太阳能光伏发电系统相关问题概述

于希军，崔伟国，孙俊明国网滨州供电公司

太阳能光伏发电系统相关问题概述

于希军，崔伟国，孙俊明
国网滨州供电公司

为满足人口规模的不断扩大和经济发展速度的快速提升对能源的巨大需求，太阳能光伏发电系统作为有效的可持续能源替代方式得到广泛关注并迅速发展，但光伏发电自身出力的间歇性、随机性和周期性特征和速变器并网、孤岛效应等因素的影响，其产生的电能品质、供电可靠性及正常的计量计费都无法获得全面的保证，所以其自身接入电力输配网及控制方面的问题急需有效解决，本文针对太阳能光伏发电系统的接入电力输配网及控制两方面的问题展开研究，并结合个人经验尝试性的提出解决对策，为推动我国太阳能光伏发电领域的发展而做出努力。

太阳能光伏发电；接入电力输配网；控制

前言

光伏发电即以光生伏特效应为依据，利用太阳电池直接将太阳光能转化成电能的有效手段，其独立、分布式或并网形式都是将太阳电池板及其组件与控制器和逆变器结合使用，其纯电子元件构成特点决定自身使用寿命长，而且安装、维护方便，作为可再生能源的利用系统被广泛应用。

一、太阳能光伏发电系统的接入电力输配网问题及对策

（一）太阳能光伏发电系统的接入电力输配网存在的问题

1.电能质量较低

光伏发电本身的波动性特征决定其在利用电力电子变换器完成并网过程中产生谐波、三相电流不平衡等问题的可能性非常大，而其自身随机性强的特征又会致使电网内的电压产生波动、闪变等问题，两者直接影响其产生电能的质量。

2.调度和经济运行缺乏保证

光伏发电随机性强的特点致使短期功率预测的准确性无法获得保证，使调度实际操作缺乏强有力的数据作支撑，致使其经济运行的态势和趋势都很难把握。

3.电网稳定性差

太阳能光伏发电与常规发电子组存在较大差别，其电力电子转换器直接决定着太阳能光电伏发电的运行状况，使其转动惯量和阻尼环节明显不足，稳定性受严重影响。

（二）针对太阳能光伏发电系统的接入电力输配网问题的对策

1.针对电能质量问题

目前主要是利用缩减光伏发电系统脱网、并网的次数，控制其自身出力变化对电能质量的影响；利用在谐波电压水平较理想的母线上安装特殊滤波器的方式控制其产生的谐波；利用在逆变器中安装并联有源滤波器等方式缓解电压波动，在此基础上加强对电能质量相关参数的监控[1]。

2.针对调度和经济运行问题

一方面分布式电源作为微网的构成单元，其运行状况将对微网的动态特征构成直接影响，所以在对其设计运行环节必须对其协调度予以重视，微网的详细结构需要结合电网的运行方式、负荷容量、控制目标等实际参数设定，并在此基础上结合分布式电源的数学模型确定微网模型，将微网在运行中可能会发生的因素，如干扰、控制等作用于模型，确定微网的动态特征，为调度打下基础；另一方面微网其调度和经济运行困难很大程度上受其间歇性、随机性和不确定性的影响，所以在微网独立运行时，可结合蓄电池、飞轮储能系统等结合使用，以提升其抗干扰能力，并保持电压、频率等参数的稳定[2]。

3.针对稳定性问题

一方面，在其接入电力输配网后，继电保护装置具有传统保护装置所不具有的方向性，所以应重新设计，设计方式目前主要有两种，一种是在电网发生故障时迅速断开其与电网的所有连接，然后按照传统配电网形式进行继电保护，其优点是不增添新设备，缺点是使其速动性和可靠性受反应顺序和控制时间影响降低；另一种是利用独立负荷供电，在系统发生故障时，在保证系统仍正常供电的前提下，将整个配电网分设成若干个孤岛独自运行，利用光伏发电缩减停电的面积。另一方面传统的故障处理方法和可靠性分析并不适用于光伏发电，因为在其并网后撞击位置、接入容量等实际情况都会对其可靠性产生直接影响，所以要保证其供电的可靠性必须结合多方面的影响因素建立可靠性评估模型，在此基础上确定网络可靠性指标，建立与其相适应的可靠性评估体系[3]。

三、太阳能光伏发电系统的控制问题及对策

太阳能光伏发电系统相关研究现阶段虽取得了一定的成绩，如利用MPPT恒压法、扰动观察法、电导增量法等实现对光伏阵列的有效控制，利用DC-CD变换器实现滑模控制等，但控制方面的相关研究并能够满足保证太阳能光伏发电系统安全可靠供电的目的所以相关研究仍需要逐步的深入、完善，实现建立全面有效的光伏阵列模型、完成孤岛监测、远程监控等。

例如可将光伏并网发电系统设置为单相桥式逆变结构，使其生产的电能在滤波器、变压器等相关设备处理后传输至电网，以此提升电能的质量，现阶段DSC芯片TMS320LF8027的最大工作频率以达到60兆赫，将其应用于太阳能光伏发电系统中可有效的提升系统高速采样的能力和运算速度；在此基础上将滑模变结构控制方式适当引入，使光伏并网发电系统中产生的电流几乎全部转化为高质量的正弦波，通过以上控制设计，不仅可以实现实时监控光伏发电系统运行状况，而且可以结合采集到的数据对定时周期内系统输出的脉宽进行准确的计算，以计算结果为依据，形成IPM驱动信号，使光伏发电系统的输出稳定性获得保证，以此达到控制目的，考虑到双极性和单极性调试都可以完成正弦脉宽调制，而太阳能光伏发电系统IPM以自举电路的形式完成上桥臂管子开通，而单极性调试并不适用，所以在控制系统设计时需要采用基波分数和调制系数具有正比例关系，通过正弦波的变化直接可以实现对输出SOWM波形中的基波分数调整的双极性调制方式，忽略其本身控制开关损耗大的缺点，由此可见，在太阳能光伏发电控制问题方面，应以保证系统安全可靠性为前提，实现系统优化，以此保证其实用性和有效性。

结论

通过上述分析可以发现，太阳能光伏发电其应用范围广、自身操作便捷、对环境的破坏性极低，已经成为现阶段能源开发的重要对象，但其仍存在可靠性、可控性等方面的缺点，所以针对性的加强和完善是太阳能光伏发电深化发展的必然选择，本文针对其接入电力输配网和控制两方面展开研究具有一定的现实意义，但受个人能力限制，其相关研究仍任重道远。

[1]赖东升.小型光伏发电系统MPPT控制器的研制[D].广州：华南理工大学，2012.

[2]李聪利.太阳能光伏发电系统接入电力输配网的问题与对策建议[D].天津：天津大学，2012.

[3]孙玉伟.海洋环境下船用太阳能光伏系统特性研究[D].武汉：武汉理工大学，2013.