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摘要：随着国家经济的发展，对于电能的需求逐渐增多，为满足人们对电能的需求，大容量光伏发电接入电网系统逐渐形成，并被广泛应用。在大容量光伏发电接入电网系统应用以后，有效解决了电能不足的现状，而它对电能质量也产生了一定影响。
关键词：大容量；光伏发电；技术；并网；影响
1大容量并网光伏电站系统构成
如图1所示，光伏发电系统包含了大量的电池组件光伏阵列，电池组件经过串联后连接到汇流箱，一个串列中的一块电池组件如果出现问题故障，往往会引起整个串列电池组件的发电故障，甚至会影响其他串列的正常工作，因此对光伏电池组件故障的及时发现和处理是非常必要的。实际应用中一般在汇流箱内安装有可通信的智能采集装置，对每一个电池组串列进行电流、电压等参数的监控，并实时将参数反馈到主监控系统中，来实现对大规模光伏阵列的集中监控。逆变器是光伏发电系统中的核心元器件，其主要功能是将光伏阵列侧的直流电转换为并网侧的交流电，实现并网和各种故障的处理。在我国西北地区的大型光伏电站系统中逆变器往往可以根据日出、日落自动并网、离网，夜间切换至待机状态功耗极低，实现无人值守，并集成了RS485通信接口，实现远程集中监控，而且可以通过远程通信调整输出功率，在非逆流型光伏电站应用场合配合逆功率监测装置协同工作，可实现对逆流的管理和控制。逆变器转换的交流电往往要经过滤波处理以及经变压器升压至中高压后才能变成满足用电质量要求的交流电能，然后才能进入并网柜并入电网。并网柜的主要功能是负责对并网侧的各类电力参数进行测量，包括电压、电流、功率、功率因数、电量、谐波等，其结构包含了断路器以及电力仪表等器件。
图1大型并网光伏电站的系统组成
2大容量并网光伏电站的特点
与小型光伏电站或分布式光伏电站相比，大容量并网光伏电站具有以下技术特点：并网难度大，在参数设置不当或不稳定系统中，所产生的电能质量较低，且功率不稳定，容易对本地电网产生干扰，引起电网电压波动或孤岛等。光伏发电作为无旋转惯量、小时间尺度的电能形式，保证电网安全稳定运行的技术难度往往随着电站并网规模的增大而提高。系统中采用的逆变器种类多、容量大，实践中往往采用多个逆变器组合，并由变压器升压到中高压（10/35kV）并网的方式。通过增加逆变器的数量来提高电站并网系统的冗余度，并在光照条件较差时使某些逆变器停止工作从而提高电能的转换效率，此技术的缺点是随着逆变器的增多，系统中环流和谐波放大等现象也会增多，而这些因素往往是影响电能质量的关键。光伏阵列规模较大，不能保证所有组件性能一致。电池组件的性能一方面与生产厂商以及型号等固有特性有关，另一方面与其所应用的工作环境有关，例如组件的光照强度、工作温度不同，电池组件的性能也不相同。为达到理想的光伏阵列组合特性要求，要尽可能地减少组件的内部损耗。
3大容量并网光伏电站关键技术
3.1光伏阵列
光伏阵列是通过太阳能电池板以串联、并联的形式方阵化而得；太阳能电池板是通过太阳能电池（Photovoltaic，PV）组件化而得。太阳能电池作为光伏系统中最基本的单元，其将太阳能直接转化为直流电流。太阳能电池中应用最广泛的半导体材料是硅（Si），可细分为非晶硅、晶体硅两类，晶体硅电池的可靠性高，大多应用于户外的光伏系统中。由于单个硅电池的功率较低，通常采取一定数量的光伏电池串并联来获取较高的输出功率。由一定数量的光伏电池在工厂连接和密封后构成光伏组件，再由一个或多个光伏组件以共同的支持结构连接形成了光伏阵列。光伏阵列的电压与串联组件的个数成正比；电流与并联组件的个数成正比。