太阳能光伏发电的并网控制技术

太阳能光伏发电的并网控制技术

董丛笑

董丛笑

保定天威英利新能源有限公司河北保定071000

摘要：经济的快速发展使能源消耗量不断增加，目前全球能源都面临着非常紧张的态势，在这种情况下，利用新能源可以有效的缓解当前能源紧张的局面。近年来，太阳能光伏发电技术得以越来越广泛的应用，而且其技术也日益成熟，其作为新源应用技术的一种，为缓解当前电力的紧缺情况发挥了极其重要的作用。文中从光伏系统并网技术的设计入手，对采用光伏并网技术应考虑的问题进行了分析，并进一步对光伏并网系统的发电量进行了具体的阐述。

关键词：太阳能；光伏发电；并网技术

1太阳能光伏发电系统控制组成要素

光伏电站并网运行必须在多个方面需要满足电网要求，其中包括电能质量、功率和电压调节功能、电网异常情况下的保护特性等，发送电能的质量，必须在谐波、电压偏差、电压不平衡度、直流分量、电压波动和闪变等方面应满足国家相关标准。并网逆变器在单机并网运行时，一般电流纹波较小，但在多机并联运行时，由于逆变器输出电流纹波的同相叠加，可能引起总电流谐波超标或电网谐振，造成电网供电质量的下降，因此必须对光伏逆变器的控制策略进行改进，并在电网合适节点位置配置阻抗滤波以改善电能质量。

调度部门对于不同规模的光伏电站有不同的要求，大型和中型光伏电站应具有有功功率调节能力，并能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。为了实现对光伏电站有功功率的控制，光伏电站需要安装有功功率控制系统，要求能够接收并自动执行电网调度部门远方发送的有功出力控制信号，并根据电网频率值、电网调度部门指令等信号自动调节电站的有功功率输出，确保光伏电站最大输出功率及功率变化率不超过电网调度部门的给定值，维护电力系统的稳定性。

1.1太阳能电池组件

太阳能电池组件是太阳能光伏发电系统的一部分。太阳能电池就是将光能转变为电能的装置。太阳能电池组件的作用是将太阳辐射能直接转换成直流电，供负载使用或存贮于蓄电池内备用。太阳电池工作原理的基础是半导体PN结的光生伏打效应，就是当物体受到光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。太阳能电池的功率与光照强度有关，光照越强，则功率输出越强。一般根据用户需要，将若干太阳能电池组件按一定方式连接，组成太阳能电池方阵，再配上适当的支架及汇流箱组成。

1.2控制器

在独立运行的光伏发电系统中，控制器也是主要组成部件。光伏控制器要根据系统功率、系统直流工作电压、电池方阵输入路数、蓄电池组、负载状况以及用户的特殊要求等确定光伏控制器的类型。由于太阳能能电池组件发的电不稳定，为了提高充电效率和避免过充和过放对蓄电池的损害，所以必须使用控制器对系统的监控和保护。充电控制器主要由专用处理器CPU、电子元器件、显示器、开关功率管等组成。在太阳发电系统中，充电控制器的基本作用是为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，快速、平稳、高效的为蓄电池充电，并在充电过程中减少损耗、尽量延长蓄电池的使用寿命；同时保护蓄电池，避免过充电和过放电现象的发生。同时记录并显示系统各种重要数据，如充电电流、电压等。

1.3蓄电池

蓄电池组是将太阳电池方阵发出的直流电贮存起来，供负载使用。在光伏发电系统中，蓄电池处于浮充放电状态。白天太阳能电池方阵给蓄电池充电，同时方阵还给负载用电，晚上负载用电全部由蓄电池供给。因此，要求蓄电池的自放电要小，而且充电效率要高，同时还要考虑价格和使用是否方便等因素。太阳能发电系统蓄电池，一般选用大容量储能型蓄电池、小电流充、小电流放，这样使用寿命长，系统性能稳定。如果安装地区有低温-10度以下，建议考虑使用太阳能胶体储能蓄电池。

