农村分布式光伏发电并网的关键技术研究

农村分布式光伏发电并网的关键技术研究

朱秋轶 张帆

国网江苏省电力有限公司丹阳市供电分公司 江苏丹阳 212300

摘 要：随着国家新农村建设的深入推进和光伏的精准扶贫政策，光伏发电产业在农村地区迅速发展。由于农村地域范围广，农村配电网一般呈现出简单的辐射链结构，电力负荷相对分散，配电距离长，供电质量相对不稳定。使用光伏性能特征,将分布式光伏应用程序在农村地区根据当地条件,由于农村光伏发电控制相对困难,因此有必要对农村分布式发电的光伏(pv)的关键技术研究,开发和适应农村配电网的特点,并网逆变器控制装置,提高光伏原位水平,解决农村电网电压不稳定、三相不平衡等问题，促进高品质光伏产业的发展。

关键词：农村分布式；光伏发电；并网；关键技术

1 分布式光伏发电并网系统 1.1 光伏发电系统组成 光伏发电系统组成部分主要为汇流器、光伏电池板、蓄电池以及逆变器，通常情况下，单块电池板并不能将电流、电压直接提供至逆变器，无法让用户得到380/220V交流电，因此，通常采用串并联方式连接光伏电池板，利用汇流器汇总光伏电池板发出电能，让逆变器得到充足电能供给。与此同时，受运行时间的延长，输出功率稳定性可能会受到影响，因此，需要将储能设备应用在光伏发电系统中，如电网、蓄电池，如果光伏电池输出功率相对较高，那么利用蓄电池可以储存多余能量，并在电网输送。

1.2 分布式光伏发电系统结构 1.2.1 独立发电系统

独立发电系统具有运行独立性，一般情况下，该系统可以对边缘地区供电，让医院冷藏系统、家电照明系统、供水系统等系统设备得到有效运行，独立光伏发电系统的应用可以让边远地区一直存在的供电问题得到有效解决，但就目前来看，如果环境温度发生变化、光照强度发生改变，其输出特性可能会有变化存在，其系统运行稳定性可能会受到影响。需要对其制定定期维护策略，因此，该系统所需维护投入成本相对较高。

1.2.2 并网发电系统 并网发电系统可以和电网互相连接，可以让电网得到电能输送，现阶段，并网光伏发电系统同样得到了广泛应用。利用汇流设备，光伏阵列可以转移至逆变器，逆变器可以转换光伏所发电能为接入点公用电网一致频率、电压以及相位电能。在并网发电系统中，需要保证逆变器具有电能形式转换功能，同时应具有防逆流功能、防孤岛功能。在光伏电站中，需要根据接入点差异性将其划分为差异化电压等级接入方式以及多途径发电方式。和独立发电系统相比，并网发电系统设备及控制系统要求相对较高，在并网发电系统中，蓄电池主要为公用电网，并网光伏系统的建设可以让光伏电站建设成本得以降低。

2 农村分布式光伏发电并网关键技术

2.1 控制系统的研究与开发

通过研究并网控制装置的同步、协调控制技术以及农村配电网继电保护功能及故障定位方法，开发适用于农村地区的光伏并网控制装置和故障保护器，实现各个逆变器统一协调控制，使分布式光伏并网安全稳定运行。

2.1.1 并网逆变器的同步控制技术研究与开发

并网系统逆变器通过对主配电网的电压、相位、频率等信号进行实时采样并比较，保证逆变器输出与主配电网同步，实现同步闭环控制功能；同时对直流输入和交流输出等电压进行检测并比较，对并网逆变器进行启动和关闭输出，实现自动并网运行。

2.1.2 故障定位及继电保护装置的研究与开发

分布式光伏并网系统装设过压、失压、频率检测与保护、过载过流、漏电、防雷、接地短路、自动隔离电网、逆向功率自动检测与保护，实现故障定位，保证并网系统与设备正常运行。

