大容量光伏发电关键技术及并网研究

杜小波

摘要：当前，很多大型并网光伏發电系统在有效生产下，对未来发电技术投入与使用产生了相应影响。通过文献调查、实践探索等方法对光伏发电的原理和主要构件、大容量光伏发电关键技术以及大容量光伏发电对并网产生的影响进行研究。研究结果表明光伏发电实际是基于并网逆变器的功能做功，太阳能电池组件产生直流电，基于光伏发电，可以提升电网整体运行稳定性，也可以连接更多大型光伏发电设备，这样能够充分满足电网交流电的应用需求。

关键词：大容量光伏发电；关键技术；并网

中图分类号：TM615 文献标识码：A

0 引言

能源可以为人们实际生活提供基础动力与支持，随着社会人口的进一步增长，很多能源已被大力开发和应用，能源逐渐处于枯竭状态。大容量光伏发电能够满足社会对电力资源的需求，对大容量光伏发电关键技术进行研究和应用对社会未来发展具有深远影响。本文主要对大容量光伏发电关键技术及并网进行探究。

1 光伏发电原理和主要构件

光伏发电属于当前新型发电模式的一种，其工作原理主要是依据光伏效应。光伏效应是将半导体作为主要材料，在太阳光照下，将太阳辐射能转化为电能，以实现发电，光伏发电原理如图1 所示。光伏发电主要构件包含光伏板、汇流箱以及光伏逆变器等。电池片可以将太阳辐射能转化成直流电，实现电能的输出[1]。光伏发电能够通过电能表对电能实际输出情况进行计算，针对发电示数和上网示数，实施最终结算。

2 大容量光伏发电关键技术

光伏发电的建设周期不长，而且对环境具有较强适应性，无须水资源以及燃料资源等作为保障，发电站整体运行成本较低，工作效率高，便于有关部门实施集中管理，还能够促进电能资源扩容。大容量光伏电站能够及时并入公共电网中，将其中不稳定因子消除后，可提高电网运行工作效率，使得公共电网整体运行更稳定，从而为社会发展带来丰富的电力资源。

2.1 电网与光伏电站关键技术

电网与光伏电站实际是通过逆变器进行连接，所以其需要具备可拓展的通信功能，能够对功率进行控制，并有效降低有功变化率，对谐波实施补偿。此外，提升逆变器的实际电压等级，使其单体容量变得更大，使电能输出变得更为稳定，可以更好地避免外界因素干扰，逐渐实现电网应用的智能化，按照相应要求与网源技术进行互动[2]。对并网展开控制时，电网的电压信号要求更高，提升锁定技术的应用效率，可以更精准与迅速地实施信号控制，避免在大功率并网下产生信号不对称情况。基于配电网基本能力，当电网系统发送出低电压信号指令时，可以对电网系统实施管理。大容量光伏发电关键技术应展开多级合作，依赖群控技术来实现操作，这要求相关部门合理解决群控硬件增加后的成本问题，这要改善最大功率点跟踪（maximumpower point tracking， MPPT）并联下带来的额外串并联出现的损耗。针对分布系统展开电网调度，应进行多项设备协作，及时完成通信。

2.2 电网跟踪、储能和连接关键技术

基于有功输出这一层面，相关部门要求光伏并网发电，这可以服务于多种电能，由此可见，对大功率电能进行有效跟踪属于一项先进技术。对于大功率电网的跟踪效率与准确率等方面，有关部门也提出较高要求，通过传统的电导增量法以及干扰观测法等方式依然不能真正实现电网跟踪。因此对功的输出进行调节时就会受到限制，因此需要针对有功调节技术进行创新。但因为储能设备自身容量很小，而且成本较高，不能有效实现实时补偿，其储能作用也会受到一定程度的影响。另外，储能实际也需要花费很长时间，不能达到及时补偿的工作目的，从而导致储能作用受到限制。此外，随着光伏装机整体容量逐渐扩大，系统的整体工作稳定性也逐渐变强。经过实践证明，当系统发生短路等故障时，电压会呈现出跌落状态。此时，可再生资源发电机就会发挥作用，通过与电网进行连接，可以促进电网在短时间内恢复。将Buck 电路进行连接，能够对功率进行消耗，可以避免直流母排电压过大的情况，实现低电压穿越。

