光伏发电与并网技术研究

光伏发电与并网技术研究

师立涛

中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司

河北石家庄 050031

摘要：光伏发电技术凭借其清洁低碳可持续应用、绿色环保无污染、、开发方式灵活多样、取之不尽用之不竭运行效率高、灵活便捷等诸多优势，在全球范围内得到了广泛关注推广应用，是当前世界各国为应对气候变化、控制碳排放同时保障能源安全的重要选择也，即将迎来了新一轮行业蓬勃发展的的关键关键时期。相较于传统的火力发电模式，光伏发电与并网技术具有更可观的环保效果，同时其运营成本更低，安全性更可观。现阶段我国的光伏发电与并网技术在系统友好性方面还不够成熟存在，各种各样的技术问题依旧存在，在今后的工作中，技术人员必须根据不同地区的光照资源条件、系统特性等，优化对光伏发电、无功补偿、谐波治理、储能以及多能互补调控等技术配置，与并网技术进行改造优化提高光伏发电调节能力和电网支撑能力，使光伏发电与并网技术的应用价值得到进一步提升。基于此，本文主要分析了光伏发电与并网技术。

关键词：电力供应；光伏发电；并网技术

引言

光伏发电并网技术是一种新型的电力生产技术，通过对这一技术的有效应用，可较好地保障中国风力发电的电能质量。目前我国的光伏发电项目得到快速发展，在快速发展的过程中存在一定的投资风险。对于这一点，有关人员要加强学习和研究，不断总结实践经验，要真正了解光伏发电项目的内涵和并购中的风险点，对光伏发电项目的投资风险要做全面的分析和研究，做好投资风险管控策略，强化风险防范意识，确保光伏发电项目能够高效运行，实现可持续高质量发展。

1光伏发电的特点

光伏发电是通过利用半导体界面，将太阳能转为电力新能源的一种新型技术，主要由太阳能电池组件、控制器以及逆变器组成。由于太阳能属于可再生资源，在我国分布较广，尤其是在西北地区，日照时间长，该项技术有更加充分的发展空间。通常情况下光伏发电的投资收益会保持在25年以上，这主要是源于光伏发电的核心部件太阳能板有10～25年的质量保障。另外，光伏发电的电池组件体积小、重量轻，在运输和安装方面更加便捷，且运行维护成本相对较低，可以实现无人值守。

利用光伏组件仿真技术建立的独立光伏发电系统为居住在一个小型区域的居民提供用电，尽管其供电半径在一千米以内，但为解决偏远山区以及沿海村落用电工作发挥了重大的作用，有效解决了当地电能短缺的问题，为人们的生活提供了便利。现阶段，对太阳能的应用不仅限于独立光伏系统，在并网光伏系统以及大规模光伏电站领域中也有广泛的应用。同时在军事领域、石油勘测、交通运输以及通信事业等领域，也发挥着重要的作用。

2光伏发电基本工作原理与模型

光伏发电在企业清洁新能源碳中和方面产生了显著的经济效益和社会效益。光伏发电的应用不仅在解决偏远地区供电工作上发挥着重要的作用，同时在节约不可再生资源发面也发挥着重要的作用。相信在不久的将来，智能光伏发电在我国的应用会更加广泛，光伏发电事业也将取得更大的进步。这种新型电池正常开展工作的基本条件如下：首先，要在能充分收集到太阳光的环境下进行，即阳光的供给必须能满足发电需求；其次，在太阳光进入半导体材料的管子时，粒子必须具备可以快速激发电子的能量。

