太阳能光伏发电并网技术的应用研究

詹迅 陈杰

摘要：太阳能光伏发电并网技术专门应用了太阳能资源，并入到电网系统内，缓解电力供应的压力。光伏发电并网技术具有自身的特征，有效实现了太阳能向电能的转换，体现太阳能应用的实践价值。本文主要探讨太阳能光伏发电并网技术的相关应用。

关键词：光伏发电;太阳能;并网技术

在当今能源枯竭，资源紧张的现实状况下，寻找新能源成为大家关注的话题。太阳能是地球上的清洁能源，取之不尽，用之不竭，利用太阳能资源的光伏发电技术就是太阳能资源利用的一种。将光伏发电接入电力系统，是利用太阳能资源的关键一步。

1.太阳能光伏系统并网技术的设计

1.1子系统组成

太阳能光伏发电系统的每个子系统相对独立，分别由光伏组件子系统、直流监测配电系统、并网逆变器系统等组成，各子系统整合以后，以380 V 三相交流电接至升压变，升压后上网。

1.2主设备选型

一般情况下，单台逆变器容量越大，单位造价相对越低，但是考虑到单台逆变器容量过大，在故障情况下对整个系统出力影响较大，所以需要结合光伏组件安装场地的实际情况，选择额定容量适当的并网型逆变器。并网逆变器单台容量目前国产最大可达到500 kVA ，但是100 kVA 及其以上产品目前运行业绩不足。为保证光伏发电场安全、经济运行，并网型逆变器可以考虑分散成组相对独立并网的方式， 这样有利于整个光伏发电系统的稳定运行。

并网型逆变器应具有过、欠电压，过、欠频率，短路保护，防孤岛效应，逆向功率保护等保护功能。每个逆变器都应连接有若干串光伏电池组件，这些光电组件通过直流监测配电箱连接到逆变器。直流监测配电箱内置组串电流监测单元，具有监测各组串电流的功能，并以数据格式将电流监测信息传输至逆变器控制器。

1.3 10kV 升压系统电气部分

10 kV 升压变电站的升压变压器额定容量、电压比、低压进线回数、电容器均按发电量设计考虑。

电器综合室要求采用分层布置，底层为配电装置室、电容器室，上层为逆变室， 设置监控屏、逆变器屏。

升压变压器选用箱型干式变压器，容量按设计考虑;低压进线柜选用低压抽出式开关柜;高压出线柜选用中置式空气绝缘开关柜。升压变电站设置计算机监控系统一套， 全面监控升压站运行情况。监控系统采集高压侧的三相电流、电压、功率、开关状态以及升压变压器的铁心温度、线圈温度等信息，控制升压变压器高压开关、电容器开关、10 kV 出线并网开关的投入，同时采集各支路的发电量。监控系统通过群控器实现多路逆变器的并列运行，群控器控制多台逆变器的投入与退出，具备同步并网能力，具有均分逆变器负载功能，可降低逆变器低负载时的损耗，并延长逆变器的使用寿命。监控系统通过群控器采集各台逆变器的运行情况，并将所有重要信息远传至相关部门。

1.4保护措施

在高温情况下，升压变压器可以进行跳闸保护，在发生过电流和过电压时高压和低压开关柜内的测控保护装置则可以进行自动保护。而对于电压过高、不足，频率不稳等情况时，电容器开关柜内的测控保护装置则会充分发挥作用。同时在低压进线开关处还设有过流跳闸功能。当发生极性反接、孤岛效应及负载过重时，在太阳能光伏系统中逆变器可以实现自动脱离，避免系统受到损毁。

1.5 防雷接地

雷电作为一种自然现象，为了有效的避免发生雷击的可能性，则应在升压变电站的屋顶及光伏电池组件上安装环形避雷带，通过独立引下线来完成。同时还要在电气设备上进行接地装置的安装，做好设备外壳的接地，这样不仅有效的保证了设备的安全，而且也保护了操作人员工作的安全。