2.2 三相不平衡治理

在分析农村地区各类负荷特性的基础上，考虑用户侧可调可控负荷、可控分布式光伏电源、分布式储能等技术特点和实现方式，研究基于分布式光伏发电与配电网三相不平衡治理传统技术相结合，治理配电网台区中存在的时空分布不平衡的单相负荷，使配电台区三相负荷完全或最大限度地平衡。

2.2.1 分布式光伏发电与三相不平衡治理装置分层控制

根据传统三相不平衡治理的方法，分析分布式光伏发电在配电台区的出力特性，如分布式光伏发电出力的响应速度和稳定特性等；同时研究分布式光伏发电容量大小和布点对三相不平衡治理效果的影响。

2.2.2 分布式光伏发电与低压负荷协调管理

研究带分布式光伏发电的台区负荷调控技术，提出支撑配电台区分布式电源与负荷时空转移策略与实现的技术手段，保证三相负荷的平衡。

2.2.3 分布式光伏-储能与三相不平衡协调治理

分析靠分布式光伏治理三相不平衡与依托光-储联合系统调节三相不平衡的区别，并研究储能容量大小及布点位置对于三相不平衡治理的影响；结合分布式光伏布点研究内容，综合分析光-储系统容量大小及位置对三相不平衡治理的影响，以此为目标对于光-储系统进行优化配置。

2.3 长距离配电网的电压协调控制

为了解决长距离配电网光伏发电并网接入带来的系统不稳定等问题，提高分布式光伏发电消纳能力，分析分布式光伏发电长距离配电网调压设备优化配置和电压分层分区协调控制等技术。

2.3.1 分布式光伏发电长距离配电网运行特性及调压设备优化配置

利用分布式光伏发电长距离配电网调压设备优化配置模型和方法，根据长距离配电网内的调压设备类型、分布式光伏电源的接入位置和接入容量，开展馈线调压器的优化配置模型研究，分析其配置容量和接入位置。

2.3.2 分布式光伏发电长距离配电网电压协调控制

基于多代理系统和分布式通信，建立分布式光伏变流器接入点电压控制和其相邻节点电压、相邻线路潮流等之间的联系，实现区域电压自治调整的目标；通过量化指标体系和安全运行约束制定全局优化策略，实现动态调整调控策略，对变电站级有载调压器、电容器组等离散电压控制设备以及分布式光伏变流器有功功率和无功功率输出进行协同优化调度。

2.3.3 分布式光伏发电的配电网电压分层分区协调控制

在长距离配电网分层分布式协调控制技术研究的基础上，开发分布式光伏发电参与配电网电压协调控制的控制系统，并搭建相应的动态模拟实验系统，能够对所研究的电压协调控制策略进行有效验证。

2.4 多台逆变器并网运行的谐振抑制

分析农村较弱系统对多台逆变器并联谐振的影响，并对产生的谐波进行特性分析，研究谐波抑制策略，有效提高并网逆变控制系统的稳定性。

2.4.1 利用输出阻抗模型分析多台光伏并网逆变器间的交互影响

通过分析输出阻抗模型传递函数，研究并网逆变器数量、组成比例和电网阻抗对系统谐振特性的影响，并软件仿真验证分析所得的结论。

2.4.2 分析控制器间的时间误差对谐波的影响

由于光伏并网逆变器之间的控制单元是独立控制，因此，控制单元间的控制时钟不可能完全同步，这个细小误差会使得逆变器单元输出电压频率存在差异，导致谐波问题。针对多个并网逆变器的谐振问题，采用多种控制方法对比，综合提出抑制谐振的方案。

结束语:

针对分布式光伏发电影响农村不同区域配电网等问题，利用光伏发电系统电压协调控制和负荷协调管理，研究出适应农村地区特点的分布式光伏发电并网控制装置，使农村分布式光伏发电具有安全、可靠、环保特点，同时也降低了农村偏远山区用户的用电费用问题，也让更多农民从光伏发电中获得了一定的经济收益。

参考文献:

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