光伏发电与并网技术分析

2020-03-27董强

中国设备工程 2020年3期

董强

（天津滨海机电设备制造有限公司，天津 300000）

1 光伏发电并网技术的基本概述

光伏发电并网技术，其实质就是指将光伏发电系统利用科学合理的方式并入电网的技术。光伏发电并网技术的基本原理是将太阳能组件产生的直流电在并网逆电器的的作用下转化为符合国家电网各项要求与标准的交流电，再将其并入公共电网中。现阶段，并网发电系统主要有两种技术类型，一种是带蓄电池的技术，另一种是不带蓄电池的技术。带蓄电池的技术，具有良好的可调度性，能根据实际要求的不同进行并网操作或退出操作，并且还具有电源功能。不带蓄电池的技术则不具有可操作性与可调度性，所以，在国家的大型系统中应用频率较高。光伏发电并网系统的主要构造有以下几大部分组成，即太阳能电池阵列部分，并网逆变器部分以及相应的中央集控系统。在微网中运行，利用低压配电网能有效接入超高压的大电网系统中，是光伏发电系统最主要的特点。

图1 光伏并网发电系统图

2 光伏发电的优点分析

光伏发电主要是将太阳能资源转化为电能资源，所以光伏发电具有明显的清洁优势，并且实际转化过程简单高效，所以，光伏发电还具有高效节能和环保的优势。另外，由于太阳能资源是可再生资源，并且分布范围广，所以光伏发电无明显的地域限制，并且可再生，所以储量丰富。同时，光伏发电的设备体积小，生产简单便捷，能充分替代部分不可再生资源的作用。

3 光伏发电与并网技术分析

3.1 太阳能电池技术

光伏发电技术的核心与关键是光伏电池。光伏电池经历了好几代的变更与创新，第一光伏电池的主要原料是硅，在应用技术不断完善与应用范围不断提升的共同作用下，第一代光伏电池原料的成本却一直未能得到明显的降低。第二代光伏电池的主要原料则是在衬底铺上非硅材料，主要目的是降低电能的耗损。此方式使得光伏电池原料的成本得到了明显的控制与降低。之后，光伏电池的原料则为继晶体硅和薄膜电池，在设计理念与科学技术的完善下，有力地提升了光伏的转换效率。

3.2 光伏阵列最大功率跟踪技术

该技术的功率输出主要是利用非线性传导模式进行的，同时，与周围的光照情况、自然环境以及负载方面都有不同程度的关系。

3.3 太阳能聚光光伏技术

当太阳照射到地球表面，就会出现大量的能源损耗，在聚光光伏技术的作用下，则能对太阳照射过程中的能量耗损进行有效的降低，由此提高人们对太阳能资源的利用率。该技术主要是将太阳光聚集在聚光电池上，从而确保太阳的辐射强度得到有力的提升，最终实现降低生产成本投入的根本目标。聚光光伏技术的主要设备是聚光器，它能对太阳能进行充分的加热，当其到达一定温度标准后则能转化为光热能，再将其发射到太阳能的电池上，实现光能与电能的科学转换。

3.4 孤岛效应检测技术

孤岛效应，主要是指当电网系统出现故障时，供电会中断，但是，光伏并网发电系统却在运行，并且是以负载电压的模式进行供电，从而形成了自给自足的孤岛模式。如果不加强对孤岛效应的监测，会使得供电系统中的电压与电频无法控制，直接损坏用户的相关设备，并且威胁工作人员的生命安全。

3.5 太阳能光伏发电并网电流控制技术

逆变器在并网技术中主要起控制作用，在逆变器的作用下，直流电能科学转为交流电。设置逆变器，根本目标是对电力谐波进行科学的降低，从而确保电压供应的效率明显地提高，由此保障电流输入环节与输出环节的科学性与稳定性。光伏发电并网电流控制技术，主要应用目标是对电力总谐波的失真率进行科学控制与有效减少，而电流控制策略的好坏直接影响着变换器控制系统的实际运转情况。

3.6 光伏发电与并网施工技术

首先，准备工作，主要是开展定位放线工作，对支架的基础构建进行科学的焊接，同时，安装电池板的支架以及太阳能电池板等设备，再安装电器工程并进行调试并网操作等。其次，在开展全面施工前要对光伏屋面进行彻底的清理，保障施工现场用电的安全性，同时，按照安装图纸的要求进行安装操作，确保施工的安全性与规范性。另外，安装太阳能电池板之前要对其进行严格的检验，确定太阳能电池板无质量问题，并准确测量开路电压。进行汇流箱安装时，安装操作前要进行严格的检查。在安装过程中，要充分保障安装的稳定性与电缆之间距离的安全性。在桥架安装方面，要先对桥架的外形进行检查，保障其符合设计要求，并且用螺栓进行连接固定。最后，调试并网操作，要先对系统的性能进行检测和调整，确保各个设备都能正常启动与运转，并且光伏发电系统的各项参数都能得到监控软件的全面监控，待调试运行合格后，才能进行并网操作。

4 光伏发电与并网技术的应用要点

4.1 谐波方面

利用光伏发电与并网技术，能将太阳能资源转变为电能，并且还能在电网中进行电能接入。但是，在实际的并网过程中，并网系统中的电流、频率以及相位都要与电网系统具有一致性。然而，在并网与电网相互作用的影响下，会产生不同程度的谐波污染问题。我国现阶段针对谐波有着明确的规定（见表1），所以在光伏电网并网技术中，要根据国家相关部门对谐波的具体数据要求开展谐波危害评估工作。在进行正式并网之前，要确保谐波电流检测的合格性，如果明显存在谐波干扰问题，则要结合实际干扰程度，及时安装滤波器等设备对谐波干扰问题进行科学的消除。

4.2 电压波动方面

在光伏系统中，光照强度对输出功率有着十分重要的影响。光照条件强烈，光伏系统的输出功率则较大，而光照较弱，输出功率则较小，甚至会出现无输出功率的情况。所以，设备故障问题、天气的问题以及光照强度等方面的因素都会对光伏系统的输出功率造成不同程度的影响。对光伏系统中突然切机过程中的电压影响计算工作，不仅要确保计算的精准性与全面性，还要对电压的波动做好清晰详细的记录，在补偿处理中，要充分结合电压波动的具体情况，确保电压波动值不高于1%。

表1 电网谐波电压限制数据

4.3 无功平衡方面

如果光伏系统中的功率因素超过0.98，这时光伏系统则是纯有功输出状态，而光伏系统中分层分区就地平衡原则要求，光伏系统必须保证具有无功补偿，由此才能确保光伏系统符合公共电网的各项要求，降低线损，提高电能供应的实际质量。所以，在实际的工程中，要在充分考虑公共电压的具体情况以及各项用电负荷情况的基础上开展无功平衡设计工作，提供无功平衡的合理性。