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太阳能光伏发电并网技术应用分析孔维康

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：李俊孔维康

[导读] 摘要：如今，科技正不断发展，传统能源日渐枯竭，且传统能源的使用对环境造成的影响和破坏也在不断加重，采用新型可再生清洁能源现已成为世界各国高度关注的焦点。

        （国网西藏电力有限公司电力科学研究院西藏 850000）
        摘要：如今，科技正不断发展，传统能源日渐枯竭，且传统能源的使用对环境造成的影响和破坏也在不断加重，采用新型可再生清洁能源现已成为世界各国高度关注的焦点。太阳能发电技术是公认的清洁能源技术，也是最具发展潜力的能源技术，近些年在世界各国都得到了大力的研究与发展应用。
        关键词：太阳能光伏发电；并网逆变器；并网升压
        引言
        就目前来看，太阳能以其取之不尽用之不竭的特点而受到多数人的认可和重视，最常见的太阳能利用方式为将太阳辐射转化成热能，而光伏发电则是将太阳辐射转化成电能，并予以必要的变换、控制与储存，提供可供负载使用的直流电或交流电。在这一过程中，往往涉及到并网问题，而并网实际上就是根据当电压、相位、相序与频率均达到相同时，能实现并联运行的基本原理将光伏系统并入公共电网。
        1我国光伏发电产业的现状
        我国光伏发电产业的现状主要是：太阳能作为世界上最丰富的可再生资源，其分布广泛、没有污染，是一种理想的能源。光伏发电相对于传统发电是一种新的发电形式，对环境不会造成任何污染。光伏发电是依据光生伏特的发电原理，通过光电转换的方式将丰富的太阳能转化为光能，通常系统主要由太阳光伏组件、汇流箱、逆变器、变压器及配电设备构成，同时再加上监控系统、有功无功控制系统、功率预测系统、五防系统及无功补偿装置等辅助系统与设备，组成一套完整的光伏发电系统。我国的光伏发电网系统分为分布式和集中式2种，其中分布式的电网在城市屋顶上应用较多，形成光伏建筑一体化，而且该种系统形式占地面积少，安装较灵活，投资成本较低。该种方式电网的安装不需要考虑到负载性能，所以会降低系统成本。集中式的光伏电网系统是一种大型的光伏并网电站，通常在戈壁中使用的比较多，能有效输出电能，该种发电形式一般都是企业出资建设，而且建设的成本较高。我国太阳能光伏发电方面在不断发展，与此同时，我国重点发展太阳能热利用及与其相关的一些新能源产业，而且我国在新能源产业发展中的一些政策较好，所以光伏发电的道路越来越广阔。目前，我国光伏发电水平与国外发达国家相比，已经处于一个高速发展阶段，但也存在一定劣势，就是在电网发电占比中，光伏发电依旧是占比较小的一种发电形式。
        2家用太阳能并网技术
        家用太阳能并网技术主要是：首先是逆变器工作过程分析。太阳能光伏发电由于受外部环境条件影响，其发电具有间歇性与波动性等不确定性特点，要想接入输配电网，必须经过严格的参数控制，才能保证系统的安全稳定运行。逆变器就是一种将直流电变换成交流电的电能转换设备，在家用太阳能发电系统中，通过借助这种电能转换装置太阳能发电系统输出的低压直流电逆变转换成220V伏的交流电，以供给常规交流负载使用或直接并入电网。如当有正常日照时，太阳能电池阵列可以将光能直接转换为电能，产生一定电压的直流电，然后在DC/AC逆变器转换成220V交流电供电气设备使用。如果家用太阳能发电系统所发的电力超过家用电器设备负荷时，可以通过单相逆变转换装置将剩余的电力馈送到外部交流电网，该过程为送电到电网，相反，如果所发的电量无法满足家用电气设备使用时，联网系统可从外部交流电网输入电能。其次是太阳能并网控制策略。家用太阳能发电系统的并网逆变控制目标是通过有效的控制策略与控制算法，控制单相并网逆变器的输出电流为特定要求的正弦电流，要求并网逆变器输出交流电与外部电网在幅值、频率、相位和相序上要保持一致，因此必须制定科学合理的控制策略实现并网控制目标。

