太阳能光伏发电微电网技术分析

2020-01-06徐伟

科技创新导报 2020年32期

徐伟

(中国能源建设集团黑龙江省电力设计院有限公司黑龙江哈尔滨 150078)

微电网技术的应用在很大程度上解决了太阳能使用需要大规模的限制，使太阳能的使用变得更加灵活与快捷，有效弥补了大电网结构的功能缺失，由此也推动了太阳能光伏发电技术的进步与系统类型的丰富，在满足我国生产与生活日益提高的电力多样化需求方面发挥了积极作用。

1 太阳能光伏发电微电网技术概述

太阳能光伏发电可以分为并网发电与独立发电两种系统，而根据国电电网的相关规定，电网中接入的是太阳能光伏低压并网，也就是分布式电源类型，而微电网技术的应用，就是要对分布式电源类型进行优化与改进，解决现阶段分布式电源类型存在的弊端。

在太阳能光伏发电微电网技术应用中，电源提供能量，而电源与负荷之间的平衡由微电网技术进行调节。当电网发生故障时，一方面微电网技术会使得短路器自动实现断路，保证微电网在孤岛模式下保持工作状态，另一方面当电网因故障原因出现大规模崩溃时，微电网技术可利用自身优势实现能量的供需调节，在相对平衡的状态下降低损失，保持稳定，确保安全。

2 太阳能光伏发电微电网技术设计

进行太阳能光伏发电微电网技术的设计，应找准重点与关键，竭力构建完整的发电系统。具体太阳能光伏发电微电网技术发电系统的设计与构建，应在太阳能电池组合方阵、储能蓄电池、充放电控制器、子系统等方面下功夫。具体分析如下。

2.1 太阳能电池组合方阵

在太阳能光伏发电微电网技术设计的过程中，太阳能电池组合方阵的设计是核心内容，之所以要形成太阳能电池组合方阵，是由于单一太阳能电池的电压与电流过小，无法满足使用所需的负载输出功率。为此，在进行太阳能光伏发电微电网技术设计时，太阳能电池组是最小的电源的单位，而将最小单位进行串联形成的太阳能电池组合方阵是太阳能光伏发电微电网技术发挥作用的基础保障。

2.2 储能蓄电池

正常状态下，电源能够保证功率的输出，但一旦受到外界影响，如天气的变化，就可能使得太阳能光伏发电微电网技术的应用受阻，为此需要安装储能蓄电池，以确保在平时的工作中，将部分直流电转化为化学能以进行储存与电能的调节，当需要时再将化学能转换为电能进行输出，以确保太阳能光伏发电微电网技术应用的稳定与持续性。在进行具体设计与构件时，储能蓄电池尽可能选用大容量的铅酸蓄电池。

2.3 充放电控制器

充放电控制器是一种蓄电池保护装置，是为了避免蓄电池在频繁过充放电的过程中使用寿命受损。充放电控制器发挥作用的依据是蓄电池电压值与最大负荷值的比较，通过比较能够判断蓄电池是否达到过充放电的临界点，一旦达到临界点，充放电控制器开关会发挥作用，对充放电操作进行终止。现阶段，随着太阳能光伏发电微电网技术的不断发展，蓄电池整体的容量逐渐增大，为适应发展，充放电控制器开关装置的精密性与安全性不断提高，监测与保护的水平不断提高，在智能电网建设的过程中，充放电控制器已经实现智能控制，自动化操作。

2.4 子系统

子系统设计是太阳能光伏发电微电网技术功能得以实现的基础，在设计时要满足光伏模块、逆变器并网等子系统的相对独立性，以此确保子系统在三项交流电接入升压变压器与电网的结合得以实现，这是太阳能光伏发电微电网技术能够在供电网络中得以应用的关键所在，对微电网技术发展有重要影响。

3 太阳能光伏发电微电网技术特征

微电网技术的应用在很大程度上加速了太阳能光伏发电的推广，相比于风能、生物能等清洁能源，太阳能光伏发电的地域限制更小，维护成本更低，能源的获取更加简单，在我国新型能源应用的过程中，太阳能光伏发电微电网技术一直是重要的应用内容。

随着技术的进步发展，微电网技术在使用太阳能光伏发电作为主要供电电源的同时，还可以利用其它可再生能源以应对不同天气状况，并做为电力供应的补充，在储能系统中增加的自控技术与远程技术，进一步提高了太阳能光伏发电微电网技术的智能化与现代化水平，使得供电的稳定性显著提高。总体来看，在现阶段背景条件与发展状况下，太阳能光伏发电微电网技术的特点包括新能源形式的组合互补、储能技术的稳定性提高、电力质量控制与保护系统的优化以及微电网信息系统的构建完善。具体分析如下。

