孙中兴
（广东南海电力设计院工程有限公司 广东省佛山市 528200）
摘要：随着现代工业的发展，人类社会对能源的依赖程度将越来越高，环境污染、传统的燃料能源危机正成为世界各国必须面对的严竣问题。人类社会正努力寻求新的可再生能源，希望能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展。光伏发电作为清洁无污染的可再生能源，其发展正受到人们越来越多的关注。光伏电站因其出力的随机性，对电网电能质量产生一定影响。
关键词：光伏电站接入系统并网
引言
光伏发电作为一种清洁、无污染、可再生的能源受到人们越来越多的关注。我国的光伏产业在国家政策的支持下得到迅猛发展。如今光伏并网主要分为分布式并网和集中式并网。分布式并网主要用在配电网，离负荷较近，由于其电压和无功调节困难，功率因数控制也存在技术难题，因而未被广泛采纳;集中式并网的电力交换是单向的，适用于大型光伏的并网，通常离负荷点比较远，也是当前国内大型光伏电站普遍采用的并网方式。
1、光伏发电系统原理
所谓并网光伏发电系统是指太阳能电池利用太阳辐射能量产生的直流电（即太阳能电池的“光生伏特效应”）通过并网光伏逆变器转换成交流电向电网输送的系统，其本质是利用太阳能进行发电的发电站。与通过煤、石油和天然气等传统能源进行发电的发电站系统相比，并网光伏发电系统具有可再生、无污染等优点。
并网光伏发电系统由以下几个主要部分构成：
1)光伏组件阵列：其作用是利用光生伏特效应将太阳辐射的能量转换为直流电，系统向电网输送的所有电能均由其提供。
2)并网光伏逆变器：其作用是将光伏组件阵列输出的直流电通过电力电子转换装置转换成符合上网要求的交流电。
3)公共电网：其作用是吸收并网光伏逆变器产生的电能，通常可以将其看作一个无限大的交流储能装置。
4)并网光伏发电系统中一般还都配有直流汇流箱及直流配电柜、交流配电柜、监控系统等设备。对于大功率的并网光伏系统，通常还配有大容量变压器以将其产生的电能直接送入
高压电网。
2、光伏发电系统并网方案
光伏并网发电系统主要有两种并网方案：输电侧并网和配电侧并网。配电侧并网方案又分为0.4kV并网与10kV并网方案，配电侧原理框图如图1、图2所示。
图1分布式0.4kV并网发电原理框图图2分布式10kV并网发电原理框图
2.1并网保护功能
作为并入电网的发电设备，本项目逆变器提供了先进的并网控制技术，保证并网运行对电网无冲击、无扰动；提供了全面的保护技术，保证接入电力系统的安全运行，各功能均符合GB/Z19964-2005光伏发电站接入电力系统技术规定。
2.2无冲击、无扰动的并网控制
如某项目逆变器的核心控制采用先进的SVPWM技术，通过检测电网电压，输出与电网同频、同相的电流，电流幅值受程序控制，可以与池板功率成正比。该控制方法既保证了并网逆变器运行对电网电压无冲击、无扰动，又能保证并网电流低谐波和高功率因数。该技术已成功应用于国家十一五科技支撑计划“1.5MW以上风力发电系统产业化研究”中，并已在同行业中得到了广泛的应用。
2.3无直流分量、安全、抗干扰的隔离变压器并网方式
每台逆变器均配有同功率级别的隔离变压器，逆变器通过隔离变压器进行并网，实现了对直流分量的电气隔离，同时提高了逆变器的并网安全性和抗干扰性。
2.4电网过压、欠压保护，过频、欠频保护
接入电网发生故障出现过压、欠压、过频、欠频状况时，逆变器停止向电网供电，跳开交流接触器，同时发出警示信号。过压、欠压保护阈值为“380VAC（-10%~+15%）”，过频、欠频保护阈值为“50±0.5Hz”。
2.5恢复并网保护
