光伏發電并網的探討*

張珍奇，王文革

蘭州石化職業技術大學，甘肅 蘭州 730913

0 引言

隨著經濟的發展和生活水平的提高，人們對電力供應的需求逐漸增加，在環境污染問題持續惡化的背景下，必須加大對光伏發電系統的研究力度[1]。光伏發電技術應用廣泛，已成為一種非常重要的新能源技術。然而，在目前的實際應用過程中，很多公司沒有很好地了解光伏發電并網技術，這在一定程度上阻礙了光伏的發展，對光伏發電并網技術的實際應用產生了很大的影響[2]。光伏發電技術可以使光伏轉化為電能，到目前為止，光伏發電系統已經成為傳輸網絡結構的重要組成部分，對整個傳輸網絡的安全穩定有著非常重要的影響。因此，分析其中存在的問題并制定適當的對策尤為重要[3]。

當光伏發電系統接入電網時，電網容量會逐漸增加，這對電力系統的要求較高。在電力系統中，現階段常用的轉換接口是變頻器。當依靠傳統的功率控制模式控制PCC電壓時（大型光伏電站并網系統主要由匯集線路依次連接光伏陣列、逆變器、升壓變壓器至并網點POI，再經送出線路連接至PCC。并網后，電壓測量點可選擇POI或PCC。PCC可看作工業可編程模塊，類似于PLC；PCC電壓可看作電網電壓），存在電壓上升的問題[4]。對此，應當聯系當前的實際需要，根據光伏發電系統的特點優化光伏發電系統，促進光伏發電系統的發展和普及。

1 光伏發電系統概述

當今社會對能源的需求發生了變化，傳統的火力發電系統不僅生產能力低，而且使環境惡化。為了追求經濟發展和環境保護，光伏發電系統已經成為解決能源短缺問題的關鍵[5]。供電的保證就是生活質量的保證，光伏發電系統作為電源領域的新興力量，因其污染小、使用壽命長而得到廣泛應用[6]。其中，分散式光伏發電系統接入中低壓電網成為常用模式。大規模使用分散式光伏發電意味著配電網從一個輻射源切換到多個電網，電流從變壓器母線流向負載方向。這影響了配電網和調壓裝置的調壓效果，原來的調壓設備達不到想要的效果，無法滿足現階段對電網安全運行的要求[7]。光伏發電系統中并聯節點的電壓升高是光伏發電系統中的常見問題，為了更好地發揮光伏發電系統在電源中的作用，通過實驗研究從理論上解決了這一問題。

太陽能可以轉變為人們日常生活中常見的電能，光伏發電系統比其他傳統發電系統更安全可靠，只要太陽存在，就可以發電[8]。光伏是平臺、島嶼和其他偏遠地區的絕佳發電解決方案，這種先進的發電方法也滲透到了生活的每一個角落。光伏發電系統逐漸用于高科技產業，如衛星和汽車。與此同時，科學家利用光伏發電系統建造房屋。通過這些應用，可以看到光伏發電是高科技和新技術的代名詞，是一種很有前途的發電技術。

2 光伏發電并網的電壓調整策略

在分布式發電接入配電網之前，傳統配電網主要利用負載調壓器和電容器進行電壓調節，可以將網絡中各節點的電壓控制在一定范圍內。當連接多臺分布式發電機時，并聯節點的電壓會出現升高現象，并且可能超過電壓上限，使電網處于危險中。同時，電網的電流是雙向流動的，電網的模糊功率分布不規則。在此情況下，可以測量本地信息，根據本地測量的信息操作，通過調節器調節現有電壓，使電網電壓不超過上限和下限。

光伏逆變器的無功功率主要受光伏逆變器的效率和額定功率限制，當光伏逆變器以單位功率因數接入電網時，最大無效輸出功率將增加，光伏逆變器的輸出功率也會大于消除本地負載的功率。如果電網連接點處的電壓超過一定值，不僅會影響配電網的安全性和可靠性，還會使光伏逆變器因電網短路而產生過電壓，限制電網的連接容量。為了使連接的多個光伏網絡的電源電壓保持在一定范圍內，通常使用光伏逆變器和負載電壓調節器調節電源電壓。