3光伏发电系统设计原则

第一，安全性：光伏发电系统安全可靠，系统具有防雷、防静电等相关功能，并且不会对建筑配电系统构成安全威胁。

第二，美观性：与建筑和结构进行统一设计，美观大方，实现与建筑的整体协调。在不改变原有建筑风格和外观的前提下，合理布置光伏阵列和其他系统设备。

第三，高效性：在考虑美观的前提下，在给定的安装面积内，优化设计方案，尽可能提高光伏系统效率，达到充分利用太阳能、提供最大发电量的目的。

第四，经济性：在满足光伏发电系统外观效果和各项性能指标的前提下，最大限度优化设计方案，合理选用各种材料，把不必要的浪费消除在设计阶段，降低工程造价，节约投资。

第五，整个系统由太阳能光伏组件、组串逆变器、交流汇流箱、并网柜、通信监控系统及相关设备附件组成。

4光伏发电与并网技术

在当前的物质生活水平状态下，人们对于电能的依赖性会越来越强，将导致用电量的需求不断增加。为了更好地迎合我国可持续发展战略要求，未来发电规模会得到更进一步的推进，而这其中发电并网技术所存在的各类问题将成为风力光伏发电规模扩大化进程中的绊脚石，值得业界人士给予充分的重视。

4.1高效光伏发电技术

晶硅太阳能电池作为当今主流的光伏发电技术，在经过近十年的快速发展后，已经进入发展的瓶颈期。目前已经成熟量产的P型PERC技术，在未来三年任会占据市场主流，不断挖掘潜力，提升效率，但P型PERC可挖掘潜力有限，继续提升的速度将逐步放缓，在之后的三年里，市场主流将逐渐被N型TOPCON所取代。N型TOPCON技术，因其高效率，高双面率，一直是各家技术储备的关键，但目前成本尚高，性价比还不及P型PERC，所以量产步伐一直较为缓慢，预计2023年开始至2025年，将是N型TOPCON性价比逐渐超越P型，逐步取代市场的三年。HJT异质结组件，是未来超高效组件技术中唯一可能大规模量产的技术，目前的产能非常小，经济性无法满足终端市场需求，但发展潜力巨大，同N型TOPCON技术一样，也是最有两年将大规模进入市场的技术。

4.1反孤岛保护技术

孤岛效应并不是一个陌生的名词，它指的是在电力系统遇到突发情况时而出现的断电情况，但是在断电以后，发电系统依旧按照原来的预定方案运行，整个电力系统中仍然存在不断输入的电力能源，进而形成具有一定安全问题的孤岛效应。如果工作人员不能第一时间发现并采取措施进行处理，孤岛效应可能会让电力系统的电频及电压出现问题，进而给用电单位、供电人员造成巨大的经济损失和人身伤害。而反孤岛保护技术正是应对孤岛效应的有效措施，它能够在电力系统中出现故障短路的第一时间进行识别，使发电设备停机并避免其持续不断地向电网中输送电能。4.2光伏发电谐波治理

光伏发电是将太阳能转化为直流电，再通过并网型逆变器将直流电转化为正弦波电流并接入电网，由于光伏发电要经过“逆变”，在逆变的过程中产生大量的谐波，从而影响系统其他负载正常运行，主要表现有：谐波电压、谐波电流超标；谐波电压指谐波电压畸变率超出国家相应标准、谐波电流指各次谐波电流有效值。电力系统中常见的谐波治理方式有：无源滤波器、APF有源滤波器、SVG静止无功发生器。在光伏发电并网系统中，不仅存在谐波问题，还存在无功问题。因此针对光伏发电并网系统谐波治理时，可以采用电力电容器串联电抗器、SVG静止无功发生器等可以同时进行无功补偿和谐波治理的装置；企业也可以通过电力电容器补偿无功，然后通过APF有源滤波器进行谐波治理。

4.3光伏+储能新模式

光伏发电作为可再生能源+电力电子设备的发电形式，是“双高”电力系统最典型的电源类型，由于可再生能源的波动性、随机性、间歇性特点，带来发电功率的不可靠性，对系统调峰调频带来严峻挑战，同时采用电力电子变流器，在系统故障时，无法提供足够的电压支撑、惯量支撑，对系统安全稳定运行带来威胁。因此，大力发展储能尤其是推广光伏+储能模式，改善光伏发电特性，增强光伏的有功和无功调节能力，是一项紧迫和艰巨的任务，光伏配置储能可以在光伏大发时段存储过剩电力，减少弃光，在夜间高峰时段放电，支撑电网安全供电，同时储能具有一定无功支撑能力，可以改善电网电能质量，但同时也需要看到，目前储能成本较高，还需要进一步推进技术发展和市场机制的完善。

