光伏发电并网的探讨*

张珍奇，王文革

兰州石化职业技术大学，甘肃 兰州 730913

0 引言

随着经济的发展和生活水平的提高，人们对电力供应的需求逐渐增加，在环境污染问题持续恶化的背景下，必须加大对光伏发电系统的研究力度[1]。光伏发电技术应用广泛，已成为一种非常重要的新能源技术。然而，在目前的实际应用过程中，很多公司没有很好地了解光伏发电并网技术，这在一定程度上阻碍了光伏的发展，对光伏发电并网技术的实际应用产生了很大的影响[2]。光伏发电技术可以使光伏转化为电能，到目前为止，光伏发电系统已经成为传输网络结构的重要组成部分，对整个传输网络的安全稳定有着非常重要的影响。因此，分析其中存在的问题并制定适当的对策尤为重要[3]。

当光伏发电系统接入电网时，电网容量会逐渐增加，这对电力系统的要求较高。在电力系统中，现阶段常用的转换接口是变频器。当依靠传统的功率控制模式控制PCC电压时（大型光伏电站并网系统主要由汇集线路依次连接光伏阵列、逆变器、升压变压器至并网点POI，再经送出线路连接至PCC。并网后，电压测量点可选择POI或PCC。PCC可看作工业可编程模块，类似于PLC；PCC电压可看作电网电压），存在电压上升的问题[4]。对此，应当联系当前的实际需要，根据光伏发电系统的特点优化光伏发电系统，促进光伏发电系统的发展和普及。

1 光伏发电系统概述

当今社会对能源的需求发生了变化，传统的火力发电系统不仅生产能力低，而且使环境恶化。为了追求经济发展和环境保护，光伏发电系统已经成为解决能源短缺问题的关键[5]。供电的保证就是生活质量的保证，光伏发电系统作为电源领域的新兴力量，因其污染小、使用寿命长而得到广泛应用[6]。其中，分散式光伏发电系统接入中低压电网成为常用模式。大规模使用分散式光伏发电意味着配电网从一个辐射源切换到多个电网，电流从变压器母线流向负载方向。这影响了配电网和调压装置的调压效果，原来的调压设备达不到想要的效果，无法满足现阶段对电网安全运行的要求[7]。光伏发电系统中并联节点的电压升高是光伏发电系统中的常见问题，为了更好地发挥光伏发电系统在电源中的作用，通过实验研究从理论上解决了这一问题。

太阳能可以转变为人们日常生活中常见的电能，光伏发电系统比其他传统发电系统更安全可靠，只要太阳存在，就可以发电[8]。光伏是平台、岛屿和其他偏远地区的绝佳发电解决方案，这种先进的发电方法也渗透到了生活的每一个角落。光伏发电系统逐渐用于高科技产业，如卫星和汽车。与此同时，科学家利用光伏发电系统建造房屋。通过这些应用，可以看到光伏发电是高科技和新技术的代名词，是一种很有前途的发电技术。

2 光伏发电并网的电压调整策略

在分布式发电接入配电网之前，传统配电网主要利用负载调压器和电容器进行电压调节，可以将网络中各节点的电压控制在一定范围内。当连接多台分布式发电机时，并联节点的电压会出现升高现象，并且可能超过电压上限，使电网处于危险中。同时，电网的电流是双向流动的，电网的模糊功率分布不规则。在此情况下，可以测量本地信息，根据本地测量的信息操作，通过调节器调节现有电压，使电网电压不超过上限和下限。

光伏逆变器的无功功率主要受光伏逆变器的效率和额定功率限制，当光伏逆变器以单位功率因数接入电网时，最大无效输出功率将增加，光伏逆变器的输出功率也会大于消除本地负载的功率。如果电网连接点处的电压超过一定值，不仅会影响配电网的安全性和可靠性，还会使光伏逆变器因电网短路而产生过电压，限制电网的连接容量。为了使连接的多个光伏网络的电源电压保持在一定范围内，通常使用光伏逆变器和负载电压调节器调节电源电压。

2.1 有用功电流电源调整原理和方法

2.1.1 调整原理

当光伏连接到主电源时，PCC电压升高。造成这一情况的主要原因是光伏发电系统的容量太大，必须产生大量有效能量。因此，需要控制总电流状态，限制或降低光伏发电系统的发电状态，并且控制输出电压。

2.1.2 调整方法

如果采用有源限流策略，就要了解瞬态和稳态波形。在运行过程中，如果PCC部分出现的情况为负分离，PCC可以在短时间内增加电压。电压调节器必须同时控制PCC的电压状态和提高PCC的控制力，虽然要求较高，但是可以更有效地控制系统的动态变化。电压控制模式为恒波形稳定动作模式，随着时间的推移，输出功率逐渐降低，总电压偏差回到零，使系统性能在单位因数范围内。

2.2 无用功电流电源调整原理和方法

2.2.1 调整原理

大量的研究数据表明，在调整过程中，最好使用二阶通用积分器作为主要检测工具，不仅可以控制电源的PCC电压的特定相位和滑动值，还能对比阻断电压的瞬时振幅和总振幅。在叠加设定的参考电流后，不仅可以控制逆变器的设定值，还可以实现PCC的动态调整。有功电流和电压的动态响应快于无功电流和电压，调节了有功电流和电压后，光伏发电系统的无功电流和电压仍会影响单位功率因数，反之亦然，从而限制总功率因数。在高电压控制精度方面，无功功率控制策略尤其出色；在经济方面，无功管理策略具有良好的经济优势。

