發(fā)電設(shè)備，這樣能夠充分滿足電網(wǎng)交流電的應(yīng)用需求。

關(guān)鍵詞：大容量光伏發(fā)電；關(guān)鍵技術(shù)；并網(wǎng)

中圖分類號：TM615 文獻標(biāo)識碼：A

0 引言

能源可以為人們實際生活提供基礎(chǔ)動力與支持，隨著社會人口的進一步增長，很多能源已被大力開發(fā)和應(yīng)用，能源逐漸處于枯竭狀態(tài)。大容量光伏發(fā)電能夠滿足社會對電力資源的需求，對大容量光伏發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)進行研究和應(yīng)用對社會未來發(fā)展具有深遠影響。本文主要對大容量光伏發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)及并網(wǎng)進行探究。

1 光伏發(fā)電原理和主要構(gòu)件

光伏發(fā)電屬于當(dāng)前新型發(fā)電模式的一種，其工作原理主要是依據(jù)光伏效應(yīng)。光伏效應(yīng)是將半導(dǎo)體作為主要材料，在太陽光照下，將太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能，以實現(xiàn)發(fā)電，光伏發(fā)電原理如圖1 所示。光伏發(fā)電主要構(gòu)件包含光伏板、匯流箱以及光伏逆變器等。電池片可以將太陽輻射能轉(zhuǎn)化成直流電，實現(xiàn)電能的輸出[1]。光伏發(fā)電能夠通過電能表對電能實際輸出情況進行計算，針對發(fā)電示數(shù)和上網(wǎng)示數(shù)，實施最終結(jié)算。

2 大容量光伏發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)

光伏發(fā)電的建設(shè)周期不長，而且對環(huán)境具有較強適應(yīng)性，無須水資源以及燃料資源等作為保障，發(fā)電站整體運行成本較低，工作效率高，便于有關(guān)部門實施集中管理，還能夠促進電能資源擴容。大容量光伏電站能夠及時并入公共電網(wǎng)中，將其中不穩(wěn)定因子消除后，可提高電網(wǎng)運行工作效率，使得公共電網(wǎng)整體運行更穩(wěn)定，從而為社會發(fā)展帶來豐富的電力資源。

2.1 電網(wǎng)與光伏電站關(guān)鍵技術(shù)

電網(wǎng)與光伏電站實際是通過逆變器進行連接，所以其需要具備可拓展的通信功能，能夠?qū)β蔬M行控制，并有效降低有功變化率，對諧波實施補償。此外，提升逆變器的實際電壓等級，使其單體容量變得更大，使電能輸出變得更為穩(wěn)定，可以更好地避免外界因素干擾，逐漸實現(xiàn)電網(wǎng)應(yīng)用的智能化，按照相應(yīng)要求與網(wǎng)源技術(shù)進行互動[2]。對并網(wǎng)展開控制時，電網(wǎng)的電壓信號要求更高，提升鎖定技術(shù)的應(yīng)用效率，可以更精準(zhǔn)與迅速地實施信號控制，避免在大功率并網(wǎng)下產(chǎn)生信號不對稱情況。基于配電網(wǎng)基本能力，當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)送出低電壓信號指令時，可以對電網(wǎng)系統(tǒng)實施管理。大容量光伏發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)展開多級合作，依賴群控技術(shù)來實現(xiàn)操作，這要求相關(guān)部門合理解決群控硬件增加后的成本問題，這要改善最大功率點跟蹤（maximumpower point tracking， MPPT）并聯(lián)下帶來的額外串并聯(lián)出現(xiàn)的損耗。針對分布系統(tǒng)展開電網(wǎng)調(diào)度，應(yīng)進行多項設(shè)備協(xié)作，及時完成通信。

2.2 電網(wǎng)跟蹤、儲能和連接關(guān)鍵技術(shù)

基于有功輸出這一層面，相關(guān)部門要求光伏并網(wǎng)發(fā)電，這可以服務(wù)于多種電能，由此可見，對大功率電能進行有效跟蹤屬于一項先進技術(shù)。對于大功率電網(wǎng)的跟蹤效率與準(zhǔn)確率等方面，有關(guān)部門也提出較高要求，通過傳統(tǒng)的電導(dǎo)增量法以及干擾觀測法等方式依然不能真正實現(xiàn)電網(wǎng)跟蹤。因此對功的輸出進行調(diào)節(jié)時就會受到限制，因此需要針對有功調(diào)節(jié)技術(shù)進行創(chuàng)新。但因為儲能設(shè)備自身容量很小，而且成本較高，不能有效實現(xiàn)實時補償，其儲能作用也會受到一定程度的影響。另外，儲能實際也需要花費很長時間，不能達到及時補償?shù)墓ぷ髂康?，從而?dǎo)致儲能作用受到限制。此外，隨著光伏裝機整體容量逐漸擴大，系統(tǒng)的整體工作穩(wěn)定性也逐漸變強。經(jīng)過實踐證明，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路等故障時，電壓會呈現(xiàn)出跌落狀態(tài)。此時，可再生資源發(fā)電機就會發(fā)揮作用，通過與電網(wǎng)進行連接，可以促進電網(wǎng)在短時間內(nèi)恢復(fù)。將Buck 電路進行連接，能夠?qū)β蔬M行消耗，可以避免直流母排電壓過大的情況，實現(xiàn)低電壓穿越。

