试析大容量光伏发电关键技术及对并网的影响

试析大容量光伏发电关键技术及对并网的影响

贾海清马知宏

（中广核新能源内蒙古分公司内蒙古呼和浩特010100）

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及其影响。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。

关键词：大容量；光伏发电；关键技术；影响

一、大容量光伏并发发电的基本原理及特点

1.1发电的基本原理

太阳能光伏发电是以光伏效应为基础，通过使用太阳能电池板对光子产生的电动势进行吸收和利用达到发电的目的。太阳能光伏阵列产生的直流电利用电子转换装置进行转换成可以满足电网使用的交流电后直接利用变压器接入到电网中。而大容量光伏电站一般都达到了兆瓦级别，通过利用集群控制方案来实现逆变器并联运行，并利用特定的中央控制中心对光伏电站的各个子系统进行指挥和写作，运行情况不同，变压器和逆变器的投运方案也不一致，可以有效解决日照率比较低的情况下变换效率问题，提升系统的可靠性。大容量光伏发电集群控制方案是使用多个逆变器共用光伏阵列直流母线排，根据光照情况，投入相应数量的逆变器，进而解决日照率低时变换效率方面的问题，而且由于逆变器是替换工作的，当某台逆变器进行检修或者出现故障后不会对整个系统造成影响。

1.2大容量光伏发电的特点

太阳能作为可再生资源，受太阳光照、环境温度、天气因素的影响，太阳能光伏发电具有比较大的波动性，光伏发电并网逆变器容易产生三相电流不平衡、谐波、输出功率不确定性等，很容易导致电网电压出现闪变或波动，因此要为电网配置相应的质量治理装置。另外，电网质量不稳定会导致电压隆起、电压凹陷等情况，这些情况也会对变换器的正常运行造成影响。大量光伏电源连入到电网后，需要安装保护装置和自动化装置，而对于光伏电源造成的非常孤岛问题需要按照反孤岛保护设备。

二、大容量光伏发电关键技术

2.1大容量光伏设备的关键技术

电网和光伏电站主要是利用逆变器联通的，因此要求逆变器具有可拓展通信功能、可以对无功和有功进行控制、可以降低有功变化率、实现谐波补偿等，技术上要求逆变器具电压等级更高、单体容量更大、电能输出质量更稳定、抗干扰能力更强，并具有可以达到智能电网要求的网源互动技术。在进行并网控制的过程中需要电网电压信号锁定技术更加的精确、快速，可以防止大功率并网时不对称运行情况下和电压采样波动情况下精确锁相。孤岛检测技术要求具有更好的抗干扰能力。集中式光伏电站要在变换器控制的基础上实现低电压穿越，孤岛指令和检测利用输变电系统级别能量进行管理实现；分布式光伏电站要通过控制达到孤岛检测的目的，利用基于配电网的能力管理系统来发出低电压穿越信号指令。另外，大容量多级协作对群控技术依赖程度比较高，同时需要解决大面积组件增加、群控硬件成本增加、MPPT并联所产生的额外串并联损耗问题；对分布式系统进行电网调度时还需要在管理系统的基础上实现多机协作、实时通信。

2.2光伏电站关键技术

一般在有功输出方面要求光伏并网发电可以发出更多的电能，因此如何实现最大功率点的跟踪是一项比较重要的技术。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，可以帮助电网恢复，而将一个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。

三、大容量光伏发电对并网的影响

3.1对电网有功平衡及频率

由光伏电站所引发的严峻情况大多是当整个光伏阵列被一个快速移动的云层完全笼罩导致的光伏出力突然大波动变化所引起的。这就好像电网中突然出现巨大的负荷变化。而这些变化有时是电网可以承受的，但随着电网中光伏接纳量的增多，光伏出力波动量达到超过10%的并网点所连接的负荷时，任何电网系统都会遇到控制难题。有一些措施是可以用来使这种大的波动效应的影响降到最低。光伏电源不是旋转系统，没有转动惯性，因此光伏输出容易迅速变动。随着光伏在电网中渗透率的上升并替换常规能源，电网的整个应对功率变化及系统故障的能力会下降，加大了电网频率跌落的概率。

3.2对电网无功平衡及电压

通常情况下光伏电站并网后输出的无功功率接近为零，输出的有功功率会降低线路中的有功潮流，从而减少在线路上的电压损失，从而抬高光伏并网点及其影响区域的电压，其电压的升高幅度与光伏电站的容量、接入方式、光伏出力方式及上级输电线路的阻抗参数有关。但是光伏电站出力的随机性很强，经常在较短的时间内由于云层移动而出力骤降骤升，从而导致并网点电压会有较大的波动。一般的电压调节措施如加电容补偿根本无法适应这种需要速调节的情况。并且在光伏电站有功出力下降的过程中，也需从电网吸收较多的无功。而国家电网标准中规定大型光伏电站应具有较强的无功电压控制能力，目前大型光伏电站常采用的措施是加载静止动态无功补偿器（SVG），以适应光伏电站这种需要快速调节电压的特性。

3.3对电网的注入谐波

大容量光伏并网发电系统通常采用IGBT等电力电子器件作为逆变器的控制元件，而电力电子器件在高频率的开合过程中会产生大量的谐波，特别是高次谐波。光伏电站的有功出力受天气影响巨大，其波动非常大且经常小于其额定功率，这都将导致光伏电站输出的电路谐波含量增高。根据国内外研究资料显示，光伏电站经逆变后其总畸变率通常3%以上，如果再与并网点的其他因素导致的谐波相叠加，则非常可能导致该处的谐波含量超过规定值。

结语

接入电力系统大中型光伏电站要求具有输出有功和无功的调节能力，并在电网异常状态下起到支撑作用。光伏发电的随机出力特性是对电网造成不良影响的关键，其较小的系统惯量直接影响到电网的稳定性和故障恢复能力，由电力电子开关器件构建的逆变器既是电能质量的干扰源，同时也可以依靠控制实现无功和谐波补偿的作用。大容量光伏发电并网的运行需要借助于净负荷的概念和准确的发电预测模型，与常规机组协作以保证供电可靠性。在光伏设备方面，大容量、高效率、强可靠性的电网友好型变换器是各类产品竞争的焦点，只有达到这一标准的光伏设备，才能真正创造高效的绿色清洁能源。

参考文献：

[1]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.

[2]余涛.光伏发电并网关键技术及其对电网的影响研究[D].上海交通大学，2012.

[3]王迎昌.三相光伏并网发电系统的关键技术研究[D].哈尔滨工业大学，2012.