太阳能电池的性能参数主要有：开路电压V、短路电流I、峰值电压U、峰值电流I、峰值功率Pm、填充因子、转换效率以及电流和电压参数的温度系数等。其中，开路电压V和短路电流I和是用来描述太阳能电池特性最为重要的一对重要参数。开路电压V是在太阳能电池空载时（Ipv=0），在电池端口测得的电压，一般为0.5~0.7V；短路电流I是将电池两输出端短路（Upv=0）测得的。同时，短路电流I还与太阳光的辐照强度及电池片的温度有关；当其他参数确定时，光伏电池的输出电流Ipv取决于其两端的电压Vpv，其典型特性曲线如图2所示，随着电池端口电压的上升，输出电流下降直至最后到零。为此需依据电站实际情况对太阳能电池的性能参数进行合理设置。
图2 Ipv~Vpv典型特性曲线
3.2有功输出
一般情况下，在有功输出方面要求光伏并网发电可以发出更多的电能，因此实现最大功率点的跟踪是技术处理的关键所在。由于最大功率点跟踪对跟踪的准确性、快速性和稳定性要求比较高，常用的电导增量法、干扰观测法、恒定电压法等还无法实现有功输出的可调节性，有功调节技术必须要利用储能设备来实现。但是由于储能设备容量比较小，并且价格昂贵，不能做到实时补偿，储能作用也受到了比较大的影响。此外，由于储能需要花费时间，无法达到实时补偿的目的，在一定程度上对储能作用造成了限制。光伏发电和风电接入一样，当光伏装机容量增加后，系统的稳定性也会受到影响。实践证明，当系统因短路导致电压跌落后，可再生能源发电机会持续和电网连接，可以促进电网恢复，而将 Buck 电路接入到变换器直流母排，可以对功率进行消耗并防止直流母排电压过大。如果直流母排电压变大，光伏阵列出力会随之降低，可以更好的实现低电压穿越。
4光伏并网系统对电网带来的影响
4.1对电能质量的影响。随着光伏并网容量增大，需要大量电力电子器件接入电网中，其会在电网中产生大量谐波。这些谐波是制约能否大规模并联接入电网的重要因素，现今的有很多光伏电站的电能质量不合格。即使一台光伏逆变器满足要求，但由于谐波的累加性，多台光伏逆变系统并网后也可能引起谐波污染。所以对于谐波问题要考虑多台逆变器的相互影响。多台逆变器间存在耦合，从而导致对谐波问题分析变得复杂。系统间的耦合给其控制带来不利影响，导致逆变器并网产生的谐波超出范围。
4.2对电网稳定性的影响。光伏能源有波动性和间歇性特征，进而使系统的运行点改变，与普通电源的控制方式不同，会改变系统的阻尼，使系统产生新频段范围振荡。文献[3]表明了电网向系统注入的有功和
无功可以进行解耦控制，进而设计出功率的附加控制策略，该策略可抑制电网功率振荡。
5改进措施
5.1 电网运行控制
对于并网之前的配电系统来说，其调度以及监控等都是由电力机构统一进行管理的，原有的配电网结构属于无源的放射式，所以在开关操作方面、信息采集方面以及能源调度方面都相对比较简单。但是在光伏发电系统并入之后此过程就变得非常的复杂，要想有效控制电网的运行需要对光伏电站的发电情况进行远程监控，对于分布式光伏发电信息以及对象进行远程的监视，这样能够确保充分掌握并控制分布式电源的投入、退出以及功率的流动。
5.2建立健全光伏并网的相关标准以及规范
在正式进行并网之前，电网首先要对光伏并网发电系统相关的技术参数、基本控制性能和电网能够承受的扰动能力的相关标准进行充分的研究分析，制定出光伏并网的相关技术标准（主要包括接入电压等级、光伏发电的规模、无功配置以及电能质量等等），同时也要对大规模接入光伏发电系统所需要具备的条件等相关技术标准以及规范进行研究。通过相关标准和规范的制定，从制度层面来保证并网后不会对原有电网安全运行造成损害。
5.3光伏发电质量
