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

        2017-03-06 20:35:15要金磊
        電子技術(shù)與軟件工程 2017年1期

        光伏發(fā)電主要是利用并網(wǎng)逆變器將太陽能電池組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)變成可以滿足電網(wǎng)使用的交流電并入到公共電網(wǎng)中。本文以光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)作為主要研究目標(biāo),對光伏發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)進行了分析,然后對大容量光伏發(fā)電對并網(wǎng)的影響進行了探討。

        【關(guān)鍵詞】大容量 光伏發(fā)電 光伏電站 光伏設(shè)備

        當(dāng)前,我國大多數(shù)的大型并網(wǎng)光伏還處于試運行階段,還沒有統(tǒng)一的接入標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計規(guī)范,對并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的規(guī)范化生產(chǎn)以及光伏電站的規(guī)范化管理都有一定的影響。另外,由于光伏電站的規(guī)劃建設(shè)沒有充分考慮對電網(wǎng)交互產(chǎn)生的影響,大容量光伏并網(wǎng)系統(tǒng)對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性也有了更高的要求。大容量光伏電站在運行過程中需要認真分析光伏發(fā)電對電網(wǎng)穩(wěn)定性造成的影響,為了促進大容量并網(wǎng)光伏發(fā)電的開展,除了要升級逆變器以外,還要更加深入的研究大容量光伏發(fā)電對電網(wǎng)穩(wěn)定性、安全性造成的影響。

        1 大容量光伏并發(fā)發(fā)電的基本原理及特點

        1.1 發(fā)電的基本原理

        太陽能光伏發(fā)電是以光伏效應(yīng)為基礎(chǔ),通過使用太陽能電池板對光子產(chǎn)生的電動勢進行吸收和利用達到發(fā)電的目的。太陽能光伏陣列產(chǎn)生的直流電利用電子轉(zhuǎn)換裝置進行轉(zhuǎn)換成可以滿足電網(wǎng)使用的交流電后直接利用變壓器接入到電網(wǎng)中。而大容量光伏電站一般都達到了兆瓦級別,通過利用集群控制方案來實現(xiàn)逆變器并聯(lián)運行,并利用特定的中央控制中心對光伏電站的各個子系統(tǒng)進行指揮和寫作,運行情況不同,變壓器和逆變器的投運方案也不一致,可以有效解決日照率比較低的情況下變換效率問題,提升系統(tǒng)的可靠性,如圖1所示。大容量光伏發(fā)電集群控制方案是使用多個逆變器共用光伏陣列直流母線排,根據(jù)光照情況,投入相應(yīng)數(shù)量的逆變器,進而解決日照率低時變換效率方面的問題,而且由于逆變器是替換工作的,當(dāng)某臺逆變器進行檢修或者出現(xiàn)故障后不會對整個系統(tǒng)造成影響。

        1.2 大容量光伏發(fā)電的特點

        太陽能作為可再生資源,受太陽光照、環(huán)境溫度、天氣因素的影響,太陽能光伏發(fā)電具有比較大的波動性,光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器容易產(chǎn)生三相電流不平衡、諧波、輸出功率不確定性等,很容易導(dǎo)致電網(wǎng)電壓出現(xiàn)閃變或波動,因此要為電網(wǎng)配置相應(yīng)的質(zhì)量治理裝置。另外,電網(wǎng)質(zhì)量不穩(wěn)定會導(dǎo)致電壓隆起、電壓凹陷等情況,這些情況也會對變換器的正常運行造成影響。大量光伏電源連入到電網(wǎng)后,需要安裝保護裝置和自動化裝置,而對于光伏電源造成的非常孤島問題需要按照反孤島保護設(shè)備。

        集中式和分布式作為大容量光伏并網(wǎng)的主要發(fā)展方向,其中分布式太陽能光伏電站主要是就近對用戶的相關(guān)問題進行解決,并利用并網(wǎng)達到供電差額的外送和補償,可以降低電路損耗。通過微電網(wǎng)和智能電網(wǎng)的有效連接,在運行條件下可以單獨運行,但是這種方式配電網(wǎng)潮流方向會隨時變化,逆潮流會使所有的保護都重新進行設(shè)定,無功調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)難度增加,對通訊和二次設(shè)備也有了更高的要求,系統(tǒng)也更加的復(fù)雜化。

        而集中式光伏電站主要是對一些比較穩(wěn)定的太陽能資源進行利用,將產(chǎn)生的電能連入到高壓輸系統(tǒng)并進行遠距離負荷的供應(yīng)。光伏電站的控制靈活性和穩(wěn)定性好,更容易調(diào)整電網(wǎng)頻率,運行過程中不需要燃煤運輸、水源等資源,具有比較強的環(huán)境適應(yīng)能力,運行成本低,擴容方便;但是這種方式需要依靠長距離的輸電線路送入到電網(wǎng)中會出現(xiàn)電壓跌落、電能損耗、無功補償?shù)葐栴}。同時由于大容量光伏電站需要利用多個變換裝置進行組合后實現(xiàn)的,需要統(tǒng)一對設(shè)備進行管理,對技術(shù)要求比較高。

        2 大容量光伏發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)

        2.1 大容量光伏設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)