2.1 有用功電流電源調整原理和方法

2.1.1 調整原理

當光伏連接到主電源時，PCC電壓升高。造成這一情況的主要原因是光伏發電系統的容量太大，必須產生大量有效能量。因此，需要控制總電流狀態，限制或降低光伏發電系統的發電狀態，并且控制輸出電壓。

2.1.2 調整方法

如果采用有源限流策略，就要了解瞬態和穩態波形。在運行過程中，如果PCC部分出現的情況為負分離，PCC可以在短時間內增加電壓。電壓調節器必須同時控制PCC的電壓狀態和提高PCC的控制力，雖然要求較高，但是可以更有效地控制系統的動態變化。電壓控制模式為恒波形穩定動作模式，隨著時間的推移，輸出功率逐漸降低，總電壓偏差回到零，使系統性能在單位因數范圍內。

2.2 無用功電流電源調整原理和方法

2.2.1 調整原理

大量的研究數據表明，在調整過程中，最好使用二階通用積分器作為主要檢測工具，不僅可以控制電源的PCC電壓的特定相位和滑動值，還能對比阻斷電壓的瞬時振幅和總振幅。在疊加設定的參考電流后，不僅可以控制逆變器的設定值，還可以實現PCC的動態調整。有功電流和電壓的動態響應快于無功電流和電壓，調節了有功電流和電壓后，光伏發電系統的無功電流和電壓仍會影響單位功率因數，反之亦然，從而限制總功率因數。在高電壓控制精度方面，無功功率控制策略尤其出色；在經濟方面，無功管理策略具有良好的經濟優勢。

2.2.2 調整方法

當逆變器不能吸收能量時，PCC的本地負載中斷，不能根據原有標準調整PCC的功率。如果出現電壓指數為零的情況，會導致系統無法正常運行，體現為單位功率因數落后于總功率因數的數據。在使用設備前，應當設定PCC的電壓狀態，并在設定過程中顯示暫態穩定波形。

2.3 自動投切電容器控制策略

為了降低大型電網線路吸收的無功功率，需要實現無功功率的局部均衡，可將電容器并聯到并聯站進行無功補償。電路電容器采用無效功率控制的模式，無功功率計可以測量流經變壓器二次側的無功功率。

3 光伏發電并網系統的組成

3.1 光伏電池陣列

在光伏發電廠的光伏電池陣列中，最昂貴的組件是光伏電池。在單晶硅、多晶硅和薄膜電池出現之前，一般采用集中光伏電池組件。隨著光伏組件的不斷發展，DC變換器的集成度越來越高，所有模塊可以集成到一個小型的DC轉換器中，形成獨立的智能MPPT控制和保護模塊?；陔妷汉碗娏鳈z測的MPPT檢測方法具有較高的精度，可以實現MPPT的實時控制，滿足一般場合的要求，在實踐中得到了廣泛的應用?；谧畲笮阅茳c的新型MPPT控制技術可以解決算法的動態性能跟蹤問題，加強光伏電池反向特性模型的應用效果，并提出相應的對策，以減少熱點效應的損害。通過研究具有多個影響因素的大型光伏系統的特性，解決了局部誤差的檢測和消除問題，分析了故障機理，并采取相應的措施。

并聯二極管是解決熱點效應的有效途徑。對大型光伏陣列的結構和布局進行綜合優化，可以最大限度地減少大型光伏陣列的不理想特性。目前，關于二極管并聯保護最佳配置的理論研究較少，多變流器系統的高性能變流器技術應注意協調運行和集群特性。