针对光伏接入后电能质量问题，国内外学者提出了许多抑制谐波的方法，如：增加谐波补偿器、无源固定频次滤波器、有源滤波器、混合滤波器等。电力公司制定相应的技术标准来限制光伏发电的谐波数，同时也制定相应的计划定期对光伏发电系统的逆变器实施检测以及维修，确保光伏发电质量。根据《分布式电源接入配电网设计规范》，分布式电源（10kV 接入）应实现电能质量在线监测功能，并可监测三相不平衡电流，该分布式发电应保证并网点处功率因数在 0.95 以上，向配电网送出的电能质量应满足以下指标：电压波动：输出为正弦波，电压波形失真度不超过 5% ；电压值：电压值偏差小于额定电压的 7% ；频率：输出电压频率为 50±0.5Hz ；谐波：分布式电源接入配电网 后，公共连接点的谐波电压应满 足 GB/T14549 的规定；直流分量：向公用并网点注入的直流电流分量不得超过其交流额定值的 0.5%。
5.4 合理开发利用光伏资源
近几年国家大力倡导发展光伏发电产业，积极推广“光伏扶贫”工程，走出一条产业扶贫、生态发展扶贫和清洁能源建设扶贫的新路子。光伏扶贫清洁环保、技术可靠、受益稳定，既发展了新能源，又实现了脱贫增收，为贫困地区脱贫攻坚培育了新产业，为壮大贫困村集体经济开辟了新路径，为解决贫困群众稳定脱贫提供了新手段。但是新能源项目的选址与电网发展的衔接不够，无序开发问题严重，电力公司要提前介入、提前规划，理顺光伏发电并网管理流程，深入贯彻国家光伏政策，实现政府、贫困户和电网发展共嬴，合理利用土地、厂房或仓库屋顶、水库、湖泊等现有条件开发太阳能资源，为光伏行业的发展铺路护航。
5.5“孤岛”检测
电力公司要求接入电网的光伏发电站必须配备防“孤岛”检测装置来防止对人身和设备的伤害，而逆变器的“孤岛”检测就是需要解决的一个核心问题。常用检测“孤岛”的方法主要有主动式检测法、被动式检测法和通讯式检测法。主动式检测方法是向是逆变器的输出加入一定规律的扰动信号，当电网正常供电时，电网的钳制作用使得扰动信号对电网无影响，一旦电网出现故障，扰动将快速累积并超出允许范围，便可检测“孤岛效应”；被动式检测方法是利用电网断电时逆变器输出的电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛效应检测；通讯式检测法是利用通讯手段检测断路器的开断状态或发出载波信号并根据信号的变化判断“孤岛效应”。主动式检测法的检测精度和准确率高、检测盲区小甚至无检测盲区，但会影响电能质量；被动式检测法不会影响电能质量，但存在较大的检测盲区；通讯式检测法实时性强，稳定性高，对电能无影响，但成本较高，操作复杂，经济利润低。
6结语
大容量并网光伏电站作为开发新能源的重要内容，正在从技术探索阶段走向大范围的推广应用，其中还存在着不少技术难题，需要人们对关键技术深入研究，只有研发出相应的技术，才能真正向电网注入绿色、无污染的电能。
参考文献：
[1]赵争鸣，雷一，贺凡波，鲁宗相，田琦.大容量并网光伏电站技术综述[J].电力系统自动化，2011，12：101-107.
[2]雷一，赵争鸣.大容量光伏发电关键技术与并网影响综述[J].电力电子，2010，03：16-23.
[3]艾欣，韩晓男，孙英云.光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望[J].现代电力，2013，01：1-7.
论文作者:白守湖
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/21
标签：光伏论文; 电网论文; 电压论文; 电能论文; 谐波论文; 逆变器论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第20期论文;