        電網(wǎng)和光伏電站主要是利用逆變器聯(lián)通的,因此要求逆變器具有可拓展通信功能、可以對無功和有功進行控制、可以降低有功變化率、實現(xiàn)諧波補償?shù)?,技術(shù)上要求逆變器具電壓等級更高、單體容量更大、電能輸出質(zhì)量更穩(wěn)定、抗干擾能力更強,并具有可以達到智能電網(wǎng)要求的網(wǎng)源互動技術(shù)。在進行并網(wǎng)控制的過程中需要電網(wǎng)電壓信號鎖定技術(shù)更加的精確、快速,可以防止大功率并網(wǎng)時不對稱運行情況下和電壓采樣波動情況下精確鎖相。孤島檢測技術(shù)要求具有更好的抗干擾能力。集中式光伏電站要在變換器控制的基礎(chǔ)上實現(xiàn)低電壓穿越,孤島指令和檢測利用輸變電系統(tǒng)級別能量進行管理實現(xiàn);分布式光伏電站要通過控制達到孤島檢測的目的,利用基于配電網(wǎng)的能力管理系統(tǒng)來發(fā)出低電壓穿越信號指令。

        另外,大容量多級協(xié)作對群控技術(shù)依賴程度比較高,同時需要解決大面積組件增加、群控硬件成本增加、MPPT并聯(lián)所產(chǎn)生的額外串并聯(lián)損耗問題;對分布式系統(tǒng)進行電網(wǎng)調(diào)度時還需要在管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)多機協(xié)作、實時通信。

        2.2 光伏電站關(guān)鍵技術(shù)

        一般情況下,在有功輸出方面要求光伏并網(wǎng)發(fā)電可以發(fā)出更多的電能,因此如何實現(xiàn)最大功率點的跟蹤是一項比較重要的技術(shù)。由于最大功率點跟蹤對跟蹤的準(zhǔn)確性、快速性和穩(wěn)定性要求比較高,常用的電導(dǎo)增量法、干擾觀測法、恒定電壓法等還無法實現(xiàn)有功輸出的可調(diào)節(jié)性,有功調(diào)節(jié)技術(shù)必須要利用儲能設(shè)備來實現(xiàn)。但是由于儲能設(shè)備容量比較小,并且價格昂貴,不能做到實時補償,儲能作用也受到了比較大的影響。此外,由于儲能需要花費時間,無法達到實時補償?shù)哪康?,在一定程度上對儲能作用造成了限制?/p>

        光伏發(fā)電和風(fēng)電接入一樣,當(dāng)光伏裝機容量增加后,系統(tǒng)的穩(wěn)定性也會受到影響。實踐證明,當(dāng)系統(tǒng)因短路導(dǎo)致電壓跌落后,可再生能源發(fā)電機會持續(xù)和電網(wǎng)連接,可以幫助電網(wǎng)恢復(fù),而將一個Buck電路接入到變換器直流母排,可以對功率進行消耗并防止直流母排電壓過大。如果直流母排電壓變大,光伏陣列出力會隨之降低,可以更好的實現(xiàn)低電壓穿越。

        3 大容量光伏發(fā)電對并網(wǎng)的影響

        3.1 對電網(wǎng)運行造成的影響

        (1)光伏電站電壓控制可以幫助系統(tǒng)實現(xiàn)電壓;

        (2)光伏發(fā)電提供的系統(tǒng)慣量比較小,而系統(tǒng)慣量的減少程度會對高比重光伏的穩(wěn)定性造成影響;

        (3)接納方式方面,停運常規(guī)機組的危險性更大,大機組的停運會使系統(tǒng)慣量減少并進一步破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為了提高系統(tǒng)協(xié)作靈活性需要常規(guī)機組增設(shè)旋轉(zhuǎn)備用。

        (4)低壓電穿越功能會改善電網(wǎng)回復(fù)特性;

        (5)光伏有助于調(diào)節(jié)系統(tǒng)向上偏移;

        因此,接入大容量光伏發(fā)電的電網(wǎng)要嚴(yán)格按照規(guī)定要求進行運行,并充分利用發(fā)電預(yù)測技術(shù)、天氣預(yù)報技術(shù)以及能源調(diào)度平臺對運行進行控制,如圖2所示。

        3.2 對配電網(wǎng)造成的影響

        (1)電壓調(diào)節(jié)的影響。光伏滲透率達到一定值后出力特征會產(chǎn)生變化,饋線潮流也會隨之產(chǎn)生變化,甚至還會有一些逆潮流進入到輸電網(wǎng)中會對饋線電壓調(diào)節(jié)設(shè)備的運行造成影響。而出現(xiàn)潮流到送的情況是變電站和光伏電源之間會產(chǎn)生一個電壓降的變化,此時可以通過對變壓器的調(diào)壓開關(guān)進行調(diào)節(jié)后修正。

        (2)保護整定和短路電流。光伏逆變器主要是用于控制電流源的,如果有短路故障出現(xiàn)需要立即切除保護逆變器,所以常規(guī)機組逆變器短路電流并不會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。二次保護整定主要是因為和變壓器連接的逆變器會產(chǎn)生接地回路,另外潮流的變化對導(dǎo)致電壓分布發(fā)生變化,對零序電流造成影響。

        (3)產(chǎn)生接地電源,由于變壓器連接的方法不同,變壓器和逆變器之間有可能會產(chǎn)生接地回路,會對零序電流造成影響。此外,當(dāng)單相接地出現(xiàn)故障后會導(dǎo)致末短路相的對地電壓。

        4 結(jié)論

        綜上所述,大容量光伏發(fā)電接入要求具有無功和有功的輸出作用并可以在電網(wǎng)出現(xiàn)異常后發(fā)揮支撐的效果。在光伏發(fā)電方面,為了提高電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性和可靠性需要接入高效率、大容量、高可靠性的光伏設(shè)備,只有這樣才可以創(chuàng)造更高效的綠色能源。

        參考文獻

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        作者簡介

        要金磊(1984-),男,北京市人。大學(xué)本科學(xué)歷?,F(xiàn)為北京科諾偉業(yè)科技股份有限公司工程師。從事光伏系統(tǒng)集成工作。

        作者單位

        北京科諾偉業(yè)科技股份有限公司 北京市 100083

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