于希軍，崔偉國，孫俊明國網(wǎng)濱州供電公司

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)問題概述

于希軍，崔偉國，孫俊明
國網(wǎng)濱州供電公司

為滿足人口規(guī)模的不斷擴大和經(jīng)濟發(fā)展速度的快速提升對能源的巨大需求，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)作為有效的可持續(xù)能源替代方式得到廣泛關(guān)注并迅速發(fā)展，但光伏發(fā)電自身出力的間歇性、隨機性和周期性特征和速變器并網(wǎng)、孤島效應(yīng)等因素的影響，其產(chǎn)生的電能品質(zhì)、供電可靠性及正常的計量計費都無法獲得全面的保證，所以其自身接入電力輸配網(wǎng)及控制方面的問題急需有效解決，本文針對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入電力輸配網(wǎng)及控制兩方面的問題展開研究，并結(jié)合個人經(jīng)驗嘗試性的提出解決對策，為推動我國太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域的發(fā)展而做出努力。

太陽能光伏發(fā)電；接入電力輸配網(wǎng)；控制

前言

光伏發(fā)電即以光生伏特效應(yīng)為依據(jù)，利用太陽電池直接將太陽光能轉(zhuǎn)化成電能的有效手段，其獨立、分布式或并網(wǎng)形式都是將太陽電池板及其組件與控制器和逆變器結(jié)合使用，其純電子元件構(gòu)成特點決定自身使用壽命長，而且安裝、維護(hù)方便，作為可再生能源的利用系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。

一、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入電力輸配網(wǎng)問題及對策

（一）太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入電力輸配網(wǎng)存在的問題

1.電能質(zhì)量較低

光伏發(fā)電本身的波動性特征決定其在利用電力電子變換器完成并網(wǎng)過程中產(chǎn)生諧波、三相電流不平衡等問題的可能性非常大，而其自身隨機性強的特征又會致使電網(wǎng)內(nèi)的電壓產(chǎn)生波動、閃變等問題，兩者直接影響其產(chǎn)生電能的質(zhì)量。

2.調(diào)度和經(jīng)濟運行缺乏保證

光伏發(fā)電隨機性強的特點致使短期功率預(yù)測的準(zhǔn)確性無法獲得保證，使調(diào)度實際操作缺乏強有力的數(shù)據(jù)作支撐，致使其經(jīng)濟運行的態(tài)勢和趨勢都很難把握。

3.電網(wǎng)穩(wěn)定性差

太陽能光伏發(fā)電與常規(guī)發(fā)電子組存在較大差別，其電力電子轉(zhuǎn)換器直接決定著太陽能光電伏發(fā)電的運行狀況，使其轉(zhuǎn)動慣量和阻尼環(huán)節(jié)明顯不足，穩(wěn)定性受嚴(yán)重影響。

（二）針對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入電力輸配網(wǎng)問題的對策

1.針對電能質(zhì)量問題

目前主要是利用縮減光伏發(fā)電系統(tǒng)脫網(wǎng)、并網(wǎng)的次數(shù)，控制其自身出力變化對電能質(zhì)量的影響；利用在諧波電壓水平較理想的母線上安裝特殊濾波器的方式控制其產(chǎn)生的諧波；利用在逆變器中安裝并聯(lián)有源濾波器等方式緩解電壓波動，在此基礎(chǔ)上加強對電能質(zhì)量相關(guān)參數(shù)的監(jiān)控[1]。

2.針對調(diào)度和經(jīng)濟運行問題

一方面分布式電源作為微網(wǎng)的構(gòu)成單元，其運行狀況將對微網(wǎng)的動態(tài)特征構(gòu)成直接影響，所以在對其設(shè)計運行環(huán)節(jié)必須對其協(xié)調(diào)度予以重視，微網(wǎng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)需要結(jié)合電網(wǎng)的運行方式、負(fù)荷容量、控制目標(biāo)等實際參數(shù)設(shè)定，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合分布式電源的數(shù)學(xué)模型確定微網(wǎng)模型，將微網(wǎng)在運行中可能會發(fā)生的因素，如干擾、控制等作用于模型，確定微網(wǎng)的動態(tài)特征，為調(diào)度打下基礎(chǔ)；另一方面微網(wǎng)其調(diào)度和經(jīng)濟運行困難很大程度上受其間歇性、隨機性和不確定性的影響，所以在微網(wǎng)獨立運行時，可結(jié)合蓄電池、飛輪儲能系統(tǒng)等結(jié)合使用，以提升其抗干擾能力，并保持電壓、頻率等參數(shù)的穩(wěn)定[2]。

