張珍奇，王文革

蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學，甘肅 蘭州 730913

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，人們對電力供應(yīng)的需求逐漸增加，在環(huán)境污染問題持續(xù)惡化的背景下，必須加大對光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究力度[1]。光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用廣泛，已成為一種非常重要的新能源技術(shù)。然而，在目前的實際應(yīng)用過程中，很多公司沒有很好地了解光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)，這在一定程度上阻礙了光伏的發(fā)展，對光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的實際應(yīng)用產(chǎn)生了很大的影響[2]。光伏發(fā)電技術(shù)可以使光伏轉(zhuǎn)化為電能，到目前為止，光伏發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)成為傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對整個傳輸網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定有著非常重要的影響。因此，分析其中存在的問題并制定適當?shù)膶Σ哂葹橹匾猍3]。

當光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)時，電網(wǎng)容量會逐漸增加，這對電力系統(tǒng)的要求較高。在電力系統(tǒng)中，現(xiàn)階段常用的轉(zhuǎn)換接口是變頻器。當依靠傳統(tǒng)的功率控制模式控制PCC電壓時（大型光伏電站并網(wǎng)系統(tǒng)主要由匯集線路依次連接光伏陣列、逆變器、升壓變壓器至并網(wǎng)點POI，再經(jīng)送出線路連接至PCC。并網(wǎng)后，電壓測量點可選擇POI或PCC。PCC可看作工業(yè)可編程模塊，類似于PLC；PCC電壓可看作電網(wǎng)電壓），存在電壓上升的問題[4]。對此，應(yīng)當聯(lián)系當前的實際需要，根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的特點優(yōu)化光伏發(fā)電系統(tǒng)，促進光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展和普及。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)概述

當今社會對能源的需求發(fā)生了變化，傳統(tǒng)的火力發(fā)電系統(tǒng)不僅生產(chǎn)能力低，而且使環(huán)境惡化。為了追求經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護，光伏發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)成為解決能源短缺問題的關(guān)鍵[5]。供電的保證就是生活質(zhì)量的保證，光伏發(fā)電系統(tǒng)作為電源領(lǐng)域的新興力量，因其污染小、使用壽命長而得到廣泛應(yīng)用[6]。其中，分散式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入中低壓電網(wǎng)成為常用模式。大規(guī)模使用分散式光伏發(fā)電意味著配電網(wǎng)從一個輻射源切換到多個電網(wǎng)，電流從變壓器母線流向負載方向。這影響了配電網(wǎng)和調(diào)壓裝置的調(diào)壓效果，原來的調(diào)壓設(shè)備達不到想要的效果，無法滿足現(xiàn)階段對電網(wǎng)安全運行的要求[7]。光伏發(fā)電系統(tǒng)中并聯(lián)節(jié)點的電壓升高是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的常見問題，為了更好地發(fā)揮光伏發(fā)電系統(tǒng)在電源中的作用，通過實驗研究從理論上解決了這一問題。

太陽能可以轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗內(nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷碾娔埽夥l(fā)電系統(tǒng)比其他傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)更安全可靠，只要太陽存在，就可以發(fā)電[8]。光伏是平臺、島嶼和其他偏遠地區(qū)的絕佳發(fā)電解決方案，這種先進的發(fā)電方法也滲透到了生活的每一個角落。光伏發(fā)電系統(tǒng)逐漸用于高科技產(chǎn)業(yè)，如衛(wèi)星和汽車。與此同時，科學家利用光伏發(fā)電系統(tǒng)建造房屋。通過這些應(yīng)用，可以看到光伏發(fā)電是高科技和新技術(shù)的代名詞，是一種很有前途的發(fā)電技術(shù)。

2 光伏發(fā)電并網(wǎng)的電壓調(diào)整策略

在分布式發(fā)電接入配電網(wǎng)之前，傳統(tǒng)配電網(wǎng)主要利用負載調(diào)壓器和電容器進行電壓調(diào)節(jié)，可以將網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的電壓控制在一定范圍內(nèi)。當連接多臺分布式發(fā)電機時，并聯(lián)節(jié)點的電壓會出現(xiàn)升高現(xiàn)象，并且可能超過電壓上限，使電網(wǎng)處于危險中。同時，電網(wǎng)的電流是雙向流動的，電網(wǎng)的模糊功率分布不規(guī)則。在此情況下，可以測量本地信息，根據(jù)本地測量的信息操作，通過調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)現(xiàn)有電壓，使電網(wǎng)電壓不超過上限和下限。

光伏逆變器的無功功率主要受光伏逆變器的效率和額定功率限制，當光伏逆變器以單位功率因數(shù)接入電網(wǎng)時，最大無效輸出功率將增加，光伏逆變器的輸出功率也會大于消除本地負載的功率。如果電網(wǎng)連接點處的電壓超過一定值，不僅會影響配電網(wǎng)的安全性和可靠性，還會使光伏逆變器因電網(wǎng)短路而產(chǎn)生過電壓，限制電網(wǎng)的連接容量。為了使連接的多個光伏網(wǎng)絡(luò)的電源電壓保持在一定范圍內(nèi)，通常使用光伏逆變器和負載電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)電源電壓。

