光伏发电并网技术在电力系统中的应用研究

光伏发电并网技术在电力系统中的应用研究

莫素敏

中国能源建设集团广东火电工程有限公司，广东省广州市 ，单位邮编 510700

摘要：积极发展光伏发电并网技术对促进我国电力事业高质量发展，推动能源节约型、环境保护型社会建设具有非常重要的现实意义。本研究则从光伏发电相关概述出发，就光伏发电并网技术在电力系统中的应用进行了简单分析。研究发现光伏发电并网是一项综合且复杂过程中，合理选择并网方式，科学运用电压调控技术、反孤岛保护技术、并网逆变技术、防雷接地保护技术等，可有效解决光伏发电并网对电力系统的不利影响，保障电力系统稳定、安全运行，提高并网综合效益。

关键词：光伏发电；并网技术；电力系统；技术应用

引言：光伏发电是在一系列科学技术应用下，将太阳能转化为电能的技术。光伏发电并网则是在各种装置协作下将光伏阵列输出直流电转化为与电网相同的交流电，经电网输送，满足用户用电需求。随着近些年我国光伏发电技术水平的不断提高，光伏发电量日渐增多，据调查全国光伏发电量2019已超过2238亿千瓦，2020年已超过2605亿千瓦时，大力发展光伏发电并网技术已成为缓解我国用电压力、环境压力，促进电力行业绿色化、创新化、可持续化发展的重要路径。以下是笔者对光伏发电并网技术在电力系统中应用的几点认识，意在抛砖引玉。

1对光伏发电及其并网系统的基本认识

1.1光伏发电

光伏发电主要是指利用太阳能收集装置进行太阳能采集与存储，根据光生伏特效应借助相关设备将光能转化为电能。光伏发电技术属于可再生清洁能源发电技术，与风力发电、水力发电等共同推动电力行业绿色化、创新化、节约化、可持续化发展，促进节约型、环保型、低碳型经济建设。根据光伏发电工作原理，有学者构建“ ”模型，其中 表示光产生的电流值， 表示太阳能发电装置内部暗电流值， 表示其他线路产生的无用电流值，指出光伏发电期间，光伏电池可能受太阳能辐射、周围环境的变化产生变化^[1]。

1.2光伏发电并网系统

随着我国光伏发电事业的高速发展，光伏发电量不断提高，且提高光伏发电利用率，促进我国电力行业优化发展，将光伏发电系统与常规电力系统相连接，形成光伏发电并网系统，用以共同承担发电任务，满足用户用电需求。光伏发电并网系统主要有太阳能电池阵列、直流/直流变换器、直流/交流逆变器、太阳能储能设备、光伏发电电压控制器等装置构成^[2]。该系统能够将光伏发电所产生的直流电转化为与电网相同的交流电，使该部分电能同电网电能一同输送与使用。目前，我国光伏发电并网系统应用虽然取得一定成绩，但从整体层面来看仍存在诸多问题，例如在直流电向交流电转化过程中，容易产生谐波，导致电网发生谐波污染问题，影响电网运行稳定与安全性；光伏发电受太阳辐射变化影响较大，导致光伏发电存在不稳定性，并网时可能带来一定电压波动，影响电网运行稳定性等。这就需要加强光伏发电并网技术研究与应用，通过行之有效技术运用解决光伏发电并网问题，保障电网安全、稳定运行。

2光伏发电并网方式分析

目前光伏发电并网有集中式并网与分布式并网两种方式，了解两种并网方式特征，对发展光伏发电并网技术具有积极作用。就集中式并网而言，是指光伏发电站通过光伏发电并网系统直接与公共电网连接，由公共电网调配后供给用电用户使用。电力交换属于单项交换，且对电压等级具有一定要求。该种并网方式多应用于光能资源丰富，电能较为稳定的大型光伏发电站并网，如荒漠地区光伏发电站并网。值得注意的是，集中式并网电能传输距离长，输电线路损耗较大，需要在众多装置协同作用下实现并网，保证电网运行稳定。就分布式并网而言，是指光伏发电站将电能分配到用电负载上，剩余电力经光伏发电并网系统进入公共电网。电力交换属于双向交换，对电压能级要求不高，多用于小型光伏发电站或建筑结合型光伏发电系统中。值得注意的是，分布式并网讲究就地消纳，光伏发电与用电同时进行，对电流转化具有较高要求，需要做好负载协调与管理工作。

