微电网中的分布式光伏发电技术分析

2022-12-07潘克刚

中国高新科技 2022年16期

潘克刚

（广东水电二局股份有限公司，广东广州 511300）

随着人类社会的发展，能源紧缺问题日益凸显，开发新型能源已成为当前能源紧缺、环境污染的必然选择。由于供电质量、供电可靠性的提高，以及大电网自身的缺陷，分布式光伏发电的重要性日益凸显。因此，应合理调整我国的能源结构，以促进可再生能源与其他新能源的发展，同时用分布式光伏发电技术来提高系统的安全性和灵活性。

1 微电网构成

1.1 微电网结构

微电网通常是辐射型，通过主绝缘装置连接到上级电网。作为一个控制单元，它可以在单机或并网的情况下，完成两种工作方式的无缝切换。整个微网安装了潮流控制器、保护协调器以及能量管理器，对微网的运行进行优化。馈线采用热电联供分布式供电，为敏感、热负载供电，并对负载进行分层分级控制。在外部电力系统出现故障或电力品质达不到预期水平时，微网将与外界电网相联接的孤网，所有的负载都是由分布式电源提供，在无法维持电力供求平衡的情况下，将对不敏感的负载进行切断。排除故障后，通过平滑的无缝转换，实现与外界并联的功能。

1.2 微电网元件

微电网的组成要素有：分布式电源、储能设备、静态开关、功率电子设备等。分布式电源是指分布在负载周围的电力，它可以分为两种，一种是可再生能源，另一种是非再生能源。通常使用的能量储存设备有超级电容器，蓄电池，飞轮储存。当电网的有效功率超过负载要求时，该系统可以将剩余的电量进行存储；相反，电力会被储存起来，以维持电力供应和需求的平衡。在微电网孤网运行的情况下，该储能设备可以进行一次频率的调节，以确保微网的正常工作。

2 光伏发电技术及发展概况

分布式光伏发电系统具有广泛的用途，其基本结构可分为独立发电和并网发电两大类。早期的应用范围包括太空飞船、通信系统、微波中继站、电视差转台、光电泵以及无能源不足地区。目前，太阳能光伏并网发电已在全国范围内得到了广泛推广，主要是家庭屋顶型光伏和MW级大型集中型并网发电，以及在交通、城市照明等领域的应用。

2.1 独立光伏发电系统

独立的光伏发电系统，又称为离网发电，是一种完全由太阳能电池提供动力的光伏系统，它是由光和热辐射产生的。通常，单独的太阳能发电系统都要配备能量储存设备，其中使用最多的就是电池。此外，还应设置控制器，以避免蓄电池过度充电或过度放电。因此，用于直流电源的独立光电系统，其核心部件包括：电池方阵、防反充电二极管、蓄电池组、控制器等。一种用于电流负荷的独立的光电系统，除上述组件之外，还应提供一种用于将 DC电变换成 AC的逆变器。

2.2 并网光伏发电系统

这种太阳能光伏系统的最大特点就是将直流电通过并网的逆变器转换成交流电，然后将其与公共电网连接，为住户提供电力，剩余的电力则可以直接送入电网，当太阳能电池电量不足时，则需要进行电力网的补充。并网光伏系统图如图1所示。

图1 并网光伏系统

3 分布式光伏发电系统的工作机制

由于太阳能的能量密度很低，需要用到很多电路板，因此，要减少连接线路的数量。同时，太阳电池是用直流电来供电，所以要将直流电转化为我们平时所用的交流电。配电室是指配电网，它具有低压负载，它的作用是将电力输送到低压用户。由于分布式光伏发电的功率通常在10kV以下，因此只要配上低压配电房就可以了。此外，为确保电力供应的可靠性，必须安装能量存储单元，或将其整合到电网中。

4 分布式光伏发电系统的技术要点

4.1 分布式光伏发电系统的并网控制

对于无蓄电池的分布式光伏系统，必须将其整合到电网中，以确保其供电的可靠性。由于分布式光伏系统具有多个并网、多个能源的特性，因此必须充分考虑到并网控制中的各种因素。由于分布式发电系统的能量特性是多个并网的逆变器，所以在设计时应特别关注它们之间的耦合效应。同时，它还牵涉电网的某些协同性能的控制，因此，在不同的情况下，需要注意多个不同的逆变器在不同情况下，如何进行频率和电压的协调，以实现负载的合理、动态分布。

4.2 改善分布式光伏发电系统的电能质量

分布式光伏发电以直流电的形式输出，而普通的用户则采用交流电源。要想利用太阳能发电，必须要将直流电转化为一定的交流电流，所以必须要有逆变器。但在并网工况下，逆变器在正常工作时难免会出现谐波和直流成分，从而对电网造成污染，导致电网的电力品质下降。特别是在不同电力系统直接相连的情况下，即使只有极小的电压或电流，也会对电力系统的负荷产生较大影响，从而导致电力系统无法正常工作，甚至出现故障。因此，要对分布式光伏发电的输出进行有效控制，其输出端的好坏就显得尤为重要。可以采用可调整的功率因子，使其输出三电平的组合型逆变器，或采用并联电容等设备进行动态无功补偿，以提高并网后的光伏发电系统输出的电力品质。

4.3 电网结构及其配置优化

由于分布式光伏发电系统的主要能源是太阳能，而太阳能电池板的功率密度并不是很高，所以与其他的传统电力网相比，太阳能电池板的能量密度要低一些。因此，在进行电力系统规划时，必须充分考虑本地的可再生能源的分布，并对其容量的可用性、随机性和合理性进行评价。在有必要的地区进行实地调研，对当地的电力系统和电力用户进行详细了解和分析，以决定在哪个地区安装太阳能发电站，然后再制定一个完整的地区计划后，逐步实施。这样就可以防止电网负载不足，或者某个电网单位的负载太大，提高了当地电网的运行可靠性。