（1）由于超保护阈值状态导致逆变器停止向电网供电后，在电网的电压和频率恢复到正常范围后的20s到5min，逆变器不向电网供电。达到整定时间后，系统再自动检测电网电压、频率、相位是否与本身的电压、频率、相位在一定范围内，如果一致，自动控制交流接触器合闸重新与系统并网发电。
（2）当本系统没有能量输出，不能对外供电时，监控系统自动跳开交流接触器，这样可以减少隔离变压器的不必要电能损耗。
2.6保障维护人员安全的防孤岛效应
保护并网逆变器是独立的发电设备，为了保护运行维护人员在电网故障停运时的安全，本项目逆变器提供了“防孤岛效应保护”，若逆变器并入的电网供电中断，逆变器在2s内停止向电网供电，同时发出警示信号。
2.7谐波分量控制
光伏发电系统通过光伏组件将太阳能转化为直流电能，再通过并网型逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流并入电网，在将直流电能经逆变转换为交流电能的过程中，会产生谐波。并网发电后，将在发电段进行谐波检测，根据检测结果进行针对性治理，主要依靠并网逆变器来保证。并网逆变器在出厂时都经过严格检测，其各项指标均要满足要求才可能进入市场。控制产生的谐波分量满足GB/T-14549-1993要求及满足国家光伏发电系统0.4kV电压侧接入电网的相关技术规定。
2.8监控系统功能
1)基本功能
本系统提供了对外的以太网接口、USB接口等通讯方式，光伏电站与电力系统调度部门
之间通信方式和信息传输由双方协商一致后做出规定，包括互相提供的模拟和开端信号种类，提供信号的方式和实时性要求等。
2)正常运行信号
在正常运行情况下，光伏电站向电力系统调度部门提供的信号包括：光伏电站的公共连接点处电压、注入电力系统的电流、有功功率、功率因数、频率和电量等信息。
3)故障信息
光伏电站具有故障记录功能，可以保存故障记录，同时记录故障前10s到故障后60s的
相关数据。
2.9检测、计量采用三相电子式多功能电能表，实现有功双向）电能、无功（四象限）电能计量。
3、光伏接入对电能质量影响
光伏并网对电能质量的影响主要体现在电压和谐波上两方面。目前国内外关注的重点是研究具有电能质量调节功能的光伏并网系统，研究内容主要包括:利用有源滤波器抑制无功与谐波电流;改进并联控制器补偿电压质量;复合统一电能质量调节器同时调节谐波与电压质量等。光伏电站按方案一接入电网对电站周边主要母线电压的偏差影响均满足相关技术标准。并网光伏电站存在DC-AC变换环节，需要采用大功率的电力电子变换器件，不可避免会对电网产生谐波污染，可根据有关技术规定选择满足要求的逆变器，尽可能减少谐波污染。
4、结论
本文对光伏发电站系统接入方案进行了探讨，提出了光伏发电站系统接入原理和方法，光伏发电站系统的接入是一个较为复杂的系统工程，涉及电力系统的安全可靠运行，通过采用提到的系统接入方法，可实现光伏发电站和电网系统的安全可靠运行。随着电力工程技术的不断发展，特别是智能电网的逐步建立，光伏发电站系统接入将更加可靠简便。国家政策的大力扶持、光伏技术的日趋成熟、制造成本的不断下降，相信光伏发电在我国将会有越来越广范的应用前景。
参考文献：
[1]任新兵.太阳能光伏发电工程技术［M］.北京：化学[1]工业出版社，2012.
[2]王昌国.太阳能光伏发电系统原理与应用技术［M］.北[2]京：化学工业出版社，2012.
论文作者:孙中兴
论文发表刊物:《电力设备》2016年第11期
论文发表时间:2016/8/22
标签：光伏论文; 电网论文; 逆变器论文; 电能论文; 系统论文; 谐波论文; 电压论文; 《电力设备》2016年第11期论文;