3.1 新能源形式的组合互补

太阳能光伏发电微电网技术的应用受天气状况的影响较大，一般只能在天气晴好的白天进行供电，在与电网主干相连的情况下，太阳能光伏发电的容量激增会对当地电网造成一定的影响，一旦这种影响成为一种冲击，就会影响到当地电网的正常工作。为此，在太阳能光伏发电微电网技术应用的过程中配合采用新能源形式的组合互补，是减缓微电网技术使用波动，增加稳定性的有效措施，一旦太阳能光伏发电微电网技术的应用因电量下降出现波动，那就可以利用其他新能源形式进行补充。这是一种“新新结合”的能源利用方式，有利于对电网覆盖区域内新能源的整合与利用率提高。

3.2 储能技术的稳定性提高

任何技术都不能保证百分之百的稳定性，太阳能光伏发电微电网技术的应用也是如此，为此，储能技术是应对太阳能光伏发电微电网技术出现不稳定情况的关键所在，特别是当故障发生无法供电时，储能技术一方面能够发挥备用电源的作用，另一方面能保证用电负荷的安全稳定。所以在现阶段的太阳能光伏发电微电网技术的应用过程中，提高储能技术的稳定性十分必要。

在现阶段，储能技术在太阳能光伏发电微电网技术中的应用应满足3个方面，第一个方面是当电源或者电网发生故障时，储能技术能够迅速发挥作用，成为备用电源为微电网技术的应用供电，以大电流密度代替主电源。第二个方面是提供瞬时大电流以满足微电网技术大型负荷启动的需要，这是因为微电网技术大型负荷启动时所需的电流远远大于运行的电流量。第三个方面是在太阳能光伏发电微电网技术以及其他电网发电不足时，起到为微电网技术应用内负荷供电的功能。

3.3 电力质量控制与保护系统的优化

在太阳能光伏发电微电网技术的应用中，每个微电网内的电源与负荷都处于匹配的状态，这是在设计阶段就需要考虑地部分。虽然在设计阶段对太阳能光伏发电微电网技术电源与负荷进行了匹配的设想，但是由于太阳能光伏发电存在一定的不稳定性与波动性，所以电源与负荷的匹配只存在于理想状态，这就需要利用到电力质量控制与保护系统进行调节。

对电力质量控制与保护系统进行优化，是确保系统能够依托微电网控制中心，对电源、负荷、储能、开关状态、电力质量、能量参数等进行有效控制，控制主要通过开关的形式进行。这种控制一方面在微电网技术中的各个装置内进行，另一方面则是在本地控制器中进行，但是控制的基础都是与控制中心处于联网的状态。微网控制中心还必须有在孤岛运行与并网运行之间的切换装置，和针对负荷、电源和电网的保护装置。

微电网内部的总体容量较小，这就使得微电网功率因数受到负荷阻抗感性与容性的影响较大，由此就必须通过配置补偿系统以降低影响，另外，多电源的并网可能会造成网内的谐波分量较大，纹波系数较高，因此，要有消除高次谐波的装置。

4 太阳能光伏发电微电网技术发展

4.1 提高转换效率，降低运行成本

提高转换效率是未来太阳能光伏发电微电网技术的关键所在，这与太阳能光伏发电微电网技术中的电池使用有很大关系，如电池表面结构就是对电池转换效率影响较大的特性。一般情况下，当太阳光集中辐射时，能够更好利用光电效应实现转换效率的提高，从而使得运行成本的降低。

4.2 增大光伏面积，提升发电能力

屋顶、建筑物立面等都是城市内可以用来作为增加光伏发电面积的位置，而在沙漠、戈壁等地区，光伏发电面积增加的前景更加广阔。只有增大光伏面积，才能更好地实现太阳能的收集，才能通过能量的转换使得发电的能力提高。未来，我国的西北部地区，将是良好地光伏发电建设基地，有利于为太阳能光伏发电微电网技术的推广应用奠定客观基础。

4.3 降低材料成本，尝试新型技术

微电网电池材料的使用，主要材料是硅，尤以多晶硅的使用量最大。但是多晶硅材料市场价格高且浮动较大，对于材料使用的成本控制形成阻碍。为此，应大胆尝试薄膜电池、砷化镓电池等新型电池技术，使得转化率提高，使用寿面增加，材料成本降低，进一步优化太阳能光伏发电微电网技术应用的经济性，为进一步推广奠定良好地市场基础。