2.2.2 调整方法

当逆变器不能吸收能量时，PCC的本地负载中断，不能根据原有标准调整PCC的功率。如果出现电压指数为零的情况，会导致系统无法正常运行，体现为单位功率因数落后于总功率因数的数据。在使用设备前，应当设定PCC的电压状态，并在设定过程中显示暂态稳定波形。

2.3 自动投切电容器控制策略

为了降低大型电网线路吸收的无功功率，需要实现无功功率的局部均衡，可将电容器并联到并联站进行无功补偿。电路电容器采用无效功率控制的模式，无功功率计可以测量流经变压器二次侧的无功功率。

3 光伏发电并网系统的组成

3.1 光伏电池阵列

在光伏发电厂的光伏电池阵列中，最昂贵的组件是光伏电池。在单晶硅、多晶硅和薄膜电池出现之前，一般采用集中光伏电池组件。随着光伏组件的不断发展，DC变换器的集成度越来越高，所有模块可以集成到一个小型的DC转换器中，形成独立的智能MPPT控制和保护模块。基于电压和电流检测的MPPT检测方法具有较高的精度，可以实现MPPT的实时控制，满足一般场合的要求，在实践中得到了广泛的应用。基于最大性能点的新型MPPT控制技术可以解决算法的动态性能跟踪问题，加强光伏电池反向特性模型的应用效果，并提出相应的对策，以减少热点效应的损害。通过研究具有多个影响因素的大型光伏系统的特性，解决了局部误差的检测和消除问题，分析了故障机理，并采取相应的措施。

并联二极管是解决热点效应的有效途径。对大型光伏阵列的结构和布局进行综合优化，可以最大限度地减少大型光伏阵列的不理想特性。目前，关于二极管并联保护最佳配置的理论研究较少，多变流器系统的高性能变流器技术应注意协调运行和集群特性。

3.2 逆变器

逆变器效率是大型光伏发电装置的重要指标。目前，逆变器的研究包括开关元件、开关频率、控制算法、死区、辅助电源、散热等，许多产品的工作效率可以超过30%。在大型光伏发电并网系统中，电能质量问题一直存在。为了抑制电网中的谐波电流和小电流，在并网系统中叠加多个逆变器，控制电压较高时的小电流谐波。

电力电子制造商通常使用合适的滤波器拓扑结构和电感设计，包括电容器参数、PWM驱动方式、控制算法、扫描精度和操作精度等，确保谐波分量符合标准。当光伏发电厂连接到大型输电网时，要通过电磁干扰滤波器和绝缘变压器使用控制算法。当供电系统因维护故障或停电而停止运行时，连接到客户网络的光伏发电系统无法检测到停电状态，即安装的本地网络无法快速断开；而采用光伏发电系统连接时，周围负荷的供电会产生能源孤岛现象，无法由电力系统控制。无源检测方法主要包括谐波检测、频率电压检测和相位跳变检测；有源检测方法一般分为停电法、电压干扰法和频率干扰法。此外，研究人员提出一种基于高级阶段的检测方法，该方法通过改变电流和电压之间的相位及系统的输出频率来缩短检测时间，各种参数可用于逆变器的并联检测。

4 光伏发电并网中的常见问题和优化策略

4.1 光伏发电并网中的常见问题

影响光伏发电系统运行的因素很多，如天气。在夏天，传输线与云中的电荷相互作用，导致电网出现高压问题。高压问题的发生给输电网的运行埋下许多隐患，对配电网的正常运行产生影响。因此，必须控制和应对突发事件，从根本上促进光伏发电和电网扩建的安全有序运行。光伏发电系统具有运行点变化快的特点，在应用光伏发电并网技术时，大型电网的接入效果不好。由于接入点数量多，很难将其置于中心位置，导致并网后光伏发电系统与电网之间相互作用。

全面研究光伏系统和大型电网的作用是提高电网运行安全稳定性的有效措施。规划光伏发电并网后的配电网，可以改善大型电网的作用效果。到目前为止，大型电网（配电系统）已从单一功能系统转变为兼容系统，电能的传输、分配和收集集成到了配电系统中。光伏系统与电网的集成对电网的电能质量有非常重要的影响。例如，当光伏系统连接到电网时，会导致电压闪烁、谐波和污染，这对大电流电网提出了新的要求。因此，在光伏发电系统大规模并网后，对光伏发电系统进行合理设计非常重要。

4.2 光伏发电并网的优化策略

为了促进新能源光伏发电并网的发展，需要制定光伏发电并网系统规范，使光伏发电并网系统的整体安全可靠，建设效率更高，目标更明确。为了使数据更可靠，还需要根据相关法律法规建立适当的控制机构。在中央电网中，由于配电距离小，及时采取优化控制措施非常重要。在规划中，基于具体情况，统筹物流系统与流通系统的结合，以控制光伏发电系统。

为了更好地消除光伏发电并网对大型电力系统的影响，可以建立光伏发电并网影响的仿真实验环境。建立一个光伏发电厂并网的典型示例，给出光伏系统典型并网类型的典型运行模式、故障状态和控制方案，并对这些典型案例进行仿真。深入分析配电网选择、电源配置等问题，提高配电网和输电网的安全性；详细分析配电网规划中存在的问题，解决配电网的运行问题。

5 结束语

根据我国光伏运行现状，分析光伏大规模应用带来的问题，并从技术角度提出解决问题的主要技术方案，可以为我国光伏发电并网技术的发展提供重要的理论指导，保证电网的安全稳定运行。光伏发电作为一种新的发电技术，在经济发展和环境保护方面发挥着重要作用。光伏发电并网会影响整个电网的性能，因此，对于光伏发电，不仅要加强对并网技术的研究，还要促进光伏发电系统和高性能电网的稳定运行，确保配电系统的安全性和合理性。