3 大容量光伏發(fā)電對并網(wǎng)產(chǎn)生的影響

3.1 影響電網(wǎng)有功平衡與頻率

由于光伏陣列在實際移動時，會受到云層遮擋影響，使得光伏并網(wǎng)產(chǎn)生較大波動，從而使光伏電站產(chǎn)生問題。與電網(wǎng)遭受到大負荷而產(chǎn)生的變化相同，這些變化一部分可以被電網(wǎng)所承受，但是在電網(wǎng)中光伏實際所接收的能量逐漸增多。當(dāng)實際波動量大于10% 時，在并網(wǎng)點正常連接后，就會導(dǎo)致電網(wǎng)有功平衡以及頻率出現(xiàn)波動，從而使電站受到影響[3]。在相應(yīng)處理措施下，能夠?qū)⒋蟛▌訋淼挠绊懡档阶畹?。光伏電源并不屬于旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，不具有轉(zhuǎn)動慣性，所以光伏在輸出能量后，會在短時間內(nèi)產(chǎn)生變動。當(dāng)光伏在電網(wǎng)中的滲透率上升到一定程度后，能夠?qū)ΤＲ?guī)能源進行替換，電網(wǎng)內(nèi)部對應(yīng)功率會變大，系統(tǒng)整體處理故障的能力會變?nèi)?，使得電網(wǎng)頻率出現(xiàn)跌落情況。

3.2 影響電網(wǎng)無功平衡與電壓

一般而言，光伏電站在實現(xiàn)并網(wǎng)后所輸出的無功功率將會被降到最低，近乎為0。實際輸出的功率不足，會降低電站線路中的做功效率，這樣能夠真正減少線路中所出現(xiàn)的電壓損失。將光伏并網(wǎng)點和其影響區(qū)域之內(nèi)的電壓進行提升，電壓升高的幅度與光伏電站的具體容量以及接入方式等方面相關(guān)，但是光伏電站處理電壓的升高幅度具有隨機性，會在很短的時間內(nèi)因為云層移動而出現(xiàn)驟然上升或者下降現(xiàn)象，從而對并網(wǎng)點電壓產(chǎn)生很大影響，出現(xiàn)上下波動。實際上電壓調(diào)節(jié)方法有很多，如增加電容補償。但是這種方式不適用于快速調(diào)節(jié)電壓的工作方案，在光伏發(fā)電站內(nèi)部的有功功率出現(xiàn)明顯下降的基礎(chǔ)上，應(yīng)該從電網(wǎng)吸收無功功率。在相關(guān)規(guī)定下，要求大型光伏電站具備更為強勁的控制電壓作用與能力。目前，大型光伏電站一般情況下應(yīng)用的解決方案為加載靜止無功發(fā)生器（staticvar generator，SVG），其可以真正適應(yīng)光伏電站的工作方式，但是需要基于快速調(diào)節(jié)電壓技術(shù)，才能夠真正實現(xiàn)。

3.3 產(chǎn)生諧波

大容量光伏并網(wǎng)通常利用絕緣柵雙極晶體管（insulate gate bipolar transistor，IGBT），對電子器件實施進一步控制，當(dāng)其處于高頻率運轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生較多諧波。在電力系統(tǒng)內(nèi)，針對電壓與電流給出的信號及時采樣，并對信息數(shù)據(jù)進行處理，將信號內(nèi)部的諧波展開提取并進行詳細分析。一般會在傅里葉變換以及快速傅里葉變換等數(shù)學(xué)算法基礎(chǔ)上展開對諧波的計算和分析，從而對時域信號進行有效轉(zhuǎn)換，以便更為精準(zhǔn)地獲取到諧波的漲幅情況，以及有關(guān)參數(shù)。這些參數(shù)能夠?qū)﹄娋W(wǎng)內(nèi)部出現(xiàn)的諧波進行精準(zhǔn)判斷，展開故障與問題的科學(xué)診斷，并及時處理和解決，制定有效解決方案。諧波的來源及產(chǎn)生原因如表1 所示?；陔娋W(wǎng)系統(tǒng)，在其內(nèi)部出現(xiàn)的諧波也會使得電力系統(tǒng)實際運行受到影響，如系統(tǒng)運行的安全與穩(wěn)定等方面。系統(tǒng)運行主要存在的危害表現(xiàn)為：電網(wǎng)內(nèi)部有功功率實際損耗出現(xiàn)明顯提升，導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)部的負荷變得更大，使得電網(wǎng)整體工作效能降低，進而增加電力系統(tǒng)實際運行成本。諧波會導(dǎo)致電壓波形出現(xiàn)失真的情況，導(dǎo)致電壓無法成為真正的弦波。電力設(shè)備內(nèi)部存在諧波，會對其運行產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)致設(shè)備運行使用壽命降低。

