小型分布式光伏電源大規模并網技術的研究與應用

吳尤

摘 要：隨著光伏電源技術的發展，小型分布式光伏電源得到了廣泛的使用。當前，對于小型分布是光伏電源并網，尚無成熟的解決方案和技術。因此，有必要對小型分布式光伏電源的并網裝置及并網技術進行研究，并實現其在并網運行中的應用。本文淺析了智能并網裝置的組成模塊與功能實現，探討了小型分布式光伏電源大規模并網技術和并網方案，以期為我國的小型分布式光伏電源并網提供借鑒。

關鍵詞：小型分布式；光伏電源；大規模并網

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A

當前，小型分布式光伏電源大多采用“裸接”的方式，實現對電網的接入?！奥憬印钡牟⒕W方式，缺乏對小型光伏電源的有效監控與故障診斷，在一定程度上導致了電網運行過程中的隱患，也無法產生高質量的電能，實現對用戶需求的良好滿足。因此，有必要對小型分布式光伏電源智能并網裝置進行研究，并實現其對并網運行的有效應用。

一、智能并網裝置

1.組成模塊

智能并網裝置的組成模塊，主要包含以下幾部分：

（1）電源模塊。電源模塊的供電實現有賴于單相的交流電源。電源模塊配備有大容量的工業電池，該電池能實現充電。在缺乏交流電時，電池能維持智能并網裝置的工作，并能實現對并網系統運行狀態的監控。

（2）CPU模塊。該模塊是智能并網裝置的主控單元，能采集數據，并對之統計分析，實現數據在芯片內的保存。該模塊還能對準確判斷系統運行的工況，并實現對系統命令的有效執行，最終實現對各模塊的有效協調。

（3）交流采樣模塊。該模塊通過對互感器的使用，采集電網交流量，實現對各類數據的計算。

（4）輸入輸出模塊。能實現對各種信號輸入以及信號輸出的有效管理。

（5）通信模塊。該模塊能通過對移動網絡進行利用，與主站實現良好的通信。并能將智能并網裝置的相關信息實現對主站的良好傳遞，并實現對主站指令的及時接受。

（6）顯示操作模塊。該模塊的人機界面良好，且具有時鐘模塊。智能并網裝置的組成模塊一方面具有各自的分工，另一方面能實現各自功能的交互。

2.功能實現

智能并網裝置主要具備以下功能：

（1）當電網出現故障，發生短路時，其短路電流以及電壓等超出設定值時，智能并網裝置能實現對光伏電源的自動切斷，以及主斷路器的自動切斷，從而有效實現對故障的隔離。對于不可逆流并網光伏發電系統，電網接口處逆流超出設定值時，光伏系統與電網在功率方向保護動作的作用下，會實現斷開，從而自動實現對故障的有效隔離。

（2）智能并網裝置能實現對各種模擬量的有效采集，并將采集到的信息實現對監控系統的即時傳送，進而實現對光伏系統進行實時的有效監測。光電隔離將各類開入信號實施數字信號的轉換后，使之進入智能并網裝置，通過使用濾波回路以及軟件算法進行處理，能有效實現對外部干擾的濾除。監控系統可通過并網裝置發送指令對帶節點控制的斷路器進行控制，每個遙控對象均由雙繼電器完成，輸出均由雙處理器執行，有效保障了遙控輸出的可靠性。

（3）電壓的模擬信號以及電流的模擬信號，可以通過智能并網裝置的計量芯片，實現對數字信號的轉換，并實現數字的積分運算，實現對有功電量和無功電量的準確得出。當功率流入光伏并網系統時，功率呈現出負值的顯示，當功率經過光伏并網系統實現對公網的流入時，功率呈現出正值的顯示。

（4）智能并網裝置通過對各項電能指標的監測，能實現對電能質量的有效監控，當各類電能指標不符合相關的技術要求時，裝置會對不良指標進行調節控制，以使之恢復正常水平。當智能并網系統對不良指標進行調控后，仍不能恢復，就會對光伏系統實施自動切除，以實現自動隔離系統故障。

