摘要：光伏发电建设周期短、环境适应性强，不需要水源、燃煤运输等原料保障，运行成本低，便于集中管理，受到空间的限制小，可以很容易地实现扩容。其发电量实现并入公共电网，在消除其不稳定等风险后，可提高电网运行效率，并保证公共电网稳定、安全运行，为国家经济建设持续发展提供能源保证。鉴于此，本文主要分析光伏发电并网关键技术及对策。
关键词：光伏发电；并网；关键技术
1、光伏系统结构及工作原理
通过太阳能电池板接收太阳发出的能量，并在内部进行一系列物理和化学变化将其接收到的能量直接转换成电能是光伏发电的主要特点。光伏发电并网系统主要由光伏阵列、前级DC/DC变换器、后级DC/AC变换器和滤波环节组成。该系统中的前级DC/DC变换器采用Boost升压变压器，它的作用是将光伏阵列输出的可变直流电压升高并稳定在一定范围，同时由MPPT控制系统实现对装置的最大功率点跟踪和调节，然后将从光伏阵列获取的能量送达后级逆变器；逆变器是将光伏发电装置与电网进行连接主要器件，其作用是将前级输出的直流电转换成可以实现并网的交流电。在此系统中MPPT控制系统主要实现对前级DC/DC变换器的控制，将光伏阵列输出的可变的直流电进行升压并稳定在一定范围的直流电压输出为后级DC/AC逆变环节提供稳定的直流输入，同时完成对光伏组件最大功率点的跟踪，并在光伏组件工作在非最大功率点时对其进行调节使其工作在最大功率点处以提升光伏电池的转换效率。后级DC/AC逆变环节是整个并网系统的核心部分，主要实现能量转换、传递和将前级光伏阵列获取的能量安全可靠的并入电网。逆变器性能决定并网系统的性能，同时决定整个系统能否安全、可靠的运行。开关电路是逆变器的核心装置，它通过脉冲信号的驱动电力电子开关的导通与关断来实现逆变器的功能，而这些脉冲信号可以通过对一个电压信号的调节来得到。
2、光伏发电并网关键技术
2.1、集中式并网技术
集中式并网是指光伏发电电能直接输送给公共电网，由公共电网经过统一调配后供用户使用。整个过程与大电网保持单向电力交换，且电压等级在10kV以上。集中式发电系统一般由几千个光伏组件、光伏开关站等构成。充分利用广袤的农田、荒漠地区丰富和相对稳定的太阳能资源构建大型光伏电站，接入高压输电系统供给远距离负荷使用，这就是集中式并网发电。
集中式发电规模很大。以某40兆瓦农业光伏（应用于农作物）项目为例，其总规划用地面积为1090亩，共分为40个单元，每个发电单元布置4532块光伏组件，建有35kV开关站一座，建成后预计年均上网电量达5200多万千瓦时。
为保证电网安全，大容量的集中式电量接入需要有LVRT（低电压穿越）等功能，。LVRT是指当光伏电站并网点电压跌落时，光伏电站能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网电压恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间（区域）。这样才能保证公共电网稳定性。
2.2、分布式并网技术
分布式并网是指光伏发电电能被直接分配到用电负载，若电力多余或不足，则连接大电网进行调节。整个过程与大电网保持双向交换。
分布式光伏发电的构成主要包括：（1）太阳能电池组件；（2）保护装置；（3）电路；（4）逆变器；（5）电网接口。其中太阳能电池组件是光伏系统中的核心部件，其作用是把太阳能转化成电能。逆变器是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池组件产生的电为直流电，而实际应用过程中绝大部分负载都是交流负载，因此需要此装置将直流电转换成交流电以供负载使用，且可并网向国家大电网供电。
3、对策分析
3.1、加强光伏发电配电系统的科学规划
我们需要以分布式电源配电网规划及微网规划的理论研究做基础，明确光伏发电并网特点，对配电系统进行科学规划，创新调整。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆充分了解光伏发电的合理性、可靠性、优劣势，并通过对发电电源的配置情况分析，总结出其影响电网谐波、电压波动等状况的程度，通过对新型配电系统的理论和方法研究，在规划过程中确保配电网经济环保、安全稳定运行。
3.2、加强发电系统电网安全运行的研究
借助潮流计算及动态仿真等手段，建立模型，针对光伏发电的分布式电源特点进行分析，论证不同运行状态下的不确定性影响。目前，光伏发电发展迅猛，如果大规模并网则会对大电网的电压、频率造成扰乱，所以要对发电系统、运行方式、并网模式、故障分析、控制手段、接入功率等方面进行专项分析，找到无功调度及控制电压的方法，提高光伏发电功率预测的准确度，从而保证发电系统能够按计划平稳运行。
3.3、加强配电系统的电能质量管理
光伏发电受诸多因素影响较大，从而导致输出功率难以固定，在并网的过程中会给大电网带来波动，给用户用电产生麻烦。逆变器运行过程中产生的谐波及发电系统产生的谐波会造成系统不稳，提高配电系统的电能控制力，能够有效解决这个问题。
3.4、控制光伏发电装机容量
在光伏发电并网大电网技术尚未完善之前，应该尽可能控制光伏发电装机容量，提高能源利用率，优化新能源比例，从而减少其对大电网的影响。
3.5、配电系统规划
光伏发电并网会对配电网产生一定影响，出现电压偏差、电压波动与闪变等情况，制约电网运行质量。为消除此类影响，在并网前必须对光伏发电配电系统进行合理规划，充分分析电压波动与谐波污染对大电网运行产生的影响，采取措施提高电能输出质量与并网技术水平。应根据实际需求分析电源优化配置方案，如电源容量与选址等，选择科学的控制方式、接入位置及并网技术。另外，配电网规划设计时还要重点分析光伏发电原理，确定影响因素，提高发电稳定性，确保实现发电量的准确观测。同时，还需对经济性及安全性等方面进行深入研究。
4、光伏并网技术及其发展趋势
4.1、高效的电能变换技术
多个光伏逆变系统还要重点研究其集群特征与协调运行。要通过对多变换器的统一控制来减少它们的不利影响。还要优化系统的控制方案来实现多组变换器的统一协作。进而完成低电压穿越、潮流分布调节、孤岛调控、机组投入与退出优化，就上述问题目前的研究都仅停留在小容量系统的理论分析阶段，在大容量系统中还没有得到广泛应用。对于大规模系统如何更有效削弱电流谐波，如何使电压谐波大时而电流谐波仍然很低。因此谐波问题是光伏并网要努力解决的关键。通过控制参数的整定、滤波装置、调节脉宽来减少谐波对电能质量的不利影响。
4.2、光伏逆变系统与电网的交互技术
光伏能源的并网需要逆变系统与电网间互动，故要采用具有快速控制功能的调节装置来参与系统的调控运行，进而调节系统的有功和无功，并且减少谐波影响。
总之，伴随着家庭、企业与农业、集团与区域等独立光伏发电系统的安装，特别是当光伏发电量多余时，并入公共电网并需要核算供应电量成本时，并网技术无法完全满足公共电网运行安全性与可靠性要求，且存在核算成本困难等问题。完善并网技术、优化光伏发电系统，是本文开展分析研究的对象。
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论文作者:张秋
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/10
标签：光伏论文; 电网论文; 系统论文; 谐波论文; 电压论文; 变换器论文; 电能论文; 《电力设备》2017年第36期论文;