浅谈光伏并网发电现状与发展趋势

2016-12-05陈腾生广东顺德电力设计院有限公司

低碳世界 2016年22期

陈腾生（广东顺德电力设计院有限公司）

浅谈光伏并网发电现状与发展趋势

陈腾生（广东顺德电力设计院有限公司）

随着城市不断的发展，经济状况的不断提升，传统的能源使用状况已经不能满足现在人们对于能源的使用要求，想要将该问题进行逐步的完善，就应该将目光进行长远方向的打量，以这种全新的能源使用模式进行能源结构的改进。然而，大规模的光伏并网发电也给电力系统的运行控制带来了新问题。因此，本文首先阐述了光伏发电的工作原理和性能特点，然后综述了光伏发电并网面临的新问题，最后对光伏发电并网的发展趋势进行了探讨和展望。

光伏电网；发电原理；发展趋势

1 光伏并网发电原理、性能特点

1.1 光伏并网发电原理

光伏发电是在半导体的光生伏打之下将太阳能有效的转变成电能的过程。光伏电池阵列发出的直流电可以通过逆变器的运转逐渐转换成符合国家相关要求的交流电，然后通过相关的变电站设备直接性的接入电网。

光伏系统一般由光伏电池板、逆变器、控制组件等组合而成。图1是光伏并网发电系统的基本架构。

图1 光伏并网发电基本架构

1.2 光伏并网发电主要运行特性

（1）随机波动性。随机波动性属于一种比价传统的可清洁性再生能源，对于环境，温度，光照以及天气的状态都会有不同程度的影响，这种问题的产生使得光伏发电系统具有了比较关键性的特点，就是有功率进行输出时会有比较明显的随机波动性。

（2）在现有的光伏逆变器的控制方式进行分析，这种控制的模式大多数都为电压源电流控制，就是通常所说的输入为电压，输出为电流控制的模式。使用这种方式可以有效的控制电流与电压之间的变化程度，以这种数据的控制达到并网的整体目的。在输出近似为1的情况时，就说明这种输出功率为纯有功功率，并且，在该基础上，光伏发电系统的谐波产生状况也主要是由逆变器进行针对性产生的。

（3）并网逆变器的抗孤岛保护功能与负荷状况的相关性。在现在社会使用光伏发电的过程中，由于光伏发电电量相较于负载比例比较小，在城市之间使用后，消失后电压、频率会加快衰减速度，这种问题在出现的过程中，抗孤岛设备可以准确检测出来。但是由于现在光伏发电的电量程度不断加大，光伏网发电的系统中会有比较多的系统种类分类，这种类型的规划使得并网逆变器接入一个并网点，这种情况会出现其内部结构相互干扰的情况，并且，假如同时在出现发电功率与负载基本平衡的状况时，抗孤岛检测的时间会明显增加，甚至可能出现检测失败。

2 光伏发电并网的新问题

2.1 电能质量问题

光伏并网发电系统对配电网和高压输电网的电能质量的影响主要体现在谐波污染、电压质量与频率质量上：

（1）谐波污染：光伏发电系统的光伏逆变器中含有数量十分众多的电力电子原件设备，在直流电量进行不可避免的逆转时，就会对整个电网设备造成谐波污染，并且，对于整个电网系统也会出现谐波明显变大的情况产生，假如在该过程中会出现多个谐波源，就会产生不同的谐波状态。

（2）电压质量：由于光伏并网发电系统只能进行有功电能的运用，在运用过程中，其相关的功率现实状态接近于1，在该过程中出现负载无功消耗的情况就会导致整个供电质量受损。

（3）频率质量：光伏发电在使用过程中对于太阳辐射的要求比较明显，在使用阶段也具有间歇性以及不稳定性的特点展现。按照这种模式进行发电的持续运行，会使整个系统的频率状态发生十分明显的波动，这种波动就要求在电站的使用过程中有十分足够的容量配置，以保证相对数值进行正确的估量。

2.2 孤岛效应问题

孤岛效应就是按照光伏发电的系统模式进行针对性的电力内容相连，在电力线路因故障、事故或停电检修而与其跳脱时，在光伏发电系统进行继续供电的模式下，形成一种供电公司无法控制的自给供电孤岛，从而对配网系统和用户端造成严重的危害，具体体现在如下方面：

