刘星雨
（国家电力投资集团湖北分公司 武汉市 430061）
摘要：新世纪新能源发展的重要趋势是大容量光伏并网发电。本文描述了大容量光伏发电的原理及特点，与其影响。并针对大容量太阳能光伏电站的并网要求，介绍了大容量光伏并网发电的关键技术的实现方法。大容量光伏设备方面，低谐波、强可靠性的电网友好型光伏产品可以满足效率需求。阐述了光伏发电对电网造成的主要影响，并分析了产生这些影响的原因。
关键词：光伏电站；并网；逆变器；汇流器；MPPT；防孤岛
引言：
我国的太阳能光伏发电经历了与国外对接研发讨论，以及国内的若干示范工程的建设，积累了丰富的运行经验，大规模大容量光伏发电并网运行一定会成为光伏发电的主要发展方向。光伏发电是利用半导体界面产生的光生伏特效应，将光能转变为电能的一种新能源利用技术。主要部件主要由太阳能电池板、控制器以及逆变器三部分组成，再经过太阳能电池串联后，进行封装保护就可以形成大面积太阳能电池组件，最后配合功率控制器和其他部件光伏发电装置就形成了。光伏发电系统包括许多种类，有离网光伏发电系统、并网光伏发电系统以及分布式光伏发电系统等。本文所研究的主体就是并网光伏发电系统。
1. 大容量光伏并网发电原理与特点
1.1大容量光伏并网发电原理
大型并网光伏系统基本由一个或者多个基本单元构成，图1所示，每单元容量大约为0.3-1.0MW，其中大面积的光伏阵列组件在实施光电转换后，会经汇流器把直流电分配到逆变部分，由逆变器和滤波装置进行转换，通过逆变器控制，对光伏阵列的输出电压进行调节与控制。成为满足用电要求的交流电，最后由变压器升压后使用。每个单元的逆变器可以是单台，也可以以是多台并联。
图1 大型并网光伏电站的基本架构
1.2 大容量光伏并网发电特点
光伏发电并网是通过太阳能组件制造产生的直流电，再经过并网以及逆变器转换，最终成符合国家电网标准的交流电直接入公共电网，供人们使用。并网发电系统主要分为有蓄电池的和没有蓄电池的系统，有蓄电池的并网发电系统可以根据需要并入电网或退出电网，同时可以充当备用电源的，在发生故停电时可紧急供电，带有蓄电池的光伏并网系统则不具备可调度性，也不能充当备用电源，这种系统一般安装在较大型的设备上。
目前的光伏发电并网系统主要由太阳能电池阵列及并网逆变器两部分组成，并安装相应的中央集控系统。大容量光伏发电运行模式通过中低压配电网接入超高压大电网，在满足逆变器输出的正弦波电流频率、相位与电网电压的频率和相位相同情况下，才可以实现光伏发电系统并网。光伏并网发电技术关键之处在并网逆变器，为满足这个条件，改进逆变器性能对于提高系统工作效率、提高系统可靠性、提高系统寿命、降低系统成本尤为重要。
2.关键技术及其对并网的影响
太阳能光伏并网发电需要用到许多方面的技术，随着电力电子技术和微电子技术的进步与改进，逆变技术未来会频率更高、功率更大、体积更小产生更高的效率。目前逆变器的研究主要集中在最大功率点跟踪、扰动观察法，及对于“孤岛效应”的防护检测中。
2.1 最大功率点跟踪（MPPT）
最大功率点跟踪技术主要通过调整光伏阵列端的电压，使光伏阵列在不同气候和各种不同环境下实现最大功率输出。许多个小的太能电池组成一个太阳能电池板，根据所需求的电压和电流，可以由不同数量的小太阳能电池块串并联获得。每个太阳能电池都是由具有PN结的半导体组成，下图即是太阳能电池板的等效电路模型。
2.2扰动观察法
扰动观察法指在每个小的控制周期内，通过控制当前太阳能电池输出电压基础上，施加一个小的扰动步长。扰动步长可以在原电压的基础上增加或减小步长，然后对比变化情况得到扰动前后输出功率。扰动前后输出功率可能存在扰动后的功率输出大于扰动前的功率输出，这种情况表明在该扰动方向下输出功率增大，则下一步扰动仍保持相同方向。
2.3防孤岛技术
美国有关专家把孤岛效应定义为：当供电因故障或维修停电时，光伏并网发电系统未能将自身切离市电网路，结果和周围的负载形成的一个电力公司无法掌握的自给供电孤岛。孤岛运行会产生几点问题，第一，维修人员维修输电线路的触电危险；第二，传统继电保护性能可能受到一些配电系统上的影响；第三，电网恢复时产生孤岛的区域与电网相位不同步造成联网困难；第四，若采用单相逆变器可能造成孤岛区域内三相负载的缺相；第五，发生孤岛时，若二次合闸会导致再次跳闸，损害设备和逆变器。
目前较有针对性的保护策略也逐渐诞生，比如当光伏发电系统接入后会将电网结构和电网电流的大小、流向自动改变，触发各种保护装置，继电器保护区缩小。当电网发生故障时，会引起装有分散式发电分支继电器的启动，对电路形成保护。因此，发生故障时，光伏电站的自动保护装置会形成保护，减少失误动作。
2.4技术条件下的影响
经过配电网接入的光伏电站无论以什么方式接入方式，根据其判定是否向输电网倒送功率，配电网中的潮流方向都将发生一些变化，从而导致一系列的影响。
伴随科学力量的飞速提升与策略的逐渐进步，也逐渐产生了更好的MPPT控制算法，较为完善的混合MPPT控制策略。相信这一关键技术很快就会在实际中应用。因此，安装了大容量光伏发电的电网区域需要严格遵循运行规程，同时，需要借助气候监测部门的配合，通过气候状况和发电预测技术结合，并伴随与常规能源统一的调度平台运行，光伏功率预测是解决光电随机性、功率波动性的关键途径。
3.结语
配电网中光伏电源带来的变化将引起一系列问题，大容量光伏并网对电网规划和运行都需要严格全面的考虑，以及成熟的技术支持。光伏并网发电所产生的系统效应，例如谐波放大、系统震荡，都是光伏并网发电系统需要解决的主要问题。在光伏设备方面，大容量、高可靠性的电网效率提升以及友好型变换器，将成为各类产品竞争的焦点，达到这一标准的光伏设备，必将创造出利用高效绿色清洁能源生活的将来。大容量光伏发电技术的成熟并逐渐为人所用，带动太阳能发电更好的未来，为世界的可持续发展创造更大的利益。
参考文献：
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[3]国家电投广水陈巷镇50MWp地面光伏电站设计院图纸
[4]南瑞PCS-9658故障解列保护装置技术资料
作者简介：
刘星雨，男，1974.10，河南驻马店人，本科，工程师，研究方向：能源建设与运营。
论文作者:刘星雨
论文发表刊物:《河南电力》2018年6期
论文发表时间:2018/9/11
标签：光伏论文; 并网发电论文; 逆变器论文; 系统论文; 电网论文; 大容量论文; 孤岛论文; 《河南电力》2018年6期论文;