大型并網(wǎng)光伏電站關鍵技術及存在問題綜述

孫惠

摘 要：隨著社會的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的化石能源很難滿足需要。太陽能作為一種可再生能源，擁有獨特的優(yōu)勢，其應用前景廣闊。利用太陽能并網(wǎng)光伏電站逐漸成為研究熱點。文章介紹了大型并網(wǎng)光伏電站的概念及其系統(tǒng)結構，綜述了在大型并網(wǎng)光伏電站建設中的關鍵技術研究進展，并指出該技術存在的一些問題。

關鍵詞：大型并網(wǎng)；光伏電站；關鍵技術；存在問題

前言

能源是人類社會賴以生存不可或缺的東西，能源的合理利用可以顯著提高社會的經(jīng)濟效益，改善人們的生活水平，對人類的生存發(fā)展起著決定性作用。但是目前人們所使用的多數(shù)為不可再生能源如煤炭、石油、天然氣等，這三種能源的消費結構分別為27%，41%和23%。有報告稱：該類化石能源儲存僅僅能保證不超過人類170年的消耗[1]。但是隨著人口數(shù)量的增加，社會的進步以及經(jīng)濟騰飛的需要，人類不久將面臨能源枯竭的危險。更令人擔心的是，一旦世界能源儲備耗盡，勢必會導致一場全球范圍內的經(jīng)濟戰(zhàn)爭，甚至世界大戰(zhàn)。核能源為上述問題的解決提供了希望，核能源在使用過程中不會因為產生有害氣體而污染空氣，但其利用仍然處于初級階段，對核泄漏和核廢料的處理技術有待進一步提高。光伏電站技術作為一種新型的可再生能源，擁有獨特的優(yōu)勢，其來源廣泛，使用過程中不產生污染[2]。故對光伏發(fā)電技術的推廣勢在必行，具有巨大的現(xiàn)實意義且能產生明顯的經(jīng)濟價值。文章介紹了大型并網(wǎng)光伏電站的概念及其系統(tǒng)結構，綜述了在大型并網(wǎng)光伏電站建設中的關鍵技術研究進展，并指出該技術存在的一些問題。

1 大型并網(wǎng)光伏電站的概述

目前，大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)大概可劃分為分布式發(fā)電體系和荒漠電站體系，其工作原理是先將直流電（太陽能電池組件產生的）變成生活中所需要的交流電，然后接入公共電網(wǎng)進行并網(wǎng)。該并網(wǎng)系統(tǒng)所需的最重要部件是并網(wǎng)逆變器（含控制輸出電流、檢測電網(wǎng)信號、最大功率點跟蹤、抗孤島），并網(wǎng)逆變器包含了檢測控制并網(wǎng)和保護功能。根據(jù)目前的研究，我國的并網(wǎng)光伏電站發(fā)展較慢，仍然還有較多問題需要解決。此外，由于缺乏相應的實驗數(shù)據(jù)，并網(wǎng)光伏發(fā)電站對電網(wǎng)是否會有影響也不得而知。此外，并網(wǎng)光伏發(fā)電站能量密度較低、穩(wěn)定性較差、調節(jié)能力也相對較弱，氣候、天氣及地理位置的差別等都會對發(fā)電量產生極大影響。因此深入探討并網(wǎng)光伏發(fā)電體系模式，對加快能源結構調整從而提高清潔能源利用率等都具有重要的意義。

2 大型光伏電站并網(wǎng)系統(tǒng)結構

光伏電站并網(wǎng)系統(tǒng)按結構分包括單級結構和二級結構。前者利用逆變器將光伏電站系統(tǒng)輸出的直流電逆變成與并入的電網(wǎng)電壓幅值相同，頻率相同的電能。而二級結構則是利用轉換器（DC/DC）先將光伏電站產生的直流電的電壓升高，后借助DC/AC逆變器將其轉化為預計的交流電，最終完成并網(wǎng)。大型光伏電站一般具有大容量，復雜的控制體系，為了降低轉換過程中電能的的損耗，增加效率，較多地方選擇單級結構。光伏電站并網(wǎng)過程中，其關鍵技術莫過于對并網(wǎng)逆變器的構造及操控方式的科學設計。一個好的并網(wǎng)逆變器不僅能提高降低發(fā)電成本，增加發(fā)電效率，還能優(yōu)化并網(wǎng)后電能質量。但是大型光伏電站可能導致電網(wǎng)的孤島效應、電壓閃變、諧波污染及低電壓穿越能力等，這些亟待處理的問題已經(jīng)對逆變器控制策略提出來新的要求。逆變器的設計應該使其有效控制功率、補償無功及諧波電流等功能，以降低對電網(wǎng)的不利一面。