3.針對穩(wěn)定性問題

一方面，在其接入電力輸配網(wǎng)后，繼電保護(hù)裝置具有傳統(tǒng)保護(hù)裝置所不具有的方向性，所以應(yīng)重新設(shè)計，設(shè)計方式目前主要有兩種，一種是在電網(wǎng)發(fā)生故障時迅速斷開其與電網(wǎng)的所有連接，然后按照傳統(tǒng)配電網(wǎng)形式進(jìn)行繼電保護(hù)，其優(yōu)點是不增添新設(shè)備，缺點是使其速動性和可靠性受反應(yīng)順序和控制時間影響降低；另一種是利用獨立負(fù)荷供電，在系統(tǒng)發(fā)生故障時，在保證系統(tǒng)仍正常供電的前提下，將整個配電網(wǎng)分設(shè)成若干個孤島獨自運行，利用光伏發(fā)電縮減停電的面積。另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的故障處理方法和可靠性分析并不適用于光伏發(fā)電，因為在其并網(wǎng)后撞擊位置、接入容量等實際情況都會對其可靠性產(chǎn)生直接影響，所以要保證其供電的可靠性必須結(jié)合多方面的影響因素建立可靠性評估模型，在此基礎(chǔ)上確定網(wǎng)絡(luò)可靠性指標(biāo)，建立與其相適應(yīng)的可靠性評估體系[3]。

三、太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制問題及對策

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)研究現(xiàn)階段雖取得了一定的成績，如利用MPPT恒壓法、擾動觀察法、電導(dǎo)增量法等實現(xiàn)對光伏陣列的有效控制，利用DC-CD變換器實現(xiàn)滑模控制等，但控制方面的相關(guān)研究并能夠滿足保證太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)安全可靠供電的目的所以相關(guān)研究仍需要逐步的深入、完善，實現(xiàn)建立全面有效的光伏陣列模型、完成孤島監(jiān)測、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。

例如可將光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置為單相橋式逆變結(jié)構(gòu)，使其生產(chǎn)的電能在濾波器、變壓器等相關(guān)設(shè)備處理后傳輸至電網(wǎng)，以此提升電能的質(zhì)量，現(xiàn)階段DSC芯片TMS320LF8027的最大工作頻率以達(dá)到60兆赫，將其應(yīng)用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中可有效的提升系統(tǒng)高速采樣的能力和運算速度；在此基礎(chǔ)上將滑模變結(jié)構(gòu)控制方式適當(dāng)引入，使光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中產(chǎn)生的電流幾乎全部轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的正弦波，通過以上控制設(shè)計，不僅可以實現(xiàn)實時監(jiān)控光伏發(fā)電系統(tǒng)運行狀況，而且可以結(jié)合采集到的數(shù)據(jù)對定時周期內(nèi)系統(tǒng)輸出的脈寬進(jìn)行準(zhǔn)確的計算，以計算結(jié)果為依據(jù)，形成IPM驅(qū)動信號，使光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出穩(wěn)定性獲得保證，以此達(dá)到控制目的，考慮到雙極性和單極性調(diào)試都可以完成正弦脈寬調(diào)制，而太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)IPM以自舉電路的形式完成上橋臂管子開通，而單極性調(diào)試并不適用，所以在控制系統(tǒng)設(shè)計時需要采用基波分?jǐn)?shù)和調(diào)制系數(shù)具有正比例關(guān)系，通過正弦波的變化直接可以實現(xiàn)對輸出SOWM波形中的基波分?jǐn)?shù)調(diào)整的雙極性調(diào)制方式，忽略其本身控制開關(guān)損耗大的缺點，由此可見，在太陽能光伏發(fā)電控制問題方面，應(yīng)以保證系統(tǒng)安全可靠性為前提，實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化，以此保證其實用性和有效性。

結(jié)論

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn)，太陽能光伏發(fā)電其應(yīng)用范圍廣、自身操作便捷、對環(huán)境的破壞性極低，已經(jīng)成為現(xiàn)階段能源開發(fā)的重要對象，但其仍存在可靠性、可控性等方面的缺點，所以針對性的加強和完善是太陽能光伏發(fā)電深化發(fā)展的必然選擇，本文針對其接入電力輸配網(wǎng)和控制兩方面展開研究具有一定的現(xiàn)實意義，但受個人能力限制，其相關(guān)研究仍任重道遠(yuǎn)。

[1]賴東升.小型光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT控制器的研制[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[2]李聰利.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電力輸配網(wǎng)的問題與對策建議[D].天津：天津大學(xué)，2012.

[3]孫玉偉.海洋環(huán)境下船用太陽能光伏系統(tǒng)特性研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2013.