大容量光伏发电关键技术及对并网的影响

大容量光伏发电关键技术及对并网的影响

陈宇

（北京天诚同创电气有限公司北京市100176）

摘要：太阳能光伏阵列利用电子转换装置进行转换，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协作，运行情况不同，变压器和逆变器的投运方案也不一致，可以有效解决变换效率问题，提升系统的可靠性，鉴于此，本文对大容量光伏发电关键技术及对并网的影响进行了分析探讨，仅供参考。

关键词：大容量；光伏发电；光伏设备

一、大容量光伏发电的特点

集中式和分布式作为大容量光伏并网的主要发展方向，其中分布式太阳能光伏电站主要是就近对用户的相关问题进行解决，并利用并网达到供电差额的外送和补偿，可以降低电路损耗。通过微电网和智能电网的有效连接，在运行条件下可以单独运行，但是这种方式配电网潮流方向会随时变化，逆潮流会使所有的保护都重新进行设定，无功调节和电压调节难度增加，对通讯和二次设备也有了更高的要求，系统也更加的复杂化。

而集中式光伏电站主要是对一些比较稳定的太阳能资源进行利用，将产生的电能连入到高压输电系统并进行远距离负荷的供应。光伏电站的控制灵活性和稳定性好，运行过程中不需要燃煤运输、水源等资源，具有比较强的环境适应能力，运行成本低，扩容方便；但是这种方式需要依靠长距离的输电线路送入到电网中会出现电压跌落、电能损耗、无功补偿等问题。同时由于大容量光伏电站需要利用多个变换装置进行组合后实现的，需要统一对设备进行管理，对技术要求比较高。

二、大容量光伏发电对并网的影响

当下绿色建筑的观点受到人们普遍的倡导和推崇。虽然建筑工程本身在施工过程中不可避免的会产生一些资源损耗和污染，但人们可以通过应用先进的建筑技术来尽量降低环境的污染、减少工程耗能，保证资源得到有效的利用。伴随着家庭、企业与农业、集团与区域等独立光伏发电系统的安装，特别是当光伏发电量多余时，并入公共电网并需要核算供应电量成本时，并网技术无法完全满足公共电网运行安全性与可靠性要求，且存在核算成本困难等问题。

1、对电网运行造成的影响

（1）光伏电站电压控制可以帮助电压调节；（2）光伏发电提供的系统惯量比较小，而系统惯量的减少程度会对高比重光伏的稳定性造成影响；（3）接纳方式方面，停运常规机组的危险性更大，大机组的停运会使系统惯量减少并进一步破坏系统的稳定性。（4）低压电穿越功能会改善电网恢复特性。

2、对配电网造成的影响

（1）电压调节的影响。光伏渗透率达到一定值后出力特征会产生变化，馈线潮流也会随之产生变化，甚至还会有一些逆潮流进入到输电网中会对馈线电压调节设备的运行造成影响。而出现潮流倒送的情况是变电站和光伏电源之间会产生一个电压降的变化，此时可以通过对变压器的调压开关进行调节后修正。（2）保护整定和短路电流。光伏逆变器主要是用于控制电流源的，如果有短路故障出现需要立即切除保护逆变器，所以常规机组逆变器短路电流并不会影响电网的稳定性。二次保护整定主要是因为和变压器连接的逆变器会产生接地回路，另外潮流的变化对导致电压分布发生变化，对零序电流造成影响。（3）产生接地电源，由于变压器连接的方法不同，变压器和逆变器之间有可能会产生接地回路，会对零序电流造成影响。此外，当单相接地出现故障后会导致末短路相的对地电压。

三、大容量光伏发电关键技术

1、大容量光伏设备的关键技术

光伏组件和电网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等，技术上要求等级更高、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、光伏电站关键技术

一般情况下，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。

3、分布式并网技术

分布式并网是指光伏发电电能被直接分配到用电负载，若电力多余或不足，则连接大电网进行调节。整个过程与大电网保持双向交换。

分布式光伏发电的构成主要包括：（1）太阳能电池组件；（2）保护装置；（3）电路；（4）逆变器；（5）电网接口。其中太阳能电池组件是光伏系统中的核心部件，其作用是把太阳能转化成电能。逆变器是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池组件产生的电为直流电，而实际应用过程中绝大部分负载都是交流负载，因此需要此装置将直流电转换成交流电以供负载使用，且可并网向国家大电网供电。在分布式系统的并网技术中，发电与用电并存。

针对发电，地面电站要将多余电量升压、变频后接入配电网，实现区域就地消纳原则，而不是公共电网。根据配电网中的潮流方向要调整变化，逆潮流导致额外损耗，相关的保护都需要重新整定，变压器分接头需要不断变换。

要装配电压和无功调节控制技术以及防止短路技术的设备。需要配电网级的能量管理系统，在较大规模电量接入的情况下进行负载协同管理；对二次转换设备和通讯提供了新的要求，系统较复杂。

在分布式光伏系统设计时，其系统要与公共电网衔接很关键。在设计电网接口时，要关注光伏（PV）系统电网接口特性（国家标准GB/T20046-2006）中的关键指标，使得系统设计规范，并网性能优良。

结束语

综上所述，大容量光伏发电接入要求具有无功和有功的输出作用并可以在电网出现异常后发挥支撑的效果。在光伏发电方面，为了提高电网运行的稳定性和可靠性需要接入高效率、大容量、高可靠性的光伏设备，只有这样才可以创造更高效的绿色能源。

参考文献：

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[3]韩晓男.大型光伏电站并网特性及其控制技术研究[D].华北电力大学，2014.

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