光伏發電并網技術在電力系統中的應用

農 芒

賽富電力集團股份有限公司，廣西 南寧 530000

0 引言

隨著我國經濟飛速發展及工業化進程的不斷加快，電力作為我國絕大多數企業的主要供應能源，在實際生活中給予了人們諸多便利。現階段，我國能源面臨極度緊缺的情況，因此需要積極調整一些能源節約及高效利用有關的策略，盡可能地實現可持續發展的戰略目標。光伏發電產業在這樣的時代背景下迎來了黃金發展時期。我國的光伏發電將并網技術綜合應用到日常工作過程中，從而調整了我國的能源利用格局，在一定程度上推動了我國能源的可持續發展[1]。

1 光伏發電基本工作原理與模型

新型的利用太陽能進行發電的環保電池，其工作原理是利用陽光收集設備將光能收集起來，在機器內部利用半導體材料將光能轉化成電能[2]。這種新型電池正常開展工作的基本條件如下：首先，要在能充分收集到太陽光的環境下進行，即陽光的供給必須能滿足發電需求；其次，在太陽光進入半導體材料的管子時，粒子必須具備可以快速激發電子的能量。同時，在光能轉化成電能的過程中必須有勢壘電廠的存在。在電廠的作用下，電子和空穴相互分開，電子集中與空穴集中相互分離，這樣就可以借助電廠中的磁場，幫助分開的電子和空穴完成對接。當然，分開的電子和空穴也要能夠在靜電作用下繼續發生變化，直至產生電流。因此，可以將太陽看作太陽能電池正常運轉過程中的穩定能量來源，其基本模型如下。

上述公式中，Iph為伴隨光產生的電流值（單位：A）。Iph的大小由太陽能光伏電池面板表面積及太陽光射入設備中的輻射度這兩個因素決定，與這兩個數值的大小成正比關系。同時，Iph還會受到周圍環境溫度的影響，當周圍溫度上升時，其值也會隨之上升。

太陽能電池在制作時，通常采用的是穩定性能較強的PN結構二極管零件，這種零件可以隨著工作中工作電壓的加大，在零件內部產生一種二極管材料獨有的電流，這在太陽能電池內部被稱為暗電流，即公式中的ID值。ID的大小反映出了當前環境溫度下，光伏電池PN結構自身所能產生的總擴散電力的變化情況。

Rsh為在電路形成過程中其他路線形成的無用電阻值的大小（單位：Ω）。這樣的電阻若長時間存在，容易在電路運轉過程中引發漏電現象。多余電阻的出現通常是由于工作人員沒有及時清潔電路內部的硅片，導致硅片表面或邊緣存在雜物，從而引發電阻漏電造成的。Rs為串聯電阻（單位：Ω）。該電阻值表示在太陽能電池正常工作的電路中，電池材料表面、電路中線路長短等共同作用產生的電阻，這個電阻是無法避免的，但可以通過技術手段不斷減小。I0為PN結反向飽和電流（單位：A）。q為電子電荷。A為PN結曲線常數，正偏電壓大時，其值為1；正偏電壓小時，其值為2。K為玻耳茲曼常數。T為絕對溫度（單位：℃）。V為電壓（單位：kV）；IL為負載電流（單位：A）；VD表示二極管電阻（單位：Ω）。

設置參照情況下，短路電流為Isc，開路電壓為V0c，最大功率點電流與電壓分別為Im、Vm，則當光伏陣列電壓為V時，其對應點電流為I，則有

式中：C1、C2為常數，參數Isc、Voc、Im、Vm的值由供應商提供。

考量到太陽輻射變動與溫度影響時：

式中：Sref、Tref為太陽輻射和光伏電池溫度參考值，一般取為1 kW/m，25 ℃；a為日照強度下的電流溫度系數，A/℃；β為日照強度下的電壓溫度系數，V/℃。

