電氣自動化在集中式并網(wǎng)光伏電站中的應(yīng)用

王同信

摘要：隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的高速蓬勃發(fā)展，可持續(xù)發(fā)展這一理念逐步走進(jìn)了大眾的視野，并且得到了人們的高度重視。太陽能這一資源具有著環(huán)保、安全、可靠的顯著優(yōu)點，在未來的電力供應(yīng)體系中具有著不可替代的作用。加強(qiáng)對光伏發(fā)電系統(tǒng)的研究與應(yīng)用，有利于緩解目前電網(wǎng)存在的部分壓力。本文主要對光伏發(fā)電原理及其并網(wǎng)形式的特點進(jìn)行了簡要的探析，主要對集中式并網(wǎng)光伏電站的運(yùn)行方案及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了一系列的研究。

關(guān)鍵詞：電氣自動化;光伏電站;集中式;并網(wǎng)形式

前言

化石能源的大量使用不僅給環(huán)境帶來了巨大的壓力，在一定程度上也具有著價格高、不利于獲得可觀經(jīng)濟(jì)利益的缺點。就目前來說，開發(fā)利用可再生資源，減少化石能源的使用是越來越多企業(yè)目前重點關(guān)心的問題。近幾年來，我國對于節(jié)能環(huán)保的提倡力度持續(xù)加大，相關(guān)政策與法律法規(guī)也都向節(jié)能環(huán)保這一方向傾斜。開發(fā)多元化的能源，加強(qiáng)新能源的利用是世界各國目前高度關(guān)注的一個問題，對能源體系進(jìn)行合理調(diào)整，加強(qiáng)綠色能源的開發(fā)利用，只有做到這樣才能夠真正減輕化石能源目前所帶來的不利影響。光伏發(fā)電的使用量正在逐年增長，其顯著的優(yōu)勢與特點也逐漸被大眾看到，而光伏電站大多數(shù)建設(shè)在偏遠(yuǎn)山區(qū)，建筑面積大，巡視操作及極為不便，為了提高效率，近年光伏電站逐步實現(xiàn)自動化遠(yuǎn)程監(jiān)視及操作。

一、光伏發(fā)電原理以及并網(wǎng)形式的主要特點探析

光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)并不是隨便就可以實現(xiàn)的，要先實現(xiàn)逆變器輸出正弦波電流的頻率和電網(wǎng)的電壓頻率要達(dá)到一致，其次其相位也要相同。集中式并網(wǎng)與分散式并網(wǎng)作為光伏發(fā)電并網(wǎng)形式的兩種主要類型，其各自有著不同的特點。集中式并網(wǎng)可以實現(xiàn)電能的直接輸送，顧名思義，它可以把需要的電能直接輸送到電網(wǎng)當(dāng)中，然后再由大電網(wǎng)對電能實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)配管理，分送給需要的用戶，這種形式于規(guī)模較大的光伏電站并網(wǎng)來說較為適用，一般設(shè)置的離負(fù)荷點距離較遠(yuǎn)。對于分散式并網(wǎng)來說，它又可以被稱作分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)，其主要特點是：電能可以被直接的分配到用電設(shè)備上，多余的電力資源還可以通過大電網(wǎng)對其進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。這種方式比較適用于規(guī)模較小的光伏發(fā)電系統(tǒng)。集中式光伏電站與分散式光伏電站相比較，其需要的占地面積較多，并且前者對于光照資源有著更為嚴(yán)格的要求，對電網(wǎng)質(zhì)量要求較高。就我國目前的光伏電站發(fā)展情況來說，大部分的并網(wǎng)光伏電站具有較為完備的自動化系統(tǒng)，逆變器作為并網(wǎng)光伏電站一類至關(guān)重要的設(shè)備，就其目前的技術(shù)發(fā)展情況來看，逆變器已經(jīng)具備較為完備的自動檢測功能，并且還可以實現(xiàn)自動停啟。對于規(guī)模較大的并網(wǎng)光伏電站來說，其具有的逆變器的數(shù)量較多，所以逆變器的運(yùn)行必須要根據(jù)電網(wǎng)電壓以及頻率進(jìn)行確定，有時還要參照電網(wǎng)的相位角，實現(xiàn)對并網(wǎng)的自動跟蹤與檢測，還能夠?qū)崿F(xiàn)自動停止運(yùn)行。綜合自動化后臺也是并網(wǎng)光伏電站自動化系統(tǒng)的重要體現(xiàn)。綜合自動化后臺主要是把逆變器、光伏匯流箱等設(shè)備的各種參數(shù)，利用通信通道，將其在后臺進(jìn)行整合處理，便于維修人員及時查看數(shù)據(jù)信息，針對故障問題制定合理的解決方案。除此之外，光功率預(yù)測系統(tǒng)也是并網(wǎng)光伏電站自動化的重要體現(xiàn)，它可以根據(jù)近期的天氣預(yù)報值，制定近期的發(fā)電計劃，根據(jù)天氣的變化確定光伏負(fù)荷，進(jìn)而對其實現(xiàn)嚴(yán)格的把控。