2. 采用光伏发电并网技术应考虑的问题

2.1系统电压波动问题

太阳能光伏发电系统的输出功率是会受到光照的强度的直接影响，而太阳光的光照强度受到季节、天气等自然因素的影响，这也导致太阳能光伏发电系统的输出功率不稳定，在《电网若干技术原则的规定》中明确指出，电力系统的输出电压允许偏差范围是-7～+7%，因此，太阳能光伏发电并网技术在实际应用中，必须充分考虑从电网中瞬间脱离对系统电压产生的影响，这对加强系统运行中的稳定性、安全性以及使用寿命有着重要的作用。

2.2谐波问题

太阳能光伏发电系统的并网逆变器在转换电能时产生大量的谐波，这便要求太阳能光伏发电并网技术在实际应用中必须对其进行检测，以便于系统的运行中可以更好的控制畸变率，太阳能光伏发电并网系统运行中如果将电流电并入电网，其所产生的电压畸变率尚处于国家电网相关标准的允许范围内，但是电压并入电流的过程中由于接入点处会有大量的谐波产生，这样会导致其电压畸变率会超过国家电网相关标准，所以太阳能光伏发电并网技术应用中必须对其检测。

2.3 无功平衡问题

光伏发电系统在安装适当的无功补偿装置后，能达到较高的电力功率因数，基本在 0.98 以上，接近纯有功输出。假如光伏发电系统经过逆变器并网升压至 10kv 入网，要求系统入网侧功率因数达到0.92～0.98，光伏发电系统应按装机容量的 60%配置无功补偿装置。

3. 光伏发电并网系统的发电量

3.1太阳电池安装的朝向

太阳电池与建筑相结合有时不能自由选择安装的朝向，不同朝向的太阳电池发电量是不同的，不能按照常规方法进行发电量计算。可按以下原则对不同朝向太阳电池的发电量进行估计：（1）假定向南倾斜纬度角安装的太阳电池发电量为 100%;（2）其他朝向全年发电量均有不同程度减少。

3.2光伏电池的温升

光伏电池通常都是由晶体硅构成的，这种材料的电池在温度超过 27℃时，则温度如果再继续升高，则会导致功率发生一定的损失，而且每升高 1℃，功率的损失则会增加。这就需要确保光伏电池在安装过程中需要对其所处的环境进行考虑，确保其具有良好的通风，尽量避免导致温度升高的因素发生，确保发电功率处于最佳水平。

3.3太阳辐射量

由于太阳辐射的随机性，无法确定太阳能光伏发电系统每个太阳电池方阵面上在各个时段的太阳辐射量，只能依据当地气象台记录的历史资料作为参考进行估算。通常气象台提供的是水平面上的太阳辐射量， 应根据太阳电池方阵的倾斜面角度将其换算成倾斜面上的太阳辐射量。

3.4光伏发电并网系统的效率

光伏电池组效率。光伏电池组在 1kW/m 2 光辐强度下，直流实际输出功率与理论输出功率之比。光伏电池组在能量转换与传输过程中的损失主要受光伏电池组串并联损耗、温度、连接电缆线损等影响。其中光伏电池组串并联损耗约为 4%，连接电缆线损约为 3%，光伏电池对太阳光反射损耗约为 6%。

逆变器的转换效率。即交流输出功率与直流输入功率之比，约为90%。

入网传输效率。入网传输效率指系统输送至电网的传输效率，主要受升压变压器性能影响。

4. 结束语

太阳能光伏发电并网技术在应用中体现出其它能源所不具备的清洁、技能、环保、可再生的优势，可以有效提高能源利用率，在未来具有广泛的应用前景。社会经济稳步向前发展，光伏发电技术的优势也逐渐显露。

参考文献：

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[2] 馬建武，杜涛，雷亮.大型并网光伏电站的运行维护管理[J].河南科技，2012（14）.