阐述分布式光伏发电技术在微电网中的运用

阐述分布式光伏发电技术在微电网中的运用

刘一锋 张志强

清华大学山西清洁能源研究院 光电半导体器件及系统联合研究中心山西太原 030000

摘要：微电网属于一种全新的电网结构，适用于当前社会发展，而分布式光伏发电技术作为微电网结构的技术支撑，做好分布式光伏发电技术在微电网中的运用则十分具备研究价值。

关键词：分布式光伏发电技术；微电网；系统；工作机制

引言：为了满足国内社会发展对电力能源的需求、弥补传统电网的不足，微电网应运而生，为了更好的发挥微电网运用价值，本文将对分布式光伏发电技术在微电网中的运用进行分析。

（一）微电网分析

1、微电网含义

微电网是全新的网络结构，又称微网，其具有规模小、独立性强、分散性高等特点，系统由负荷、储能控制装置等构成。研究发现，微电网在现实应用时表现出了强大的自我保护能力及优秀的控制管理效果，并具备独立运行、外部联网运行两种能力。通常传统大电网是微电网概念建立的基础，其利用专业拓扑结构组合各类分式电源及负载构成全新网络结构。

2、微电网特征分析

现如今，微电网技术在国内电力系统中已经被广泛推广使用，并具有如下特点：

一是，微电网可以在主网发生故障、扰动等情况时，经并网运行模式转换为独立运行模式，然后继续供电，所以提高了供电可靠性，满足了无缝切换供电模式的需求。

二是，微电网操作简单方便，具有较好的调峰特性，因参与运行的系统相对较少，故启动和停止的反应速度都非常快，能够更好地实现全自动化。^[1]

三是，可合理运用分布式光伏发电，能结合用户需求进行调控，避免了大面积停电现象的发生，所以运行可靠性较高。

（二）分布式光伏发电系统的构成

所谓分布式发电，即“发电功率小、分散、非外送型，且在用户周边直接布置，电能无需远距离输送便可直接使用的发电模式。”通常热电联产机组、燃料电池、生物质能发电、太阳能光伏发电均属于分布式发电系统。

分布式光伏发电主要是太阳能光伏发电，其又由离网式、并网式两种构成。

离网式，即“未把电力系统并入其它电网运行，其组成要素包括太阳能发电机组、控制器及蓄电池，如果需要给交流负载供电，需安装逆变器把直流电转成交流电；该系统应用范围包括边缘山区供电系统、太阳能路灯等配备蓄电池等储能部件的、能独立运行的光伏发电系统；同时储能部件续航能力需满足阴雨天连续供电3~5日的要求。”

并网发电系统即“利用太阳能发电机组生产直流电，经逆变器转化为传统电网所需交流电后，接入公共电网。”该电网无需储能部件，不过必须接入电网方可确保供电可靠性。并网光伏发电又由逆流、无逆流光伏发电系统两种组成，差异为在电量充足的情况下是否可以为公共电网供电。同时，还可分为切换型/携带储能装置型并网光伏发电系统，前者能在多云等特殊天气无法工作时自主切换到公共电网，在公共电网瘫痪后，也能切换成光伏发电。后者不仅并入了公共电网，还自带储能部件，具有较强的主动性，即便光伏发电系统、公共电网都失效瘫痪了，该系统也能利用储能元件发电，所以常作为紧急通信、医疗场所等的应急负载。^[2]

（三）分布式光伏发电系统工作机制分析

分布式光伏发现系统由太阳能电池组件、配电室等组成，通过太阳能电池的光生伏打效应经太阳能电池板把太阳光蕴含的光能转化成电能使用。

光伏太阳能电池板是该系统的核心部件，承担转化太阳能为电能的任务。受太阳能能量密度低影响，常要安装大面积光伏太阳能电池阵列，因此，要合理安装汇流箱，才能降低太阳能光伏电池阵列和逆变器连接线的使用数量。光伏太阳能电池产生直流电后，需经逆变器转直流电为交流电才能使用。同时，系统内还安装了防雷设施，可在雷雨天气保护系统设施，而系统内的配电室则承担电能配送任务。由于分布式光伏系统发电在10kv之内，因此低压配电室便能满足使用需要。除此之外，该系统需要并入电网或安装储能部件才能变成健全的发电、用电系统。

（四）分布式光伏发电系统应用技术关键点

1、分布式光伏发电系统并网控制分析

若分布式光伏发电系统没有蓄电池，需并入电网才能确保供电可靠性，但分布式光伏发电系统具备多并网逆变器、多能量来源特征，因此要充分考虑并网控制影响因素。由于分布式发电系统包含多并网逆变器，所以在设计时要关注并网运行时产生的相互耦合影响机理，还要处理好相关的并网协调性控制问题；另外，要关注多逆变器独立运行时频率、电压的控制方法，才能科学分配负荷。同时，要结合并网多能源逆变器特征，积极研究独立并网控制模式及协调控制策略。^[3]

2、优化分布式光伏发电系统电能质量

为满足用户端用电需求，需利用逆变器将分布式光伏发电产生的直流电转变为特定频率的交流电。不过在并网环境中逆变器运行时会产生谐波、直流分量，污染电网，影响电能质量。特别在连接电网和用户端后，微小的谐波都能严重影响用户端负载，并损坏相关设备。同时，若用户负载区感性负载数较大，一旦有分布式光伏发电系统接入，功率因数就会降低，这会导致感性负载无法运行并产生大量热能损坏感性负载设备。因此，要控制逆变器输出，保证电能质量。实际操作中，可选用三电平组串逆变器，提高并网连接的光伏发电系统电能输出质量。

3、电网结构与优化配置

研究发现，太阳能是分布式光伏发现系统的能量源头，受天气、地理因素影响，太阳能获取量具有随机性。同时，该系统安装的太阳能电池板能量密度较低，网络结构和传统电网差异性明显。受此影响，应结合所在地可再生能源分布状况及负荷水平的随机性、合理性等，合理设计电网结构。因此，要深入光伏发电区调研，掌握所在地电网及用户用电符合信息，确定所需的分布式光伏发电设备数量等后，设计科学的总体规划方案加以实施，才能改善当地电网运行的可靠性。

结束语：综上所述，本文对微电网、分布式光伏发电技术及该技术在微电网中的运用进行了详细分析，未来只有结合实际需求及技术应用现状，做好微电网及分布式光伏发电技术的结合及调整，才能有效提高微电网及分布式光伏发电技术的运用价值。

参考文献：

[1]超级电容器在微电网及分布式发电技术中的应用[J].薛智文,周俊秀,韩颖慧.湖北电力.2021,45(01):68-79

[2]光伏发电技术分析及应用探讨[J].孙岩.中国设备工程.2019(05):168-170

[3]光伏发电技术的研究现状和应用前景探讨[J].许大维.中国市场.2019(15):69-70