3 大型并網(wǎng)光伏電站主要技術研究現(xiàn)狀

3.1 光伏電站配件設計技術

光伏電站的組件非常多，其中最貴的元件光伏電池的轉換效率一直是領域內十分重視的課題。隨這科技的發(fā)展，在基于單、多晶硅與薄膜電池應用后，人們已經(jīng)開發(fā)出能將太陽光聚焦很多倍的光伏元件（聚光式）。相信未來元件開發(fā)定能實現(xiàn)能量的高效轉換。

3.2 高性能變換技術

光伏電站由非常多的元件組成，但是光伏并網(wǎng)逆變器始終扮演著舉足輕重的作用。多逆變器元件主要起著兩大重要的功能：協(xié)調控制與集群。主要包含兩方面的內容，其一，利用逆變器的統(tǒng)一操控弱化彼此之間的負面影響，如內部環(huán)流、多機孤島沖突及諧波爭議等；其二，借助系統(tǒng)控制策略完成逆變器集群一致工作，從而實現(xiàn)低電壓穿越、功率調節(jié)、孤島檢測、機組高效運行等功能。

3.3 最大功率跟蹤技術

最大功率點跟蹤技術（Maximum Power Point Tracking， MPPT），是指控制器能夠實時偵測太陽能PV陣列或風力發(fā)電機的發(fā)電電壓，并追蹤最高功率值（VI），使控制器系統(tǒng)可以從PV陣列或風力發(fā)電機中獲得最大的功率進行充放電的管理。一般的MPPT技術包括：基于電壓電流檢測的直接控制法、基于參數(shù)選擇的間接控制法以及基于現(xiàn)代控制理論的人工智能算法等。間接控制法應用經(jīng)驗公式及提前存在的數(shù)據(jù)庫獲得最大功率點，但該算法很難完成對變化模式下的最大功率點開展實時跟蹤，且具有較大相對誤差。而通過檢測電壓電流來實現(xiàn)對最大功率點的在線跟蹤控制具有明顯的優(yōu)勢。有研究發(fā)基于現(xiàn)檢測電壓電流的檢測方法精度較高，能夠實時進行MPPT控制，滿足一般場合要求，因此在實際應用中使用最為廣泛[3]。

3.4 孤島效應檢測技術

孤島效應就是當供電系統(tǒng)因故障事故或停電維修等原因停止工作時，安裝在各個用戶端的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)未能及時檢測出停電狀態(tài)而不能迅速將自身切離市電網(wǎng)絡，而形成的一個由光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)向周圍負載供電的一種電力公司無法掌控的自給供電孤島現(xiàn)象[4]。孤島效應檢測可分為被動式及主動式檢測技術兩類。被動式檢測法包括電壓頻率檢測法、電壓諧波檢測法、相位跳變檢測法等。被動檢測法易于實現(xiàn)，但是在非檢測區(qū)內被動檢測將失效。主動式檢測法一般分為功率擾動法、電壓擾動法和頻率擾動法等。王飛提出了一種基于相位超前的孤島效應檢測方法[5]。該檢測方法在電網(wǎng)斷電時，改變電流與電壓之間的相位，則系統(tǒng)輸出頻率將會隨之改變，這有助于縮短檢測時間，可采用不同的參數(shù)來實現(xiàn)逆變器并聯(lián)檢測。

4 大型并網(wǎng)光伏電站存在的主要問題

隨著技術的不斷發(fā)展，大型并網(wǎng)光伏電站在運行過程中也發(fā)現(xiàn)了不少問題，如：（1）大型并網(wǎng)光伏電站經(jīng)常會由于光伏組件的差異而使得大面積光伏陣列呈現(xiàn)出與單個光伏電池小面積光伏陣列；（2）光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器易產生諧波和三相電流不平衡等問題，且輸出功率的不確定性易造成電網(wǎng)電壓波動；（3）大型光伏發(fā)電并網(wǎng)會對電網(wǎng)產生一系列的不良影響如光伏發(fā)電的間歇性出力會直接造成電網(wǎng)的電壓波動變。

5 結束語

隨著科技的不斷發(fā)展，社會對能源的需求逐年增加，傳統(tǒng)化石能源由于其儲量有限且不可再生等特點，使得其很難滿足社會需要。近年來，研究者將目光轉向了效率高、容量大、運行穩(wěn)定的光伏能源。作者相信隨著科學技術的不斷發(fā)展，網(wǎng)光伏電站一定會有廣闊的應用進展。

參考文獻

[1]趙爭鳴，雷一，賀凡波，等.大容量并網(wǎng)光伏電站技術綜述[J].電力系統(tǒng)自動化，2011，35（12）：101-107.

[2]王敏，宗炫君，袁越，等.含光伏電站的發(fā)電系統(tǒng)可靠性分析[J].中國電機工程學報，2013，33（34）：42-49.

[3]陳亞愛，李津，周京華.并網(wǎng)光伏電站控制技術綜述[J].2014，38（4）：583-585.

[4]喬于軒，張代潤.光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的孤島效應檢測技術[J].電源技術應用，2010，11：23-26.

[5]王飛.單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的分析與研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2005.endprint