面對并網(wǎng)發(fā)生的諧波影響，可以對諧波進行預(yù)警，從而有效降低整體影響率。在虛擬儀器基礎(chǔ)上，對并網(wǎng)諧波實施監(jiān)測，充分展現(xiàn)系統(tǒng)功能，對諧波進行有效監(jiān)測并完成預(yù)警工作，提示工作人員諧波的嚴(yán)重程度。而且在系統(tǒng)內(nèi)能夠?qū)χC波進行計算，針對并網(wǎng)內(nèi)部電壓與電流實際情況展開深入分析，獲取到諧波分量具體幅值。依照這個數(shù)值與有關(guān)工作標(biāo)準(zhǔn)等進行對比，對并網(wǎng)中存在諧波的實際情況展開評估。諧波擾動主要是指諧波對電網(wǎng)正常運行過程帶來的影響，如電網(wǎng)出現(xiàn)的電壓失真等問題。利用諧波產(chǎn)生的擾動指標(biāo)（如電壓總諧波產(chǎn)生的畸變率以及電流不平衡情況等），來實施監(jiān)測工作，并對其進行具體判斷[4]。

3.4 影響電網(wǎng)運行穩(wěn)定性

電網(wǎng)整體出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，會使得電壓出現(xiàn)隆起或者凹陷等問題，這些問題會導(dǎo)致變換器無法正常運轉(zhuǎn)。大容量光伏電源接入電網(wǎng)后，應(yīng)該安裝相應(yīng)的保護裝置，并且實現(xiàn)自動化保護，這可以有效避免光伏電源產(chǎn)生的孤島問題。光伏電站對電壓進行控制，能夠提高系統(tǒng)對并網(wǎng)電壓的掌控能力。光伏發(fā)電系統(tǒng)所具有的系統(tǒng)慣量并不大，但會給光伏整體穩(wěn)定程度帶來影響。機組設(shè)備停運后，對整體影響較大，其中系統(tǒng)運行穩(wěn)定性會首先受到破壞。為了有效加強系統(tǒng)之間協(xié)作的靈活性，可以采用常規(guī)機組進行設(shè)備運轉(zhuǎn)，并且為并網(wǎng)機組設(shè)備增加備用設(shè)備。低電壓穿越功能可以有效改善電網(wǎng)恢復(fù)的基本特性。光伏對系統(tǒng)的電流、電壓以及功率等多方面產(chǎn)生影響，所以當(dāng)大容量光伏發(fā)電設(shè)備接入并網(wǎng)后，需要更為嚴(yán)格地依照規(guī)定進行操作，保證并網(wǎng)可以順利運轉(zhuǎn)，通過發(fā)電預(yù)測技術(shù)以及天氣預(yù)報技術(shù)等，對系統(tǒng)平臺實施科學(xué)控制。

3.5 影響配電網(wǎng)

（1）在電壓調(diào)節(jié)方面造成的影響。光伏滲透率達到相應(yīng)數(shù)值后，并網(wǎng)出力會出現(xiàn)明顯改變，饋線電路的潮流經(jīng)過計算后也會產(chǎn)生變化，甚至?xí)?dǎo)致相應(yīng)逆潮流被迫進入輸電網(wǎng)中，從而對饋線電壓下應(yīng)用的設(shè)備產(chǎn)生影響，使其不能正常運行。當(dāng)潮流輸入情況出現(xiàn)變化后，變電站與光伏電源之間會出現(xiàn)電壓下降的情況，這就需要利用變壓器進行電壓調(diào)節(jié)，并通過開關(guān)的啟停來有效控制電壓。

（2）對整定與短路電流進行保護。光伏逆變器的實際作用是對電源進行控制，如果出現(xiàn)短路現(xiàn)象，應(yīng)該馬上切斷逆變器，所以在常規(guī)機組逆變器產(chǎn)生短路電流后，也不會對電網(wǎng)整體運行穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。對整定實施二次保護，是因為逆變器與變壓器進行連接后，逆變器能夠產(chǎn)生接地回路，而且潮流也會出現(xiàn)變化，使得電壓分布率也隨之變化，從而影響零序電流[5]。

（3）產(chǎn)生接地電源。因為變壓器具體連接方式不相同，變壓器與逆變器之間也有可能產(chǎn)生接地回路，從而對零序電流產(chǎn)生影響。而且在單向接地后，電路系統(tǒng)會產(chǎn)生相應(yīng)故障，出現(xiàn)短路后的對地電壓。

4 結(jié)語

綜上，大容量光伏發(fā)電設(shè)備接入的實際要求較高，在無功輸出與有功輸出基礎(chǔ)上，均能夠在電網(wǎng)產(chǎn)生異常情況后進行有效干預(yù)?；诠夥l(fā)電，可以提升電網(wǎng)整體運行穩(wěn)定性，也可以連接更多大型光伏發(fā)電設(shè)備，這樣能夠有效滿足社會對電能的實際需求。而且，光伏電站可將其產(chǎn)生的電能直接并入電網(wǎng)之中，對其中不穩(wěn)定因素進行管理，這可以保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行，進而為社會提供更為豐富的電能資源。

參考文獻

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