光伏并網專利技術綜述

楊歡

引言

光伏并網系統是世界各發達國家在光伏應用領域競相發展的熱點和重點，是世界光伏發電的主流發展趨勢[1]。本文從光伏并網的專利文件出發，從光伏并網的技術分支、技術演進、專利申請趨勢、主要申請人及重點專利分析等幾個方面，分析光伏并網的技術發展狀況。專利數據選取的時限為2018年5月1日前公開的申請。

一、技術原理及發展概述

1.1光伏并網的組成及原理

光伏并網系統就是光伏發電系統與常規電網相聯，共同承擔供電任務。光伏發電進入大規模商業化應用的必由之路，就是將光伏系統接入常規電網，并網發電。光伏并網系統通常包括：太陽電池陣列、控制器、逆變器和公共電網[2]。

1.2光伏并網的技術分支

通過對現有專利申請的分類統計，得到光伏并網領域的技術分支及各分支的申請數量如圖1所示。從目前的專利申請來看，光伏并網的研究主要集中在光伏并網的組成結構，以及并網后對電網所帶來的影響。其中，對于逆變器的專利申請更是占據所有申請中的40%，而最大功率點跟蹤技術是逆變器研究中的熱點，超過300件申請。

1.2.1太陽電池陣列采光跟蹤技術

太陽電池陣列的發電量與陽光入射角有關，光線與太陽電池方陣平面垂直90度時發電量最大，改變入射角，發電量就明顯下降，太陽電池陣列采光跟蹤控制技術應運而生。所述太陽電池陣列采光跟蹤控制即是根據太陽的位置變換而自動變換吸收光能的最佳位置，從而增加太陽電池陣列的采光率。太陽電池陣列跟蹤控制通常具有四種工作狀態：常態下的對日跟蹤狀態、間歇式跟蹤、自動回位、惡劣天氣的保護。

1.2.2并網逆變器

并網逆變器是并網光伏發電系統的核心部件和技術關鍵，它的主要任務是將太陽能電池陣列產生的直流電轉化為交流電，并對轉化后的交流電的性能指標進行控制，最終將太陽能電池陣列輸出的直流電能轉換成為與市電電網電壓同頻率、同相位的交流電能，而后輸送給市電電網。

（1）逆變器拓撲。并網逆變器拓撲結構可分為單級式和多級式[3]。并網逆變器由單級到多級，電能轉換級數的增加，能夠方便滿足最大功率點跟蹤的要求，也更符合直流電壓的輸入范圍。

（2）最大功率點跟蹤技術。在光伏發電系統中，當太陽能電池運行于不同的外界環境條件下時，有且只有一個最大功率點與之對應。因此在光伏發電系統的運行中，需要通過相應的最大功率點跟蹤技術，使太陽能電池工作于最優狀態，即最大功率點附近，最終實現太陽能電池對太陽能的利用率達到最大化。常用的最大功率點跟蹤方法包括擾動觀察法、電導增量法。

（3）諧波抑制技術。光伏逆變器中含有大量的電力電子元器件，在直流逆變為交流時不可避免地會產生諧波，對電網會造成諧波污染，并且在并網逆變器輸出輕載時諧波明顯變大，在額定出力的20%以下時。電流諧波總畸變率會超過5%。如果電網中含有多個諧波源，還有可能會產生高次諧波的功率諧振。因而在保證逆變器自身可靠性的同時，還需降低線路電流諧波總含量。因此，對光伏并網系統中的諧波進行準確且快速的測量分析是很有必要的。

1.2.3并網影響

（1）孤島檢測技術。所謂孤島效應，是指在分布式發電并網系統中，當主體電網由于電氣故障、停電檢修或其他人為因素中斷供電時，各個并網系統沒有檢測到停電狀態將自身切離，而是繼續供電，與周圍負荷形成了電力公司不可控制的自給供電孤島的現象。目前孤島檢測方法主要分為主動檢測法和被動檢測法。

（2）配電網規劃與調度自動化。光伏電站的接入可消除配電網的過負荷和堵塞，增加配電網的輸入裕量，在一定的發電配置和電壓調節方式下，可緩解電壓暫降，提高電壓調節性能。但是PV接入會改變電網潮流，或者向電網反送功率，會使配電網可調度的發電容量減少。而其自身又不具有調度自動化功能，不能參與電網頻率以及電壓的調整，這無疑會進一步減少配電網可調度的發電容量，從而會對現有配電網的規劃、調度運行方式產生影響。

二、光伏并網的發展趨勢與現狀

2.1專利申請趨勢

圖2顯示了光伏并網技術領域的專利申請量的年度變化趨勢。從圖中可以看出，在全球范圍內，該領域的專利申請始于1999年，光伏并網相關技術從無到有，1999年至2006年間緩慢發展，從2007年開始，進入快速發展階段，申請量迅速增長，尤其是2010年至2014年，申請量大且數量增長速度非常快，但隨著光伏發電技術的日漸成熟，2015年以來，申請量逐漸減少。

2.2主要申請人分布

圖中顯示了主要申請人及其申請量分布，其中，國家電網公司的申請量明顯高于其他申請人，超過三分之一，處于絕對領先地位，其次為陽光電源股份有限公司、特變電工新疆新能源股份有限公司、中國電力科學研究院。此外，在大專院校中，以東南大學、西安理工大學、華北電力大學（保定）、浙江大學的申請量較多，都對該領域展開了研究。

三、總結

本文基于光伏并網的專利申請文獻，介紹了光伏并網技術的組成及原理、技術分支，并對該技術領域的專利申請趨勢、重點申請人進行了分析。通過上述工作，對光伏并網技術領域有了更加全面和深入的認識、理解，增加了本領域技術人員的知識儲備。

參考文獻：

[1]李偉，太陽能光伏并網發電系統的分析，《科技尚品》，2016，2：82

[2]陳煒、艾欣、吳濤、劉輝，光伏并網發電系統對電網的影響研究綜述，《電力自動化設備》， 2013，33（2）：26-32

[3]張堯、晁勤、吳春艷、徐立軍，光伏并網逆變器研究綜述，《電器與能效管理技術》，2016，17：7-11