3电力系统中光伏发电并网技术分析

3.1电压调控技术

光伏发电并网系统应用功率因数相对较高，在系统输出功率当中，有功率功率占绝大部分，仅有极小部分功率属于无功功率，这导致并网时光伏发电系统无法满足电网对无功功率的需求，光伏发电并网系统调节能力较差。对此，需要运用电压调控技术进行无功补偿，以满足电网需求，提高系统对电网的调节能力。在此过程中，需要对光伏发电站情况具有准确、全面掌控，能够根据光伏发电特征、规律、转改进行针对性电压补偿，以提高光伏发电电压稳定性。此外，根据电网对无功功率的要求，科学调整与控制光伏发电并网系统功率因数，一般维持在0.8~1.0之间，以保证无功功率平衡。

3.2反孤岛保护技术

光伏发电并网时，当所并电网发生故障，光伏发电并网系统没有及时检测到电网故障并从所并电网中脱离时，很容易产生供电孤岛现象，出现电压波动、谐波污染等问题，从而对电网、用户设备、光伏发电并网系统等带来严重损害。这就需要在应用光伏发电并网技术时做好反孤岛保护工作，降低电网故障对光伏发电并网系统的不利影响，保证整个电力系统安全运行。目前，关于反孤岛保护已经提出几种有效方法。例如，通过并网逆变器科学运用对电压频率、电压谐波、相位偏移、负荷电量情况进行检测，但检测结果超过正常范围时，通过发布控制指令停止系统运行，以免发生孤岛现象。又如，在单位功率因数情况下，并网逆变器输出端电压、电流相位差为零，光伏发电所并电网提供固定相位、频率，但电网发生故障停电时，逆变器相位、频率工作点发生改变，因此可通过主动监测并网逆变器相位、频率偏移发现并解决孤岛问题。

3.3并网逆变技术

并网逆变器是光伏发电并网系统重要组成装置，在电流转换、电能交互实现中发挥至关重要的作用。一旦并网逆变器发生故障，将严重影响光伏发电并网系统、大电网运行稳定。对此，在电力系统中应用光伏发电并网技术时，应做好并网逆变器保护工作。首先，能够根据并网需求合理选择并网逆变器；其次，完善设备保护系统；此外，做好电力系统日常维修养护工作。

3.4防雷接地保护技术

雷击是影响光伏发电并网系统（尤其是分布式光伏发电并网系统）安全运行的关键因素。对此，应根据防雷要求与规范，加强防雷接地保护技术研究与应用，最大程度降低雷击对光伏发电并网系统的影响。例如，合理选择避雷装置，保证避雷装置性能满足系统防雷要求；通过环形安装，提高防雷效果。

结论：太阳能作为一种清洁可再生能源，其有效利用对缓解能源危机，推动绿色化、节约化、可持续化经济建设与发展存在重要影响。光伏发电并网作为太阳能利用的重要形式，目前已得到人们广泛关注。本次研究发现光伏发电并网技术在电力系统中的应用要点在于解决光伏发电并网问题，提高电力系统运行安全性、稳定性与可靠性。对此，相关企业以及工作人员应给予光伏发电并网技术高度重视，能够在不断研究中进行技术改进与完善，为光伏发电并网提供技术支持，促进我国电力事业高质量发展。

参考文献：

[1]贺金山,李雪.太阳能光伏发电并网技术的应用分析[J].科技风,2020(05):18.

[2]张丽,陈硕翼.光伏发电并网技术发展现状与趋势[J].科技中国,2020(02):18-21.