3 大容量光伏发电对并网产生的影响

3.1 影响电网有功平衡与频率

由于光伏阵列在实际移动时，会受到云层遮挡影响，使得光伏并网产生较大波动，从而使光伏电站产生问题。与电网遭受到大负荷而产生的变化相同，这些变化一部分可以被电网所承受，但是在电网中光伏实际所接收的能量逐渐增多。当实际波动量大于10% 时，在并网点正常连接后，就会导致电网有功平衡以及频率出现波动，从而使电站受到影响[3]。在相应处理措施下，能够将大波动带来的影响降到最低。光伏电源并不属于旋转系统，不具有转动惯性，所以光伏在输出能量后，会在短时间内产生变动。当光伏在电网中的渗透率上升到一定程度后，能够对常规能源进行替换，电网内部对应功率会变大，系统整体处理故障的能力会变弱，使得电网频率出现跌落情况。

3.2 影响电网无功平衡与电压

一般而言，光伏电站在实现并网后所输出的无功功率将会被降到最低，近乎为0。实际输出的功率不足，会降低电站线路中的做功效率，这样能够真正减少线路中所出现的电压损失。将光伏并网点和其影响区域之内的电压进行提升，电压升高的幅度与光伏电站的具体容量以及接入方式等方面相关，但是光伏电站处理电压的升高幅度具有随机性，会在很短的时间内因为云层移动而出现骤然上升或者下降现象，从而对并网点电压产生很大影响，出现上下波动。实际上电压调节方法有很多，如增加电容补偿。但是这种方式不适用于快速调节电压的工作方案，在光伏发电站内部的有功功率出现明显下降的基础上，应该从电网吸收无功功率。在相关规定下，要求大型光伏电站具备更为强劲的控制电压作用与能力。目前，大型光伏电站一般情况下应用的解决方案为加载静止无功发生器（staticvar generator，SVG），其可以真正适应光伏电站的工作方式，但是需要基于快速调节电压技术，才能够真正实现。

3.3 产生谐波

大容量光伏并网通常利用绝缘栅双极晶体管（insulate gate bipolar transistor，IGBT），对电子器件实施进一步控制，当其处于高频率运转时，会产生较多谐波。在电力系统内，针对电压与电流给出的信号及时采样，并对信息数据进行处理，将信号内部的谐波展开提取并进行详细分析。一般会在傅里叶变换以及快速傅里叶变换等数学算法基础上展开对谐波的计算和分析，从而对时域信号进行有效转换，以便更为精准地获取到谐波的涨幅情况，以及有关参数。这些参数能够对电网内部出现的谐波进行精准判断，展开故障与问题的科学诊断，并及时处理和解决，制定有效解决方案。谐波的来源及产生原因如表1 所示。基于电网系统，在其内部出现的谐波也会使得电力系统实际运行受到影响，如系统运行的安全与稳定等方面。系统运行主要存在的危害表现为：电网内部有功功率实际损耗出现明显提升，导致电网内部的负荷变得更大，使得电网整体工作效能降低，进而增加电力系统实际运行成本。谐波会导致电压波形出现失真的情况，导致电压无法成为真正的弦波。电力设备内部存在谐波，会对其运行产生较大影响，导致设备运行使用寿命降低。

