大型光伏電站并網特性及其低碳運行與控制技術

◎陳子劍

大型光伏電站并網特性及其低碳運行與控制技術

◎陳子劍

由于化石燃料的大量消耗造成的溫室效應是目前全球最為關注的環境問題，為了有效改善能源消耗而造成的環境問題，我國大力倡導基于太陽能、風力等可再生清潔能源而開發的發電技術的廣泛應用，并為電站的低碳運行提供一定的貢獻。本文結合大型光伏電站并網特性來分析低碳運行與控制技術，光伏電站的主要發展趨勢就體現在規模化與并網特性上，在一定程度提升了光伏電站的運行效率，拓展并網的容量，讓光伏電站實現低碳運行。

現階段，自然環境的嚴重污染與能源的匱乏問題是社會的關鍵問題，尤其是由于化石燃料的大量消耗而造成的溫室效應是全球最為關注的環境問題，全球各個國家在各行各業的生產上都大力推行低碳戰略。

根據我國低碳發展戰略顯示，與2005年相比，2020年的國民生產總值中二氧化碳的排放量要降低40～50%。眾所周知，二氧化碳排放的主要來源就在與電力行業的生產中，因此，為了能夠遵守節省能源的政策要求，電網應當提倡節省能源、提高效率、減少排放的發展標準，推動基于新能源的生產技術的應用與發展。光伏電站在推動電力產業節能、低碳的整體發展上產生著關鍵的影響，因此，在倡導新能源技術在電站中的應用，一方面要注重發電側效率，同時要確保到電站運行的高效性與安全性。

大型光伏電站并網特性分析與低碳運行

大型光伏電站并網的基本結構。光伏電站并網結構可以劃分成單級結構與雙級結構，其中單級結構是把光伏電站中向外輸出的直流電在DC/AC裝置上直接轉變成和電網中的電壓有著相同的幅值和頻率的電能，兩級結構是把光伏電站中向外輸出的直流電在DC/AC裝置上提升電壓，之后在二級裝置上轉變成指定的交流電，并實現并網。

對于大型光伏電站而言，因為自身容量的擴大，在控制系統上就存在一定的難題，因此，為了能夠提升生產效率，并且在一定程度上減少電能轉換過程的耗能，在結構的選擇上通常都是單級結構。

在針對光伏電站并網特性的研究過程中，DC/AC逆變器是重要技術之一，合理的設計能夠有效提升發電技術的運行效率，并減少能源消耗，從根本上改善光伏電站并網電能的整體質量。目前，逆變器控制策略的新要求是改善大型光伏電站對電網運行產生的問題，比如是鼓搗效應、電壓閃變以及低電壓能力障礙等問題。由于逆變器可以控制有功功率，并補償無功和諧波電流，才能夠在一定程度上弱化大型光伏電站對電網產生的負面影響。

此外，由于目前大多數大型光伏電站是運用的單級并網結構，因此在兩級并網結構中，逆變器中對最大功率點跟蹤與控制的基本功能要在其運行中充分展現。因此，大型光伏電站并網對逆變器的控制模式提出了較高的要求。

大型光伏電站的低碳運行。低碳運行是指電能生產與電力二氧化碳排放量的限制同時進行合理的調度，是智能化電網運行中的一種模式。運用光伏能源完成發電是低二氧化碳排放的一種可再生清潔能源，因此，較為理想的發電狀態應當是在并網過程中，讓光伏電站承擔最大的發電任務，而為了在并網中實現低碳運行，就要實現光伏發電的合理調度，這就要求運用到能源儲存系統。其中包含了光伏電站生產的電能、電池中儲存的電能、光伏電話需要向外輸送的電能以及電網的電能，當電網的電能低于電池電能與向外輸送電能相加之和的時候，儲能電池就會呈現出充電狀態，將多出來的電能進行儲存，而當其高于儲能與輸送電能的相加之和的時候，儲能電池就會呈現出放電，從而確保光伏電站可以提供充足的清潔能源。大型光伏電站的低碳運行的基本流程，通過合理的調度方式來確保大型光伏電站運行的安全性與穩定性。

大型光伏電站逆變器的控制技術

本文主要針對逆變器多模式控制技術與有功功率控制技術進行研究與分析。

逆變器多模式控制技術。逆變器多模式控制是對電流實現有效的控制，和無功以及諧波電流的補償控制、有功功率控制在本質上是相同的，能夠運用測量、轉變等不同的方式來獲得參考電流值，并且可以和實時測量到的三相輸送的電流值進行對比。逆變器多模式控制的主要目的是讓光伏陣列在受到周圍環境的影響下依然能夠完成最大功率的輸送，提升光伏發電技術的運行效率。大多數情況下，逆變器多模式控制方式會選擇導納增量法，其自身具備了較高的準確性，并且在自然環境出現快速變化的情況下依然能夠展現出優良的跟蹤性，因此備受關注。

有功功率控制技術。在電網中，常見的問題就是電壓突然出現下降，如果光伏電站缺乏低電壓穿越能力，那么在電網出現問題的時候就會與電網分離，從而導致電網發電的大量損失，因此，光伏發電技術要在并網結構的逆變器上增加有功功率控制技術，讓其在出現問題的時候加強低電壓穿越能力，并對電網電流的注入采取有效的控制措施，而在電站正常運行的過程中能夠合理調節電流頻率，并對整體結構產生保護作用。

在各種新型能源中，光伏發電技術憑借自身的環保性、安全性以及無噪音等優勢獲得了快速的發展，并發展較為成熟。現階段，光伏電站的發展趨勢呈現出的并網特性與規模性，都在一定程度上提升了運行效率與容量，從而保障大型光伏電站的低碳運行。我國地區已經成功建設了10MW以上的大型并網化光伏電站，且數量超過了100座，目前為止依然在進一步研究并建設100MW的光伏電站。由于光伏發電容量的增加，突顯了給電站運行產生的負面影響，以往被忽視的影響因素也成為了亟待改善的主要問題，因此，本文對大型光伏電站并網特性以及低碳運行與控制技術的分析是非常有意義的。

為了實現發電產業的低碳戰略，我國大力推行太陽能、風能以及光能等新興可再生清潔能源，而光伏電站并網特性與大規模化是發展的主要趨勢。光伏發電的輸出在極大程度上會受到環境的影響，因此，會具有較為顯著的隨機性與不穩定性，而在各種環境下光伏電站輸出特性的相關研究有非常重要的作用。此外，由于光伏電站容量的逐漸擴大，以及加強光伏電站并網過程中的供電能力，就要注重大型光伏電站對電網產生的負面影響，通過逆變器的優化與控制來加強對光伏電站的控制，促進光伏發電技術的快速發展與應用。

（作者單位：安徽省電力公司淮北供電公司）