2.1 有用功電流電源調(diào)整原理和方法

2.1.1 調(diào)整原理

當光伏連接到主電源時，PCC電壓升高。造成這一情況的主要原因是光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量太大，必須產(chǎn)生大量有效能量。因此，需要控制總電流狀態(tài)，限制或降低光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電狀態(tài)，并且控制輸出電壓。

2.1.2 調(diào)整方法

如果采用有源限流策略，就要了解瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)波形。在運行過程中，如果PCC部分出現(xiàn)的情況為負分離，PCC可以在短時間內(nèi)增加電壓。電壓調(diào)節(jié)器必須同時控制PCC的電壓狀態(tài)和提高PCC的控制力，雖然要求較高，但是可以更有效地控制系統(tǒng)的動態(tài)變化。電壓控制模式為恒波形穩(wěn)定動作模式，隨著時間的推移，輸出功率逐漸降低，總電壓偏差回到零，使系統(tǒng)性能在單位因數(shù)范圍內(nèi)。

2.2 無用功電流電源調(diào)整原理和方法

2.2.1 調(diào)整原理

大量的研究數(shù)據(jù)表明，在調(diào)整過程中，最好使用二階通用積分器作為主要檢測工具，不僅可以控制電源的PCC電壓的特定相位和滑動值，還能對比阻斷電壓的瞬時振幅和總振幅。在疊加設(shè)定的參考電流后，不僅可以控制逆變器的設(shè)定值，還可以實現(xiàn)PCC的動態(tài)調(diào)整。有功電流和電壓的動態(tài)響應(yīng)快于無功電流和電壓，調(diào)節(jié)了有功電流和電壓后，光伏發(fā)電系統(tǒng)的無功電流和電壓仍會影響單位功率因數(shù)，反之亦然，從而限制總功率因數(shù)。在高電壓控制精度方面，無功功率控制策略尤其出色；在經(jīng)濟方面，無功管理策略具有良好的經(jīng)濟優(yōu)勢。

2.2.2 調(diào)整方法

當逆變器不能吸收能量時，PCC的本地負載中斷，不能根據(jù)原有標準調(diào)整PCC的功率。如果出現(xiàn)電壓指數(shù)為零的情況，會導致系統(tǒng)無法正常運行，體現(xiàn)為單位功率因數(shù)落后于總功率因數(shù)的數(shù)據(jù)。在使用設(shè)備前，應(yīng)當設(shè)定PCC的電壓狀態(tài)，并在設(shè)定過程中顯示暫態(tài)穩(wěn)定波形。

2.3 自動投切電容器控制策略

為了降低大型電網(wǎng)線路吸收的無功功率，需要實現(xiàn)無功功率的局部均衡，可將電容器并聯(lián)到并聯(lián)站進行無功補償。電路電容器采用無效功率控制的模式，無功功率計可以測量流經(jīng)變壓器二次側(cè)的無功功率。

3 光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的組成

3.1 光伏電池陣列

在光伏發(fā)電廠的光伏電池陣列中，最昂貴的組件是光伏電池。在單晶硅、多晶硅和薄膜電池出現(xiàn)之前，一般采用集中光伏電池組件。隨著光伏組件的不斷發(fā)展，DC變換器的集成度越來越高，所有模塊可以集成到一個小型的DC轉(zhuǎn)換器中，形成獨立的智能MPPT控制和保護模塊?；陔妷汉碗娏鳈z測的MPPT檢測方法具有較高的精度，可以實現(xiàn)MPPT的實時控制，滿足一般場合的要求，在實踐中得到了廣泛的應(yīng)用?；谧畲笮阅茳c的新型MPPT控制技術(shù)可以解決算法的動態(tài)性能跟蹤問題，加強光伏電池反向特性模型的應(yīng)用效果，并提出相應(yīng)的對策，以減少熱點效應(yīng)的損害。通過研究具有多個影響因素的大型光伏系統(tǒng)的特性，解決了局部誤差的檢測和消除問題，分析了故障機理，并采取相應(yīng)的措施。

并聯(lián)二極管是解決熱點效應(yīng)的有效途徑。對大型光伏陣列的結(jié)構(gòu)和布局進行綜合優(yōu)化，可以最大限度地減少大型光伏陣列的不理想特性。目前，關(guān)于二極管并聯(lián)保護最佳配置的理論研究較少，多變流器系統(tǒng)的高性能變流器技術(shù)應(yīng)注意協(xié)調(diào)運行和集群特性。

3.2 逆變器

逆變器效率是大型光伏發(fā)電裝置的重要指標。目前，逆變器的研究包括開關(guān)元件、開關(guān)頻率、控制算法、死區(qū)、輔助電源、散熱等，許多產(chǎn)品的工作效率可以超過30%。在大型光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中，電能質(zhì)量問題一直存在。為了抑制電網(wǎng)中的諧波電流和小電流，在并網(wǎng)系統(tǒng)中疊加多個逆變器，控制電壓較高時的小電流諧波。

