（1中国能源建设集团天津电力设计院有限公司 天津 300400; 2天津市泰能电力开发工程有限公司 天津市 300400）
摘要：本文综述了大型光伏电站在光伏阵列、变换器以及并网方面存在的一些问题，阐述了其主要特征和关键技术领域的新动态，总结了对国内大型光伏电站建设和运行的一些启示，并对大容量光伏并网发电的技术方向和未来发展趋势进行了探讨和展望。
关键词：光伏阵列；逆变器集群；光伏电站；并网
1引言
建设大型并网光伏电站是大规模集中利用太阳能的有效方式。随着系统成本的持续降低和发电效益的不断提高，大型并网光伏电站具有广阔的发展前景。但是，国内外若干大型并网光伏电站的运行经验表明：大型光伏阵列的固有温度特性和组合特性可能会导致电站出力减小；除了随机波动性较大之外，谐波、不对称、闪变等电能质量问题也影响着光伏并网［1］；电网的非理想电源特性对逆变器并联运行将产生一定影响；电网从自身安全运行的角度出发，对大容量并网光伏电站提出了新的要求。
２大容量并网光伏电站的新问题
２.４逆变器组合的非理想特性
由于各个光伏阵列的最大功率点不同，直流母线电压的控制无法跟踪每个光伏阵列的最大功率
点。更严重的是，直流母线并联为逆变器之间的零序环流提供了通路。在各台逆变器单独控制、触发信号不同步的条件下，即使入网电流纹波小，单逆变器输出电流纹波也会加大，逆变器侧滤波电感负担加重，噪声、发热厉害。
有的光伏电站无直流母排上的并联开关，使逆变器各自跟踪对应光伏阵列的最大功率点运行。与单台集中式逆变器类似，这种方案的逆变器在光照不足时逆变效率大大降低，同时，低光照强度下的电能质量问题也更加恶化。
对逆变器集群进行控制的方式有集中控制、主从控制和对等控制。通过合理设置各逆变器的输出特性，实现自动协作，减小相互之间的影响，使得逆变器集群作为一个整体稳定运行。而目前，多数光伏电站示范工程的逆变器集群无相应的集控策略，相互之间存在影响，这也是其非理想特性之一。
因此，需要研究改进的控制算法或其他措施，及逆变器集群控制方案，避免逆变器并联时产生环流，提高低光照条件下的转换效率。
２.５电能质量问题
光伏发电并网逆变器容易产生谐波和三相电流不平衡等问题，同时，输出功率的不确定性易造成电网电压波动和闪变。目前，谐波问题是制约光伏电站并网最主要的问题之一，很多大型并网光伏电站存在谐波超标问题，在低光照运行条件下更加突出。谐波形成和相互作用的机理复杂，由于大型并网光伏电站一般采用ＬＣＬ滤波，且很多光伏电站通过长距离输电线缆接入弱电网，滤波电容可能引起谐振从而造成某些次谐波放大。大型并网光伏电站的运行经验表明：即使单台逆变器输出电流谐波较小，多台并联后整体输出电流的谐波也有可能超标。此外，实际的电网电压往往也包括谐波成分，造成逆变器输出谐波电流。
需要从来源和传输２个方面揭示谐波的形成和演化机理，据此采取抑制措施。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前，对ＬＣＬ滤波器的谐振和电网谐波模型已有较多研究，但光伏电站应用这些技术较少，且大型并网光伏电站的实际情形与谐波抑制理论相结合的研究还不多。
２.６电网接纳问题
大规模光伏发电并网会对电网产生一系列的不良影响：光伏发电的间歇性出力直接造成电网的电压波动，无旋转惯量的电流源并网接入使得电网的稳定裕度减小。对于接入配电网的大型光伏电站，所造成的潮流变化使得馈线电压调节困难，保护整定更加复杂。电网从自身安全运行的角度出发，要求并网光伏电站具备一定的电源特性，而目前运行的示范工程均未达到这些要求。要真正实现大规模并网，电网和光伏电站都需要相互增强适应性。