1.4逆变器

逆变器是通过电力电子的方式将直流电转换为交流电的模块设备，是连接光伏发电和电网的重要纽带。逆变器的作用就是将太阳能电池方阵和蓄电池提供的低压直流电逆变成220V或380V交流电，供给交流负载使用。太阳能的直接输出一般都是12V、24V、48V。为能向220V的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。逆变器的选择先是确定你的负载是感性（电机类）还是阻性负载（灯泡类），再蓄电池的电压、负载的功率。

2光伏电站并网技术

光伏电站并网运行必须在多个方面需要满足电网要求，其中包括电能质量、功率和电压调节功能、电网异常情况下的保护特性等，发送电能的质量，必须在谐波、电压偏差、电压不平衡度、直流分量、电压波动和闪变等方面应满足国家相关标准。并网逆变器在单机并网运行时，一般电流纹波较小，但在多机并联运行时，由于逆变器输出电流纹波的同相叠加，可能引起总电流谐波超标或电网谐振，造成电网供电质量的下降，因此必须对光伏逆变器的控制策略进行改进，并在电网合适节点位置配置阻抗滤波以改善电能质量。

调度部门对于不同规模的光伏电站有不同的要求，大型和中型光伏电站应具有有功功率调节能力，并能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。为了实现对光伏电站有功功率的控制，光伏电站需要安装有功功率控制系统，要求能够接收并自动执行电网调度部门远方发送的有功出力控制信号，并根据电网频率值、电网调度部门指令等信号自动调节电站的有功功率输出，确保光伏电站最大输出功率及功率变化率不超过电网调度部门的给定值，维护电力系统的稳定性。

大中型并网光伏电站应具备一定的耐受电压异常和系统频率异常的能力，避免在电网电压或频率异常时脱离，引起电网电源进一步损失。对于小型光伏电站，根据国家电网公司光伏电站接人电网技术规定(试行)要求，当并网点处电压超出规定的电压范围时应停止向电网线路送电;当并网点频率在49.5~50.2Hz范围外时应在0.25内停止向电网线路送电。

3光伏发电并网系统的发电量

并网光伏发电系统的发电量与太阳电池安装朝向、太阳电池的温升和通风、当地太阳辐射能量、太阳电池组件总功率、系统总效率等因素有关。

3.1光伏电池安装方向

光伏发电量对着电池朝向的不同而不同，对安装方向不同的光伏电池的发电量估算时可参照以下原则：在向南倾斜纬度角安装的光伏电池发电量最高，在其他方向安装的光伏电池发电量均照其有不同程度减少。

3.2光伏电池的温升

美国太阳能学会通过研究表明由晶体硅组成的光伏电池，在高于27℃时，每升高1℃，功率损失5%。所以安置光伏发电并网系统中光伏电池应对通风问题进行考虑，防止由于温度太高造成发电工率减小。

3.3辐射量

因为太阳光子分布具有不确定性，造成不同的时段，光伏发电系统的光伏电池组的太阳辐射量也不相同。应该依据光伏电池组的倾斜面角度参照气象台提供的水平面上的太阳辐射量来估算。

3.4光伏发电并网系统的效率

系统输送给电网的实际发电量和系统理论发电量的比称作系统的效率。主要由光伏电池组效率、逆变器的效率、入网传输效率三部分组成。

4结语

光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。太阳能光伏发电降低其发电成本和提高发电效率是业界关注的重要技术问题。所以，太阳能光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。因此，太阳能光伏发电作为一种取之不尽，用之不竭的清洁环保能源将得到前所未有的发展。

参考文献：

[1]董有尔，蒙宇，申甜甜，唐晋娥.太阳能光伏发电系统应用研究[J].山西大学学报(自然科学版)，2013年.

[2]马建武，杜涛，雷亮.大型并网光伏电站的运行维护管理[J].河南科技，2012年.

[3]张喜平,梅柏杉,胥杰,丁佐进.大型光伏发电系统的并网控制技术[J].上海电力学院学报,2011.