分布式光伏并网发电系统应用分析

● 深圳供电局有限公司 俞 垚 方大川

国家节能减排的政策要求大力推广建设绿色电网，分布式光伏发电作为其中重要的一种，受到国家和地方政府的大力扶持。

简化并网流程，为分布式光伏并网发电铺平了道路。比如分布式光伏发电应用在变电站站用电源中，构成一个站用电微网系统，形成一种变电站辅助设备新型高效节能用电的解决方案，能有效为变电站提供一个高效、可靠、安全、经济的供电环境。

1 分布式光伏并网发电系统简介

1.1 光伏并网发电系统工作原理

光伏并网发电系统一般由太阳能电池组件、并网逆变器等组成。有些系统还包括汇流箱、数据采集系统、数据交换系统、运行显示和监控等设备。光伏并网发电方式是将太阳能电池阵列所发出的直流电通过逆变器转变成交流电能输送到电网中。光伏并网发电系统原理示意图如图1所示。

图1 光伏并网发电系统原理示意图

1.2 太阳能电池工作原理

太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化为电能的装置。太阳能电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏特效应。其基本原理是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN结时，就会在PN结的两边出现电压，叫做光生电压。光能以产生电子空穴对的形式转变为电能。太阳能电池工作原理示意图如图2所示。

图2 太阳能电池工作原理示意图

1.3 逆变器工作原理

逆变器是一种由半导体器件组成的电力调整装置，主要用于把直流电转换成交流电。逆变器主要由晶体管等开关元件构成，通过有规则地让开关元件重复开-关（ON-OFF），使直流输入变成交流输出。一般还需采用高频正弦脉宽调制，使靠近正弦波两端的电压宽度变狭，正弦波中央的电压宽度变宽，并在半周期内始终让开关元件按一定频率朝一方向动作，这样形成一个脉冲波，然后让脉冲波通过简单的滤波器形成正弦波。

同时，光伏并网发电系统采用的并网逆变器拥有自动相位和电压跟踪装置，能够非常好地配合电网的微小相位和电压波动，不会对电网造成影响。逆变器工作原理简图如图3所示。

2 分布式光伏并网发电系统总体设计

光伏并网发电方式是将太阳能电池阵列所发出的直流电通过逆变器转变成交流电输送到电网中，无需蓄电池进行储能。相比较而言，光伏并网发电较便宜，而且完全无污染。并网发电系统采用的并网逆变器拥有自动相位和电压跟踪装置，能够非常好的配合电网的微小相位和电压波动，不会对电网造成影响。

图3 逆变器工作原理简图

根据光伏系统是否允许通过供电区的变压器向高压电网送电，并网发电又可分为可逆流并网和不可逆流并网2种方式。根据并网接入点不同,可分为用户低压侧并网（主要为自用）和通过升压变后高压接入并网（可上网卖电）。

光伏发电系统包括模拟光伏太阳能板、DC-AC变换电路、驱动电路、欠压过流保护、电压电流采样电路、系统状态显示等主要部分。全桥式逆变电路是核心部分，控制部分利用闭环反馈法实现输出电压的稳定，采用增量导纳法逐步调节SPWM波的调制比实现MPPT控制，采用频率跟踪法和沿触发同步跟踪法实现频率和相位的跟踪功能。当系统检测到输入欠压或输出过流动作时，通过控制继电器切断光伏太阳能板输出，当故障解除后，系统利用试触法实自动恢复正常工作状态的功能。光伏并网模拟装置结构框图如图4所示。

3 结束语

图4 光伏并网模拟装置结构框图

我国是世界上最大的煤炭生产和消费国，能源将近70%由煤炭供给，这种过度依赖化石燃料的能源结构已经造成了很大的环境、经济和社会负面影响，大量的煤炭开采、运输和燃烧，对我国的环境已经造成了极大地破坏，大力开发太阳能、风能、生物质能等可再生能源利用技术是保证我国能源供应安全和可持续发展的必然选择。光伏发电是我国重要的战略性新兴产业，大力推进光伏发电应用对优化能源结构、保障能源安全、改善生态环境、转变城乡能耗方式具有重大战略意义。

小资料

太阳能利用“十三五”规划征求意见稿摘要

国家能源局于2015年12月15日向各省 （自治区、直辖市）发改委能源局等有关部门下发《太阳能利用“十三五”发展规划征求意见稿》（简称意见稿），该意见稿内容涵盖光伏发电、光热发电和太阳能热利用3个产业的“十三五”发展规划意见。

对“十三五”期间的太阳能产业规模发展指标，意见稿提出，到2020年底，太阳能发电装机容量达到1.6亿千瓦，年发电量达到1700亿千瓦，年度总投资额约2000亿元。其中，光伏发电总装机容量达到1.5亿千瓦，分布式光伏发电规模显著扩大，形成西北部大型集中式电站和中东部分部式光伏发电系统并举的发展格局。太阳能热发电总装机容量达到1000万千瓦，太阳能热利用集热面积保有量达到8亿平方米，年度总投资额约1000亿元。太阳能热发电建设成本要达到20元/瓦以下，发电成本接近1元/千瓦时。

对于结构指标，意见稿指出：到2020年底，太阳能发电装机规模在电力结构中的比重约7%，在新增电力装机结构中的比重约15%，在全国总发电量结构中的比重约2.5%，折合标煤量约5000万吨，约占能源消费总量比重的1%，为15%非化石能源比重目标的实现提供支撑。在太阳能发电总装机容量中，光伏发电占比94%，光热发电占比6%；西部地区占太阳能发电总装机容量的35%，中东部地区占比65%。