（5）智能并網裝置閉鎖軟硬件邏輯。當智能并網裝置對邏輯進行閉鎖時，能實現對邏輯指令的接收以及編程。此時，監控系統的遙控操作和用戶的現場操作，都會導致邏輯閉鎖程序的自動啟動。斷路器的閉鎖節點，在聯鎖組態工具的作用下，實現邏輯組態，進而實現對故障以及運行區域的斷路器的閉鎖。

（6）該裝置能夠實現對小型光伏系統及電網各類參數的同時檢測。只有各項參數的偏差在允許范圍之內時，智能并網裝置才會實現對并網功能的開放，否則，會對系統并網實施閉鎖。

（7）智能并網裝置能通過移動通信網絡，實現與主站的遠程通信。

（8）智能并網裝置中的時鐘芯片，具有極高的精度，誤差極小。

二、小型分布式光伏電源智能并網方案

1.小型分布式光伏電源供電系統的設計

光伏電源供電系統主要由以下3部分構成：分布式光伏電源系統、用戶負載系統以及智能并網控制系統。小型光伏系統的總體結構，如圖1所示。

2.小型分布式光伏電源供電系統的智能并網實現

（1）光伏系統并網運行的實現

只有在以下3個條件同時滿足時，待并發電機組才能實現同期并網：

①和公用電網內的同幅電壓的數值相同；②與公用電網內的頻率數值相同；

③與公用電網相角差在容許的偏差范圍之內。

上述3個條件，存在一項不達標時，即無法良好實現同期并網。在非同期并網的情況下，會造成巨大的沖擊電流，導致各類電氣設備的損毀，甚至對公用電網造成嚴重的影響，導致其崩潰癱瘓。

當智能并網裝置檢測到小型光伏系統與電網各項參數的偏差不大時，智能并網裝置才能實現對其并網功能的完全開放，并且只有當上述條件實現同時滿足的情況下，才能實現并網。

在電網正常運行的狀態下，系統處于并網運行模式。監控系統根據各類信息，實現對負荷運行的控制，實現對小型分布式光伏電源運行的控制，并對運行方式進行計算，最終實現供電系統的優化運行。

（2）智能并網控制系統的實現

智能并網控制系統的結構，如圖2所示。

觀察圖2可知，通過現場總線級聯方式，智能并網裝置B、電能表、光伏逆變器實現了與智能并網裝置A的連接。通過移動通信方式，智能并網裝置A實現了與主站的通信，加強了對遠方的監控。智能并網控制系統能實現對系統電壓和系統電流的有效監測，并能實現對電網故障的檢測，且能向控制中心發送信號。

（3）系統故障隔離與閉鎖的實現

當電網出現故障時，智能并網裝置能通過繼電保護實現對故障信息的有效監測，并實現對繼電保護功能的有效啟動，對主斷路器進行切斷，實現故障的有效隔離。當各項電能指標不符合并網要求時，智能并網裝置會對之進行自動調控，調控無效時，裝置會將控制信號發送到光伏交流斷路器，對斷路器實施切斷，以隔離故障。斷路器閉鎖能有效防治斷路器的誤合。

三、智能并網系統的應用案例

某用戶使用了采用系列光伏逆變器的智能并網系統，能實現對直流電的逆變，使太陽能電池產生的直流電變為正弦交流電，并實現對公共電網的輸送。另外，該系統采用的晶體硅太陽能電池組件的正極與負極均不接地，其發電容量為11kW。該裝置具有諸多優點：

（1）實現了綠色環保。其電源的能源來自太陽光，方便環保，其無污染。

（2）具有較高的經濟性。該裝置一方面實現了對技術標準的滿足，另一方面實現了成本的有效降低。

結語

智能并網裝置能實現對電能的計量與監測，還具有同期并網檢測功能，且能實現遠方通信與故障隔離閉鎖，具有較高的經濟性和實用性。因此，有必要在實踐應用中進行積極地探索，對該裝置進行改進，在此基礎上大力進行推廣。

參考文獻

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