二、集中式并網(wǎng)光伏電站的主要運(yùn)行方案及其相關(guān)技術(shù)的研究

2.1孤島效應(yīng)的相關(guān)研究

當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，不得不進(jìn)行停電維修，這就會使用戶的用電受到影響，有時供電系統(tǒng)會因為發(fā)生事故，進(jìn)而引起跳脫，用戶側(cè)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)就極其會和附近的負(fù)荷形成一個電力企業(yè)不能夠嚴(yán)格把握的供電孤島，不僅會給專業(yè)的檢測人員帶來一定程度的危險，還會影響用戶的用電安全。孤島效應(yīng)的產(chǎn)生會給整個電網(wǎng)系統(tǒng)帶來許多不可估量的損失。孤島效應(yīng)對負(fù)荷和電器設(shè)備以及周圍的人身安全都會造成一定程度的危害，當(dāng)供電系統(tǒng)存在缺陷，且供電質(zhì)量不高時，還會使用電設(shè)備發(fā)生不可逆的損壞。當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)的時候，光伏發(fā)電系統(tǒng)會實現(xiàn)重新并網(wǎng)，但是其相位不能夠與電網(wǎng)實現(xiàn)同步化，進(jìn)而會產(chǎn)生較大的沖擊電流。由此可見，對孤島效應(yīng)實行預(yù)防并且采取防孤島保護(hù)是十分必要的。對于防孤島保護(hù)，我們可以分為主動和被動兩種形式，被動式防孤島保護(hù)目前存在的缺陷是：負(fù)荷和逆變器的輸出功率與孤島的匹配程度較低，主動式防孤島保護(hù)需要有一定的干擾，但是這種保護(hù)方式存在一定的局限性，充分考慮兩種保護(hù)方式的優(yōu)缺點，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生失壓情況時，防孤島效應(yīng)保護(hù)必須要立即開始動作，并且切斷與電網(wǎng)的聯(lián)系。

2.2最大功率點跟蹤（MPPT）技術(shù)

在實際應(yīng)用光伏發(fā)電系統(tǒng)過程中，最大功率點跟蹤技術(shù)比較常見的應(yīng)用方式有以下兩種。

第一，擾動觀察法。利用該種方式下，能夠?qū)⒆畲蠊β庶c的范圍有效找出，為更好的進(jìn)行功率整體的跟蹤工作提供理論依據(jù)。

第二，電導(dǎo)增量法。利用該種方式，能夠?qū)⒐夥嘘囍星€的發(fā)生規(guī)律進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)記，借助曲線作用上，能夠求出一定階段下功率的最大值。

2.3 AGC/AVC主要功能相關(guān)研究

在光伏電站中，光伏自動發(fā)電控制（光伏AGC）接收來自調(diào)度指令或電站本地內(nèi)的有功需求，并按照制定好的控制策略分配給光伏電站內(nèi)的逆變器，逆變器根據(jù)分配出力值，實時調(diào)節(jié)出力，從而實現(xiàn)整個光伏電站有功分配和調(diào)節(jié)，維持光伏電站高壓側(cè)電壓接近目標(biāo)值光伏自動電壓控制（光伏AVC）接牧來自調(diào)度的并網(wǎng)點電壓目標(biāo)值，通過控制策略實時調(diào)節(jié)并網(wǎng)逆變器、無功補(bǔ)償設(shè)備（SVG/SVC）的無功補(bǔ)償值或變電站升壓變壓器的分接頭進(jìn)行光伏電站內(nèi)的整體無功補(bǔ)償，從而使并網(wǎng)點電壓處在正常運(yùn)行范圍內(nèi)。

結(jié)束語

簡而言之，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)是目前一項技術(shù)含量較高，并且綠色環(huán)保的新能源技術(shù)，太陽能的開采不受地域條件的限制。光伏發(fā)電作為一項綠色可再生的新能源發(fā)展形式，其快速發(fā)展不僅緩解了化石能源帶給環(huán)境的污染，還在一定程度上改變了人們的生活方式。光伏發(fā)電與傳統(tǒng)的發(fā)電形式相比較，其安全性更高，且綠色環(huán)保。太陽能作為一項取之不盡、用之不竭的自然能源，對其進(jìn)行科學(xué)合理的利用，不僅可以解決能源短缺、環(huán)境污染問題，還能夠?qū)崿F(xiàn)更為可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]張琰春，張曉玉，張曉勇. 電氣自動化在集中式并網(wǎng)光伏電站中的應(yīng)用及發(fā)展[J]. 科學(xué)與信息化（3）：1.

[2]董開松，嚴(yán)麗，汪紅燕，楊萍，& 劉海燕.（2014）. 大規(guī)模光伏電站集中并網(wǎng)對電網(wǎng)的影響分析及對策. 甘肅電力技術(shù)（3），52-55.

[3]劉勝俊. 電氣自動化在集中式并網(wǎng)光伏電站中的應(yīng)用及發(fā)展[J]. 中國設(shè)備工程，2018，404（19）：187-188.