面对并网发生的谐波影响，可以对谐波进行预警，从而有效降低整体影响率。在虚拟仪器基础上，对并网谐波实施监测，充分展现系统功能，对谐波进行有效监测并完成预警工作，提示工作人员谐波的严重程度。而且在系统内能够对谐波进行计算，针对并网内部电压与电流实际情况展开深入分析，获取到谐波分量具体幅值。依照这个数值与有关工作标准等进行对比，对并网中存在谐波的实际情况展开评估。谐波扰动主要是指谐波对电网正常运行过程带来的影响，如电网出现的电压失真等问题。利用谐波产生的扰动指标（如电压总谐波产生的畸变率以及电流不平衡情况等），来实施监测工作，并对其进行具体判断[4]。

3.4 影响电网运行稳定性

电网整体出现不稳定情况，会使得電压出现隆起或者凹陷等问题，这些问题会导致变换器无法正常运转。大容量光伏电源接入电网后，应该安装相应的保护装置，并且实现自动化保护，这可以有效避免光伏电源产生的孤岛问题。光伏电站对电压进行控制，能够提高系统对并网电压的掌控能力。光伏发电系统所具有的系统惯量并不大，但会给光伏整体稳定程度带来影响。机组设备停运后，对整体影响较大，其中系统运行稳定性会首先受到破坏。为了有效加强系统之间协作的灵活性，可以采用常规机组进行设备运转，并且为并网机组设备增加备用设备。低电压穿越功能可以有效改善电网恢复的基本特性。光伏对系统的电流、电压以及功率等多方面产生影响，所以当大容量光伏发电设备接入并网后，需要更为严格地依照规定进行操作，保证并网可以顺利运转，通过发电预测技术以及天气预报技术等，对系统平台实施科学控制。

3.5 影响配电网

（1）在电压调节方面造成的影响。光伏渗透率达到相应数值后，并网出力会出现明显改变，馈线电路的潮流经过计算后也会产生变化，甚至会导致相应逆潮流被迫进入输电网中，从而对馈线电压下应用的设备产生影响，使其不能正常运行。当潮流输入情况出现变化后，变电站与光伏电源之间会出现电压下降的情况，这就需要利用变压器进行电压调节，并通过开关的启停来有效控制电压。

（2）对整定与短路电流进行保护。光伏逆变器的实际作用是对电源进行控制，如果出现短路现象，应该马上切断逆变器，所以在常规机组逆变器产生短路电流后，也不会对电网整体运行稳定性产生影响。对整定实施二次保护，是因为逆变器与变压器进行连接后，逆变器能够产生接地回路，而且潮流也会出现变化，使得电压分布率也随之变化，从而影响零序电流[5]。

（3）产生接地电源。因为变压器具体连接方式不相同，变压器与逆变器之间也有可能产生接地回路，从而对零序电流产生影响。而且在单向接地后，电路系统会产生相应故障，出现短路后的对地电压。

4 结语

综上，大容量光伏发电设备接入的实际要求较高，在无功输出与有功输出基础上，均能够在电网产生异常情况后进行有效干预。基于光伏发电，可以提升电网整体运行稳定性，也可以连接更多大型光伏发电设备，这样能够有效满足社会对电能的实际需求。而且，光伏电站可将其产生的电能直接并入电网之中，对其中不稳定因素进行管理，这可以保证电网稳定运行，进而为社会提供更为丰富的电能资源。

参考文献

[1] 方宇晨，杜尔顺，余扬昊，等. 太阳能光热发电并网的综合效益量化评估方法[J/OL]. 中国电机工程学报，1-13 [2024-01-25]. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.230444.

[2] 缪宇峰. 分布式电源光伏发电对低压电网的影响及对策[J]. 电气技术与经济，2023（6）：109-111.

[3] 杨倩鹏，朱豪飞，陈柏旭，等. 光热发电技术发展的探讨与展望[J]. 发电设备，2023，37（4）：230-237.

[4] 祁晓笑，程静，王维庆，等. 基于SC 的光伏发电并网系统次同步振荡抑制方法[J]. 智慧电力，2023，51（5）：88-95.

[5] 要金磊. 大容量光伏发电关键技术及对并网的影响[J].电子技术与软件工程，2017（1）：240-241.