針對單晶硅及多晶硅太陽電池，其測值為

結果表明：太陽能電池板在對外輸出時，光伏電池隨太陽輻射變化而發生變化，其溫度也隨環境溫度發生變化。

2 光伏發電并網系統創建的仿真模擬解析

2.1 光伏電站并網系統架構

太陽能電池作為一種新型能源利用形式，其技術發展還具有很多局限性，因此現在大多數的光伏電站在建立時采用了將傳統蓄電池和電容超大的能量儲存技術相結合的并網系統。這種系統內部的基礎單元結構為光伏設備促成的列陣，通過這些列陣的排列，在內部將光能轉化為電能。

2.2 儲能系統關聯性

傳統發電過程中常用的蓄電池與電容超大的能量儲存器可以在使用過程中直接與光能發電過程中使用的光伏電源并聯在一起，因而二者之間的電壓應該是一直保持一致的。將傳統蓄電池的電能存儲功能與目前較為先進的光能轉換電池相結合，同時借助能夠雙向通電的功率轉換器，可以實現光伏電站充電功能和放電功能的靈活轉換，并且能通過這種反系統，實現在電能運用過程中的功率、電壓等方面的統一，確保了用電企業在生產過程中的安全[3]。

2.3 系統仿真模擬解析

要想準確評估光伏系統，就需要通過仿真技術對系統運行過程進行模擬，通過模擬評估系統的穩定程度和效率。同時，也可以將系統運行前后的各項具體數值進行對比分析，根據比較的結果分析系統運行過程的有效性。另外，結合運行前后的能量儲存效率，也能夠分析出結論。因為傳統的超級電容在運行過程中功率變化的幅度很小，所以通過系統運行可以有效補充并網之后系統運行過程中高頻分率的波動所需能量，而低頻分量的能量補充則可以通過傳統的蓄電池進行補充。

3 光伏發電并網技術在電力系統中的應用

3.1 并網逆變模式與獨立逆變模式的轉化

太陽能光伏發電系統主要有兩種運行模式，即并網逆變模式和獨立逆變模式。在系統處于開機狀態后，若要實現兩種不同工作模式之間的有效轉化，需要工作人員對電網、蓄電池和太陽能電池電壓進行細致、精確的檢測，保證三者的運行狀態正常。要實現并網發電，技術條件和環境條件缺一不可，即電網與太陽能電池的電壓必須處于正常狀態，而且蓄電池的電壓必須飽和，只有滿足這些條件，才能夠確保并網發電的正常運行。并網技術不僅可以做到對實際工作過程中相關光電機組的運行狀態和方法進行模擬仿真，還能夠通過關鍵的主設備有效預測實際工作過程中光電機組的運行功率。在并網發電的同時，逆變器需要輸出電壓提供的能量對電網和交流負載進行供給，可一旦電網出現問題，就需要進行系統檢測。在進行系統檢測時，必須將并網逆變模式轉化為獨立逆變模式，在獨立逆變模式下向負載持續供電，起到不停止電源供電的作用，然后修復電網。在電網修復后，光伏發電系統由獨立逆變模式轉化為并網逆變模式，繼續進行并網供電。

3.2 光伏板開關控制轉換

在太陽能光伏發電系統中，進行自動化檢測和相關的并網發電操作需要逆變器設備。換言之，就是需要確保太陽能光伏發電系統能夠正常運行。在進行計劃性退網時，必須先斷開光伏板側的直流開關，確定逆變設備停機后，再斷開其側的交流開關，然后結合實際情況依次對設備進行停電操作。重復以上操作，直至斷開光伏電源。如果光伏電源的并網容量較小，可以不選擇對光伏板側直流開關進行斷開操作，而是先保證開關處于打開狀態，然后直接對逆變設備進行停機操作。另一個可行的操作方案是斷開逆變設備側的交流開關。如果發電裝置或電網體系發生事故，光伏電源可以選擇進行非計劃退網，此時需由逆變設備和保護裝置自動進行檢測操作，其中包括自動完成解合環。另外，要隔離事故點，盡可能遏制事故造成的影響，將事故損失降至最低。

4 結束語

綜上所述，我國光伏發電產業對并網技術的應用能夠在極大程度上提高光電機組在運行過程中的穩定性和安全性，提高能源的轉化率，進而給企業帶來良好的經濟效益。對此，相關的技術人員和工作人員需要加強對這些領域的探索和研究，推動我國光伏發電產業長久穩定發展。