4.4光伏多能互补开发模式

大力发展风光互补、光伏+光热互补等模式。风光互补模式可弥补光伏发电只能日间发电的缺陷，同时发挥风电机组良好的无功电压调节能力，从而进一步提高供电可靠性，在一定程度上可以跟随系统负荷变化，实时调整风电、光伏发电出力，减少弃风弃光的可能性。太阳能光热发电技术主要利用反射镜设备将太阳光聚集到某一集热装置，利用集热装置中的加热零部件和加热介质把光能转化为热能，水蒸气进入汽轮机做功推动汽轮机发电，光热具有储能功能，光伏+光热模式，可以提高发电效率，提升系统运行调节能力，在系统低谷时期储热蓄电，在负荷高峰时期多发电力，实现全天候发电，对大电网具有良好的支撑作用。

4.2太阳能光热发电技术

太阳能光热发电技术主要利用反射镜设备将太阳光聚集到某一集热装置，利用集热装置中的加热零部件和加热介质把光能转化为热能，再通过集热装置和集热零部件在换热器中的放热过程，把水加热后生成水蒸气，水蒸气进入汽轮机做功推动汽轮机发电，完成热能到电能的热功转换过程。现阶段，我国大量投入工业制造的商业化的太阳能光热发电技术，主要采取汽轮机循环发热方式。在太阳能光热发电技术的应用过程中，整个系统的运转效率，即太阳能光热发电系统的光电转化效率是太阳能光热发电系统最关键和最核心的技术指标，等值为光热转换效率和热机转换效率的乘积。

4.35光伏发电与并网施工技术

第一，要保证施工前的准备工作，做好定位放线等一系列工作，确保光伏电力设备施工位置的合理性，同时做好支架的焊接等，在此基础上安装太阳能电池板等设备，保证光伏发电技术的正常应用。

第二，要在正式进行光伏发电与并网施工之前，对光伏电池的安装位置进行清理，避免杂质在后续发电过程中成为安全隐患。

第三，工作人员应该严格遵守相关的施工要求，保证每一个操作的合理性，以更加标准的操作降低质量风险。同时在安装电池板之前需要进行质量检查，确定没有质量问题才能进行安装，在此基础上测量开路电压，符合光伏电池额定电压的情况下进行安装。

第四，保证汇流箱安装效果，要保证汇流箱能够稳定地安装到特定位置，另外要关注桥架安装问题，确定桥架是否有变形等，如果存在这类问题需要进行更换。

4.4风力发电并网技术

风力发电并网技术包括同步风力发电机组并网技术和异步风力发电机组并网技术。同步风力发电机组并网技术是指风力发电机和同步发电机功能融合在同步运行的状态下，不仅可以同时输出有功功率，也可以为发电机组提供无功功率，这样可以使整个系统保持良好的稳定状态，在一定程度上优化电能质量。在我国电力系统中，许多电力系统多选择使用了同步发电机组。异步风力发电机组是指风力发电机与异步风力发电机进行功能上的结合。该机组体系不会对异步风力发电机有过高的精密度要求，只需要保障发电机转速与同步转速尽可能保持一致即可，而且异步风力发电机相关的管理装置也较为简便，实现并网后，整个体系运行状态比较可靠。

结束语

我国拥有世界范围内先进的工业生产体系，人口数量也非常多，因此无论是工业化生产还是日常生活，对电力能源的需求量都远超其他国家，在这种情况下传统的单一发电模式显然已经不再具有合理性，火力发电等产生的巨大能源消耗也让本就捉襟见肘的能源储备更显不足，为了解决这个问题，专家学者对光伏发电与并网技术进行了研究。

参考文献：

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