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        大容量光伏發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)及其對并網(wǎng)的影響

        2016-08-23 06:21:26杜喜信河南第一火電建設(shè)公司河南鄭州450001
        中國科技縱橫 2016年12期
        關(guān)鍵詞:大容量孤島擾動(dòng)

        杜喜信(河南第一火電建設(shè)公司,河南鄭州 450001)

        大容量光伏發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)及其對并網(wǎng)的影響

        杜喜信
        (河南第一火電建設(shè)公司,河南鄭州 450001)

        新世紀(jì)新能源發(fā)展的重要趨勢是大容量光伏并網(wǎng)發(fā)電。本文描述了大容量光伏發(fā)電的原理及特點(diǎn),與其影響。并針對大容量太陽能光伏電站的并網(wǎng)要求,介紹了大容量光伏并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法。大容量光伏設(shè)備方面,低諧波、強(qiáng)可靠性的電網(wǎng)友好型光伏產(chǎn)品可以滿足效率需求。闡述了光伏發(fā)電對電網(wǎng)造成的主要影響,并分析了產(chǎn)生這些影響的原因。

        光伏發(fā)電 并網(wǎng) 逆變器

        我國的太陽能光伏發(fā)電經(jīng)歷了與國外對接研發(fā)討論,以及國內(nèi)的若干示范工程的建設(shè),積累了豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),大規(guī)模大容量光伏發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行一定會(huì)成為光伏發(fā)電的主要發(fā)展方向。光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面產(chǎn)生的光生伏特效應(yīng),將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N新能源利用技術(shù)。主要部件主要由太陽能電池板、控制器以及逆變器三部分組成,再經(jīng)過太陽能電池串聯(lián)后,進(jìn)行封裝保護(hù)就可以形成大面積太陽能電池組件,最后配合功率控制器和其他部件光伏發(fā)電裝置就形成了。光伏發(fā)電系統(tǒng)包括許多種類,有離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)以及分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)等。本文所研究的主體就是并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。

        1 大容量光伏并網(wǎng)發(fā)電原理與特點(diǎn)

        1.1大容量光伏并網(wǎng)發(fā)電原理

        大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)基本由一個(gè)或者多個(gè)基本單元構(gòu)成,圖1所示,每單元容量大約為0.3-1.0MW,其中大面積的光伏陣列組件在實(shí)施光電轉(zhuǎn)換后,會(huì)經(jīng)匯流器把直流電分配到逆變部分,由逆變器和濾波裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)換,通過逆變器控制,對光伏陣列的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制。成為滿足用電要求的交流電,最后由變壓器升壓后使用。每個(gè)單元的逆變器可以是單臺(tái),也可以以是多臺(tái)并聯(lián)。

        1.2大容量光伏并網(wǎng)發(fā)電特點(diǎn)

        光伏發(fā)電并網(wǎng)是通過太陽能組件制造產(chǎn)生的直流電,再經(jīng)過并網(wǎng)以及逆變器轉(zhuǎn)換,最終成符合國家電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的交流電直接入公共電網(wǎng),供人們使用。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要分為有蓄電池的和沒有蓄電池的系統(tǒng),有蓄電池的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可以根據(jù)需要并入電網(wǎng)或退出電網(wǎng),同時(shí)可以充當(dāng)備用電源的,在發(fā)生故停電時(shí)可緊急供電,帶有蓄電池的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)則不具備可調(diào)度性,也不能充當(dāng)備用電源,這種系統(tǒng)一般安裝在較大型的設(shè)備上。

        目前的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)主要由太陽能電池陣列及并網(wǎng)逆變器兩部分組成,并安裝相應(yīng)的中央集控系統(tǒng)。大容量光伏發(fā)電運(yùn)行模式通過中低壓配電網(wǎng)接入超高壓大電網(wǎng),在滿足逆變器輸出的正弦波電流頻率、相位與電網(wǎng)電壓的頻率和相位相同情況下,才可以實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)關(guān)鍵之處在并網(wǎng)逆變器,為滿足這個(gè)條件,改進(jìn)逆變器性能對于提高系統(tǒng)工作效率、提高系統(tǒng)可靠性、提高系統(tǒng)壽命、降低系統(tǒng)成本尤為重要。

        2 關(guān)鍵技術(shù)及其對并網(wǎng)的影響

        太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電需要用到許多方面的技術(shù),隨著電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的進(jìn)步與改進(jìn),逆變技術(shù)未來會(huì)頻率更高、功率更大、體積更小產(chǎn)生更高的效率。目前逆變器的研究主要集中在最大功率點(diǎn)跟蹤、擾動(dòng)觀察法,及對于“孤島效應(yīng)”的防護(hù)檢測中。

        2.1最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)