（1）在使用过程中，假如配电网发生了所出现的故障形式，用户与以及维护人员并不能将自给供电的内容进行针对性的检测，这种情况的出现就导致了安全事故的产生；

（2）在使用过程中由于缺少了相关的电网支持，在电力孤岛的模式下，供电的数值与频率会十分不稳定，这种不稳定的状态会导致用电设备的损坏，产品不合格等，造成了用户的经济损失；

（3）电网恢复供电时，光伏发电社会会重新进行相位移动，在移动的过程中不会造成十分明显的电流冲击；

（4）光伏发电系统切换成孤岛运行时，如果无储能元件或储能容量太小，负载负荷可能会发生电压闪变。

2.3 可靠性与稳定性问题

针对光伏发电系统接入主网后对系统的供电可靠性以及稳定性来说，可以进行以下的内容分析：

（1）光伏发电系统发电功率的波动性和随机性会引起输出功率不稳定，这种问题的产生会造成对系统供电可靠性模式有局部的影响；

（2）光伏电站的选址、容量配置和与电网的连接方式，以及故障光伏原件的切除也会对系统的可靠性造成影响；

（3）随着光伏发电系大规模并网，所占的发电容量比重越加提升，可能会造成系统的稳定性降低。

3 光伏发电并网发展方向

3.1 高性能变换技术

对于光伏发电并网未来的发展方向进行分析，首先就应该对这种高性能的变换技术进行针对性的研究，使用高性能的转换系统最关键的内容就是可以比较具有针对性的电网模式进行相互的协调与运行模式的集合，在该基础上再对变换器进行统一性的控制，这种方式的使用可以有效的方便在今后电网运行模式中降低电网内部相互之间的影响形式，并且，还应该对系统的控制方案进行变换器集群的统一协调，这种模式进行成功率的调整，可以将运行的模式进行整体性的优化，综合保护电网整体运行策略。

3.2 电网友好的网源互动技术

在光伏电网使用过程中，对逆变器提出了“电网友好”的要求，这种全新的要求模式可以很大程度上对电网进行速度性的控制，按照扩展通信的方式将电网的使用状况进行针对性的调整，这种调整的模式可以将有功功率和无功功率的数据进行全面的掌控，减少有功功率的变化程度。智能电网最关键的特征内容就是可以进行大规模再生能源发电并网模式的运用，这种技术的运用模式对于智能电网网源互动技术来说具有十分明显的优势展现。

3.3 光伏电站的设计规范

对于光伏电网的整体设计规范来说，国家已经按照光伏电网的规模状况进行了针对性的设计，按照标准化的设计模式进行充分的研究与分析，这种规范的设计过程就是长期运行经验的积累，在规范设计的过程中，借助可靠性的评估模式可以将光伏电网的内容进行针对性的描述与概括，形成一种比较科学合理的光伏电网设计方案评价体系和规范化的设计标准，在设计规范中兼顾到光伏电站的效率与成本的双重需求，以保证光伏电网在今后运行模式中的运行状况，实现信息与控制技术的可再生能源转换。

3.4 光伏直流微网

为了使分布式能源发电的经济效益得到充分的利用和发挥，并得到高质量的并网电能，学术领域也提出了微电网的概念，个人认为也是未来发展的趋势。因此，以下将简要介绍光伏直流微网的结构与特性：

3.4.1 光伏直流微网概念与结构

光伏直流微网是以直流输电的形式，由光伏发电系统、交直流负荷以及相应的接口电路组成的直流形式的微网。

光伏直流微电网的基本结构如图2所示。性的对其因素进行专业的控制与调整。

（3）使用直流微网的形式可以有效的调节现在整体供电的状态，在使用过程中，由于直流变电的形式会使得交换的能量有明显的减少，并且，在交换过程中，也会出现畸变和杂波的问题，在联网直交流变换器的过程中，可以有效的将大电网进行隔离，以这种隔离的将电网相互之间的干扰程度降到最低的状态，假如发生大电网的故障情况，还可以按照切断的模式对大电网进行针对性的阻截，使用微电网的模式进行单独性的供电，就可以提升整体供电能力的质量效果以及整体性目标。

（4）在电网实际运行的过程中，对于使用直流微电网的模式由于涉及的内容情况比较单一，所消耗的能量状况比较小，投入的资金状况比较低，使用效果强等优势，在交流输电传统的规模中得到了比较广泛的运用，这种运行的模式使得直流微电网对分布式发电，以及可再生能源发电特别是直流输出的微源表现出了很好的适应性。