電氣自動化在集中式并網光伏電站中的應用及發展

張琰春 張曉玉 張曉勇

浙江知遠工程管理有限公司 浙江 杭州 311100

1 光伏發電原理和并網形式及特征

各種發電形式中，太陽能發電形式，如今已經是一種較為常見的方式，兼顧經濟發展的同時，還可以符合環保發電的要求，因此太陽能發電也逐漸形成產業化發展趨勢。針對光伏電系統并網而言，其主要運行環境為微網，通過中低壓配電網，向高壓電網中接入。當逆變器輸出正弦波電流，在相位和頻率方面和電網電壓相同，光伏發電系統并網即可成立[1]。

在形式上，光伏發電系統并網有集中式和分散式兩種情況。前者（集中式并網）的特點可以直接向大電網輸送電能，由大電網對用戶用電進行統一調配，單向交換。集中式并網在大型光伏電站應用較多，和負荷點之間的距離相對較遠，而且通常占有較大面積，對電網和光照資源要求較高。后者（分散式并網）也有分布式光伏并網的別稱，可以直接向用電器分配電能，如果電力出現富余或不足的現象，可以通過大電網之間的連接進行調節，可能存在雙向交換的情況，在小規模光伏發電系統應用較多，城區光伏發電即為此種。

當前社會背景下，并網光伏電站在自動化系統方面，主要有以下幾種：第一，逆變器自動檢測功能、自動起停功能。由于逆變器在光伏電站中的設備核心地位不可忽視，而較大規模的并網光伏電站，往往會有較多逆變器，基于此，逆變器應當依據電網電壓、相位角、頻率等，對跟蹤并網情況進行自動檢測。第二，綜合自動化后臺，可以借助通信通道的支持，在后臺匯集所有來自逆變器、光伏匯流箱的電氣參數，為工作人員檢修故障提供便利，第一時間進行相關事宜護理。第三，應用功率自動控制系統，可以依照電網調度情況，對光伏電站有功功率輸出，進行自動調節。第四，應用電壓自動控制系統，可以通過無功補償裝置，對電壓進行調整，保證線路電壓質量達到標準。第五，光功率預測系統，可以依據天氣預報情況，使光伏負荷不會受到天氣過大負面影響，處在可控范圍內[2]。

2 并網光伏發電系統的設計

光伏發電單元是光伏并網發電系統中，不容忽視的關鍵部分，其工作原理就是通過逆變器，實現光能向電能的轉換，為人們用電提供便利。保證光伏電池的合理擺放，就能有效收集太陽能，只要環境中的太陽能相對充足，就可以成為光伏電池陳列處，通常為沙漠、戈壁，或者建筑物頂部。其中，功率跟蹤器主要作用，可以使光伏并網發電系統功率趨于穩定，通過蓄電池功能實現調度光伏發電項目的目的，之后儲存電能，但是這個階段也會導致逆變器的工作壓力被大大提升。與之相對的，逆變器主要是負責電網和光伏發電系統之間的連接，連接的穩定性和系統應用息息相關。如果光伏發電項目接入了較多數量，不僅可以促進電網智能化發展，還能夠進一步降低傳統發電方式面臨的壓力[3]。

3 并網光伏電站中電氣自動化的應用及發展

3.1 集中式并網光伏電站發電系統控制方法

光伏并網發電系統在運行階段，可以應用電氣自動化技術，實現對輸出電流和電壓的檢測，電路會負責處理輸出電流和電壓，向數字濾波處理器傳送經過處理的信息。除此之外，強化電氣自動化技術的應用，可以直接測定直流母線電壓，在數字濾波處理對結果處理之后，可以求出相應差值，由電壓調節器輸出誤差信號，為直流母線的可靠運行提供保障。最后，在已知電流幅值和正弦乘積的情況下，能夠求出電流指令信號值，經過數字信號技術處理過后，可以得出并網電流采樣濾波值差值[4]。

3.2 孤島檢測技術應用

孤島檢測技術可以對集中式并網光伏發電系統，起到保護作用，可分成主動式和被動式兩種情況。主動式保護以主動頻率偏移法為主，在工作原理上體現為：光伏并網系統運行階段，每隔相同間隔時間，就通過人為方式進行一次擾動，向其中注入電網電流頻率，保證擾動處在微小幅度；若在光伏并網系統正常工作時出現擾動情況，應對其公共耦合點頻率值、電壓值進行檢測，可以判斷檢測結果介于規定值上下限之間；若在光伏并網系統異常狀態下出現擾動情況，對其公共耦合點頻率和電壓進行檢測，檢測結果和規定值相比，差異會相對明顯。此時若進行認為擾動，則系統會自動調整基準值，重新進行擾動疊加，不斷循環，令耦合點電壓頻率和正常頻率相去甚遠。

與之相對的，被動式保護則無須人為擾動信號的介入，優勢較為明顯，但是為提高準確程度，實際中常常主動和被動保護方式一齊應用。被動式保護中，通常過壓和欠壓方式應用較多，通過對系統過頻和欠頻情況進行檢測，將結果和規定的公共耦合點頻率或電壓相比，保證孤島效應已經發生。這種效應會出現檢測盲區，在判斷準確性上稍遜一籌[5]。

4 結束語

太陽能光伏發電不僅可以提升發電的環保性，也能改變人們生活方式。為實現太陽能發電的高效發展，應當積極改善現今存在的一些問題，使其發電效率和質量全面提升。