３大型并网光伏电站关键技术及其发展趋势
３.１光伏阵列方面
光伏电池是光伏电站最昂贵的元件，其转换效率一直是关注的重点。在单晶硅、多晶硅和薄膜电
池相继问世后，将太阳光集中多倍的聚光式光伏组件目前已经得到应用，其效率可达２４％～２８％。光伏组件的另一个重要趋势就是与ＤＣ／ＤＣ变换器的一体化。每个组件均集成一个小型ＤＣ／ＤＣ变换器，构成一个智能模块，独立进行ＭＰＰＴ和保护控制。但是，光伏电池的抗高温、抗风沙特性尚未引起重视，此方面的研究进展较慢。
应对热斑效应的有效方案是并联旁路二极管，这对于光伏组件是否会产生热斑效应以及热斑效应
的严重程度有直接的影响，需要一套完善的配置和评估方案［2］。同时，结合大容量光伏阵列配置与布局的集成优化，可实现大面积光伏阵列的非理想特性最小化。目前，对热斑保护旁路二极管优化配置理论的研究还较少。
３.２高性能变换技术
多变换器系统要重点关注其协调运行与集群特性。一方面需要通过变换器的统一控制来减小相互
之间的不利影响，如多机孤岛检测的冲突、内部环流与谐波问题等；另一方面需要系统控制方案来实现变换器集群的统一协作，从而完成功率调节、低电压穿越、孤岛检测、与电网的通信、机组投切与优化运行、综合保护策略与故障冗余运行等功能，目前在这些方面已有一定的研究，但都停留在理论分析和小容量光伏系统阶段，尚未在大容量光伏系统中得以应用。
电能质量问题由来已久，针对大容量光伏并网系统，如何更好地抑制低功率、弱电网时的电流谐波及多台逆变器同时并网时电流谐波的叠加，如何在电网电压谐波大时仍保证低电流谐波，都是目前正在解决或将要解决的关键问题。电力电子装置厂商一般通过适当的滤波拓扑结构、合理设计电感和电容参数、控制算法、脉宽调制驱动方式、采样及运算精度，共同保障谐波含量达标。对于大容量并网光伏电站，电网对逆变器、逆变器对电网、逆变器对其控制部分等都有电磁兼容问题，需要采用隔离变压器和电磁干扰滤波器，或通过控制算法、拓扑结构予以减小。
３.３电网友好的网源互动技术
大容量光伏并网对逆变器提出了“电网友好”的要求，这就要求其可以快速控制，拓展通信功能参与调度，控制有功功率和无功功率，减少有功功率变化率，抑制谐波等。智能电网的一个重要特征是吸纳大规模可再生能源发电并网，因此必须具备符合智能电网标准的网源互动技术。
３.４光伏电站的设计规范
国内有关部门正在进行中国光伏电站设计方法的标准化研究。这需要长期运行经验的积累，借助
于可靠性评估技术、拓扑配置优化技术，形成一套科学合理的光伏电站设计方案评价体系和规范化的设计标准，兼顾效率与成本需求，用于指导光伏电站各部分的结构选型、布局优化、辅助设备配置，指导光伏电站的合理建设和运行。未来的光伏电站将与智能电网的建设同步［46］，运用信息化和控制技术实现可再生能源转换。
４结语
大型光伏发电系统正经历从示范到大范围推广应用的关键阶段，还存在较多的技术问题，需要不断改进和完善，主要体现在光伏阵列组合的多峰值特性、光伏阵列温升影响、热斑效应、逆变器组合非理想特性、转换效率、设计规范、电网接纳等方面。针对这些问题，只有研发并推广与之相对应的关键技术，才能向电网注入真正无污染的绿色、高效电能。
参考文献
[1]邓夷.适用于复杂电路的ＩＧＢＴ模型及大面积光伏阵列建模研究[Ｄ].北京：清华大学，2010
[2]余蜜.光伏发电并网与并联关键技术研究[Ｄ].武汉：华中科技大学，2009．
论文作者:韩菲,崔佳文
论文发表刊物:《电力设备》2016年第10期
论文发表时间:2016/7/25
标签：光伏论文; 电站论文; 逆变器论文; 谐波论文; 电网论文; 阵列论文; 变换器论文; 《电力设备》2016年第10期论文;