        最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)主要通過調(diào)整光伏陣列端的電壓,使光伏陣列在不同氣候和各種不同環(huán)境下實(shí)現(xiàn)最大功率輸出。許多個(gè)小的太能電池組成一個(gè)太陽能電池板,根據(jù)所需求的電壓和電流,可以由不同數(shù)量的小太陽能電池塊串并聯(lián)獲得。每個(gè)太陽能電池都是由具有PN結(jié)的半導(dǎo)體組成,下圖即是太陽能電池板的等效電路模型。

        2.2擾動(dòng)觀察法

        擾動(dòng)觀察法指在每個(gè)小的控制周期內(nèi),通過控制當(dāng)前太陽能電池輸出電壓基礎(chǔ)上,施加一個(gè)小的擾動(dòng)步長。擾動(dòng)步長可以在原電壓的基礎(chǔ)上增加或減小步長,然后對比變化情況得到擾動(dòng)前后輸出功率。擾動(dòng)前后輸出功率可能存在擾動(dòng)后的功率輸出大于擾動(dòng)前的功率輸出,這種情況表明在該擾動(dòng)方向下輸出功率增大,則下一步擾動(dòng)仍保持相同方向。

        2.3防孤島技術(shù)

        美國有關(guān)專家把孤島效應(yīng)定義為:當(dāng)供電因故障或維修停電時(shí),光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)未能將自身切離市電網(wǎng)路,結(jié)果和周圍的負(fù)載形成的一個(gè)電力公司無法掌握的自給供電孤島。孤島運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生幾點(diǎn)問題,第一,維修人員維修輸電線路的觸電危險(xiǎn);第二,傳統(tǒng)繼電保護(hù)性能可能受到一些配電系統(tǒng)上的影響;第三,電網(wǎng)恢復(fù)時(shí)產(chǎn)生孤島的區(qū)域與電網(wǎng)相位不同步造成聯(lián)網(wǎng)困難;第四,若采用單相逆變器可能造成孤島區(qū)域內(nèi)三相負(fù)載的缺相;第五,發(fā)生孤島時(shí),若二次合閘會(huì)導(dǎo)致再次跳閘,損害設(shè)備和逆變器。

        目前較有針對性的保護(hù)策略也逐漸誕生,比如當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)接入后會(huì)將電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)電流的大小、流向自動(dòng)改變,觸發(fā)各種保護(hù)裝置,繼電器保護(hù)區(qū)縮小。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),會(huì)引起裝有分散式發(fā)電分支繼電器的啟動(dòng),對電路形成保護(hù)。因此,發(fā)生故障時(shí),光伏電站的自動(dòng)保護(hù)裝置會(huì)形成保護(hù),減少失誤動(dòng)作。

        2.4技術(shù)條件下的影響

        經(jīng)過配電網(wǎng)接入的光伏電站無論以什么方式接入方式,根據(jù)其判定是否向輸電網(wǎng)倒送功率,配電網(wǎng)中的潮流方向都將發(fā)生一些變化,從而導(dǎo)致一系列的影響。

        伴隨科學(xué)力量的飛速提升與策略的逐漸進(jìn)步,也逐漸產(chǎn)生了更好的MPPT控制算法,較為完善的混合MPPT控制策略。相信這一關(guān)鍵技術(shù)很快就會(huì)在實(shí)際中應(yīng)用。因此,安裝了大容量光伏發(fā)電的電網(wǎng)區(qū)域需要嚴(yán)格遵循運(yùn)行規(guī)程,同時(shí),需要借助氣候監(jiān)測部門的配

        ············

        合,通過氣候狀況和發(fā)電預(yù)測技術(shù)結(jié)合,并伴隨與常規(guī)能源統(tǒng)一的調(diào)度平臺(tái)運(yùn)行,光伏功率預(yù)測是解決光電隨機(jī)性、功率波動(dòng)性的關(guān)鍵途徑。

        3 結(jié)語

        配電網(wǎng)中光伏電源帶來的變化將引起一系列問題,大容量光伏并網(wǎng)對電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行都需要嚴(yán)格全面的考慮,以及成熟的技術(shù)支持。光伏并網(wǎng)發(fā)電所產(chǎn)生的系統(tǒng)效應(yīng),例如諧波放大、系統(tǒng)震蕩,都是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)需要解決的主要問題。在光伏設(shè)備方面,大容量、高可靠性的電網(wǎng)效率提升以及友好型變換器,將成為各類產(chǎn)品競爭的焦點(diǎn),達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)的光伏設(shè)備,必將創(chuàng)造出利用高效綠色清潔能源生活的將來。大容量光伏發(fā)電技術(shù)的成熟并逐漸為人所用,帶動(dòng)太陽能發(fā)電更好的未來,為世界的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造更大的利益。

        [1]宋平崗,葉滿園.基于最優(yōu)梯度法MPPT三相光伏并網(wǎng)逆變器[J].電力電子技術(shù),2014年(02):03-04.

        [2]董密.太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制策略研究[D]. 2014.

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