3.2 逆變器

逆變器效率是大型光伏發電裝置的重要指標。目前，逆變器的研究包括開關元件、開關頻率、控制算法、死區、輔助電源、散熱等，許多產品的工作效率可以超過30%。在大型光伏發電并網系統中，電能質量問題一直存在。為了抑制電網中的諧波電流和小電流，在并網系統中疊加多個逆變器，控制電壓較高時的小電流諧波。

電力電子制造商通常使用合適的濾波器拓撲結構和電感設計，包括電容器參數、PWM驅動方式、控制算法、掃描精度和操作精度等，確保諧波分量符合標準。當光伏發電廠連接到大型輸電網時，要通過電磁干擾濾波器和絕緣變壓器使用控制算法。當供電系統因維護故障或停電而停止運行時，連接到客戶網絡的光伏發電系統無法檢測到停電狀態，即安裝的本地網絡無法快速斷開；而采用光伏發電系統連接時，周圍負荷的供電會產生能源孤島現象，無法由電力系統控制。無源檢測方法主要包括諧波檢測、頻率電壓檢測和相位跳變檢測；有源檢測方法一般分為停電法、電壓干擾法和頻率干擾法。此外，研究人員提出一種基于高級階段的檢測方法，該方法通過改變電流和電壓之間的相位及系統的輸出頻率來縮短檢測時間，各種參數可用于逆變器的并聯檢測。

4 光伏發電并網中的常見問題和優化策略

4.1 光伏發電并網中的常見問題

影響光伏發電系統運行的因素很多，如天氣。在夏天，傳輸線與云中的電荷相互作用，導致電網出現高壓問題。高壓問題的發生給輸電網的運行埋下許多隱患，對配電網的正常運行產生影響。因此，必須控制和應對突發事件，從根本上促進光伏發電和電網擴建的安全有序運行。光伏發電系統具有運行點變化快的特點，在應用光伏發電并網技術時，大型電網的接入效果不好。由于接入點數量多，很難將其置于中心位置，導致并網后光伏發電系統與電網之間相互作用。

全面研究光伏系統和大型電網的作用是提高電網運行安全穩定性的有效措施。規劃光伏發電并網后的配電網，可以改善大型電網的作用效果。到目前為止，大型電網（配電系統）已從單一功能系統轉變為兼容系統，電能的傳輸、分配和收集集成到了配電系統中。光伏系統與電網的集成對電網的電能質量有非常重要的影響。例如，當光伏系統連接到電網時，會導致電壓閃爍、諧波和污染，這對大電流電網提出了新的要求。因此，在光伏發電系統大規模并網后，對光伏發電系統進行合理設計非常重要。

4.2 光伏發電并網的優化策略

為了促進新能源光伏發電并網的發展，需要制定光伏發電并網系統規范，使光伏發電并網系統的整體安全可靠，建設效率更高，目標更明確。為了使數據更可靠，還需要根據相關法律法規建立適當的控制機構。在中央電網中，由于配電距離小，及時采取優化控制措施非常重要。在規劃中，基于具體情況，統籌物流系統與流通系統的結合，以控制光伏發電系統。

為了更好地消除光伏發電并網對大型電力系統的影響，可以建立光伏發電并網影響的仿真實驗環境。建立一個光伏發電廠并網的典型示例，給出光伏系統典型并網類型的典型運行模式、故障狀態和控制方案，并對這些典型案例進行仿真。深入分析配電網選擇、電源配置等問題，提高配電網和輸電網的安全性；詳細分析配電網規劃中存在的問題，解決配電網的運行問題。

5 結束語

根據我國光伏運行現狀，分析光伏大規模應用帶來的問題，并從技術角度提出解決問題的主要技術方案，可以為我國光伏發電并網技術的發展提供重要的理論指導，保證電網的安全穩定運行。光伏發電作為一種新的發電技術，在經濟發展和環境保護方面發揮著重要作用。光伏發電并網會影響整個電網的性能，因此，對于光伏發電，不僅要加強對并網技術的研究，還要促進光伏發電系統和高性能電網的穩定運行，確保配電系統的安全性和合理性。