電力電子制造商通常使用合適的濾波器拓撲結(jié)構(gòu)和電感設(shè)計，包括電容器參數(shù)、PWM驅(qū)動方式、控制算法、掃描精度和操作精度等，確保諧波分量符合標準。當光伏發(fā)電廠連接到大型輸電網(wǎng)時，要通過電磁干擾濾波器和絕緣變壓器使用控制算法。當供電系統(tǒng)因維護故障或停電而停止運行時，連接到客戶網(wǎng)絡(luò)的光伏發(fā)電系統(tǒng)無法檢測到停電狀態(tài)，即安裝的本地網(wǎng)絡(luò)無法快速斷開；而采用光伏發(fā)電系統(tǒng)連接時，周圍負荷的供電會產(chǎn)生能源孤島現(xiàn)象，無法由電力系統(tǒng)控制。無源檢測方法主要包括諧波檢測、頻率電壓檢測和相位跳變檢測；有源檢測方法一般分為停電法、電壓干擾法和頻率干擾法。此外，研究人員提出一種基于高級階段的檢測方法，該方法通過改變電流和電壓之間的相位及系統(tǒng)的輸出頻率來縮短檢測時間，各種參數(shù)可用于逆變器的并聯(lián)檢測。

4 光伏發(fā)電并網(wǎng)中的常見問題和優(yōu)化策略

4.1 光伏發(fā)電并網(wǎng)中的常見問題

影響光伏發(fā)電系統(tǒng)運行的因素很多，如天氣。在夏天，傳輸線與云中的電荷相互作用，導致電網(wǎng)出現(xiàn)高壓問題。高壓問題的發(fā)生給輸電網(wǎng)的運行埋下許多隱患，對配電網(wǎng)的正常運行產(chǎn)生影響。因此，必須控制和應(yīng)對突發(fā)事件，從根本上促進光伏發(fā)電和電網(wǎng)擴建的安全有序運行。光伏發(fā)電系統(tǒng)具有運行點變化快的特點，在應(yīng)用光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)時，大型電網(wǎng)的接入效果不好。由于接入點數(shù)量多，很難將其置于中心位置，導致并網(wǎng)后光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間相互作用。

全面研究光伏系統(tǒng)和大型電網(wǎng)的作用是提高電網(wǎng)運行安全穩(wěn)定性的有效措施。規(guī)劃光伏發(fā)電并網(wǎng)后的配電網(wǎng)，可以改善大型電網(wǎng)的作用效果。到目前為止，大型電網(wǎng)（配電系統(tǒng)）已從單一功能系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榧嫒菹到y(tǒng)，電能的傳輸、分配和收集集成到了配電系統(tǒng)中。光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)的集成對電網(wǎng)的電能質(zhì)量有非常重要的影響。例如，當光伏系統(tǒng)連接到電網(wǎng)時，會導致電壓閃爍、諧波和污染，這對大電流電網(wǎng)提出了新的要求。因此，在光伏發(fā)電系統(tǒng)大規(guī)模并網(wǎng)后，對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行合理設(shè)計非常重要。

4.2 光伏發(fā)電并網(wǎng)的優(yōu)化策略

為了促進新能源光伏發(fā)電并網(wǎng)的發(fā)展，需要制定光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)范，使光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的整體安全可靠，建設(shè)效率更高，目標更明確。為了使數(shù)據(jù)更可靠，還需要根據(jù)相關(guān)法律法規(guī)建立適當?shù)目刂茩C構(gòu)。在中央電網(wǎng)中，由于配電距離小，及時采取優(yōu)化控制措施非常重要。在規(guī)劃中，基于具體情況，統(tǒng)籌物流系統(tǒng)與流通系統(tǒng)的結(jié)合，以控制光伏發(fā)電系統(tǒng)。

為了更好地消除光伏發(fā)電并網(wǎng)對大型電力系統(tǒng)的影響，可以建立光伏發(fā)電并網(wǎng)影響的仿真實驗環(huán)境。建立一個光伏發(fā)電廠并網(wǎng)的典型示例，給出光伏系統(tǒng)典型并網(wǎng)類型的典型運行模式、故障狀態(tài)和控制方案，并對這些典型案例進行仿真。深入分析配電網(wǎng)選擇、電源配置等問題，提高配電網(wǎng)和輸電網(wǎng)的安全性；詳細分析配電網(wǎng)規(guī)劃中存在的問題，解決配電網(wǎng)的運行問題。

5 結(jié)束語

根據(jù)我國光伏運行現(xiàn)狀，分析光伏大規(guī)模應(yīng)用帶來的問題，并從技術(shù)角度提出解決問題的主要技術(shù)方案，可以為我國光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展提供重要的理論指導，保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。光伏發(fā)電作為一種新的發(fā)電技術(shù)，在經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護方面發(fā)揮著重要作用。光伏發(fā)電并網(wǎng)會影響整個電網(wǎng)的性能，因此，對于光伏發(fā)電，不僅要加強對并網(wǎng)技術(shù)的研究，還要促進光伏發(fā)電系統(tǒng)和高性能電網(wǎng)的穩(wěn)定運行，確保配電系統(tǒng)的安全性和合理性。