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        3并网系统设计
        3.1设备选型
        并网系统设计之一是设备选型。通常而言，逆变器的容量相对较大，造价偏低，但由于逆变器的实际容量往往过大，发生故障时对系统出力有很大的影响，所以应根据光伏组件实际情况，选定容量满足要求的逆变器。就目前而言，逆变器最大容量为500kVA。为确保光伏发电系统运行的稳定性、可靠性与经济性，建议采用分散成组和相对独立的形式。对逆变器而言，它应具备过电压和欠电压、过频率和欠频率以及短路保护功能，避免产生孤岛效应。各逆变器均应与光伏组件相连，通过配电箱直接相连。在配电箱中，设置专门的监测单元，对组串的实际电流值进行实时监测，同时采用相应的数据格式向逆变器控制器实时传输相关信息。
        3.2保护
        并网系统设计之二是保护。在干式变压器中，应设置超温与高温保护，在动作后跳开高压侧与低压侧的开关。在高压开关柜布置测控保护设备，如方向保护、过电流保护与零序过电流保护，在出线并网开关柜，也安装保护设备，如过（欠）频率保护、电压保护与低电压保护；在电容器开关柜，设置包含差压保护和电流保护等在内的保护装置。此外，对低压进线开关而言，应具备在过流时立即脱扣的保护功能。为保证与公共电网顺利并入，并网逆变器应具备以下保护功能：①极性反接保护；②短路保护；③可防止孤岛效应的保护措施；④过热与过载保护；⑤接地保护；⑥自动脱离保护。
        3.3提高光伏发电的面积
        并网系统设计之三是提高光伏发电的面积。需要充分利用我国大部分建筑物的屋顶，来建立并网光伏系统，其中主要应用到城市屋顶上，我国当前的一些发达省份用电量大，而且对于光伏的发电能力需求强，光伏产业的发展能够促进当地经济的发展和进步，在城市中的屋顶上建设并网发电系统，对城市的供电和节能起到很好的作用。而且光伏发电的应用范围相对比较广泛，在我国的沙漠和荒漠中已经被大面积地利用，其中我国的光伏发电工程主要分布在光照资源丰富的西北地区，我国很多靠近电力线路和负荷中心的地区，也同样是很好的旅游资源。
        3.4强化太阳能光伏发电并网技术应用的具体措施
        并网系统设计之四是强化太阳能光伏发电并网技术应用的具体措施。对热力太阳能并网加强应用，相比于电网并网，热力系统的效益更高，且成本投入低，以光伏发电并网技术为基础对热力太阳能加强研究，基于高容量材料对系统设计进行规范，可在高峰用电时期进行相关资源的有效供应，而应用热力太阳能并网理念，不管是高峰用电期还是日常用电，都可以对太阳能进行合理的分配。此外，热力太阳能并网技术具有良好的动态频率，且可以实现低电压穿越，能够为光伏发电并网提供后备能源保障。要对太阳能光伏发电并网加强控制，在光伏系统当中的电池具有一定的充电作用，能够对剩余电能进行有效的储存，而具有电能储存功能的太阳能系统，与光伏模块及电池进行连接，在此基础上进行负荷的接入，能够使光伏发电并网系统得到有效的简化，在对其并网操作进行强化的过程中，还可对网联逆变器加强引入，使并网系统的电流相位得到保证，从而对各种用电需求进行有效的满足，使电能功率得到有效的提升。
        结语
        总之，在未来发展过程中，相关领域应对太阳能的利用率进行不断提升，结合用户需求，对光伏发电及并网规模进扩大，以此来实现太阳能的高效率用，使其光伏发电在并网过程中能够发挥更大的作用。此外，在并网发展过程中要对电能环境加以保护，使并网系统能够具有较高的清洁度，以此来提升并网系统的可靠性，使并网技术能够得到进一步的发展。
        参考文献：
        [1]张臻宇.基于Pvsyst的建筑屋顶并网光伏发电系统设计及效益研究[D].宁夏大学，2016.
        [2]魏新华，段现星，王晓侃.基于DSP的太阳能独立光伏发电控制系统设计[J].计算机测量与控制，2013，21（9）：2477-2479.