電氣自動化在集中式并網光伏電站中的應用及發(fā)展

張海軍

關鍵詞：電氣自動化；集中式；并網光伏電站

社會發(fā)展和人們日常生活對能源的需求進一步擴大，這在一定程度上對我國能源產業(yè)的發(fā)展提出了更加嚴苛的要求。因此，以太陽能光伏發(fā)電綠色能源為代表的相關發(fā)展方向越來越受到國家的關注。然而，由于我國太陽能光伏發(fā)電仍處于發(fā)展初期，為了更好地解決光伏發(fā)電系統(tǒng)中的實際問題，相關技術人員應進一步革新工作觀念，以國內外先進的電氣自動化知識為理論基礎，建設新型集中并網光伏電站。

1光伏發(fā)電原理和并網形式的特點

1.1光伏發(fā)電原理

在傳統(tǒng)光伏發(fā)電過程中，通過太陽能光纖對半導體材料的持續(xù)照射，使半導體表面產生相對穩(wěn)定的光伏效應，在這種反應中，光源可以不斷轉化為電能，并通過相應的儲能裝置進行儲存和傳輸，從而發(fā)揮發(fā)電產能的實際作用。在光伏發(fā)電中，有幾個關鍵要素，首先是有效儲存電能的太陽能電池，其次是控制整體效果的相關控制器[1]。作為綠色可持續(xù)發(fā)電的重要代表，太陽能發(fā)電不僅是對傳統(tǒng)能源發(fā)電的有效補充，對綠色能源的發(fā)展也起著至關重要的推動作用。

1.2并網形式的特點

在太陽能光伏發(fā)電的實際并網過程中，需要一定的基礎條件來保證整體的并網質量，這就要求在實際輸出過程中接人正弦波電流的逆變器的頻率要保持在一定的數據范圍內，同時要考慮實際電壓頻率波動和電網相位的整體值，從而可以將二者的數據保持在一定的通信范圍內。在傳統(tǒng)并網過程中，往往有兩種形式：首先是集中并網[2]。這種并網形式的特點主要體現在將太陽能光伏發(fā)電的相關電能進一步整合，從而統(tǒng)一輸送到大電網進行電力資源配置，最終實現居民日常使用的電力資源供應過程。因為電網的電力傳輸是單向的，這也決定了供電管道較大，更適合遠離電力負荷的大型光伏電站或遠離城市的光伏電站[3]。其次是分散式并網。這種并網形式的太陽能光伏發(fā)電主要是將自身的電力資源直接供應給指定的電力負荷使用，電力輸送中不穩(wěn)定的部分由電網進行平衡和調整。并網形式與電網之間的供電方向往往是雙向的，因此適用于供電量較小的小型光伏電站。由于目前我國建筑業(yè)與光伏產業(yè)的融合發(fā)展，建筑區(qū)域的群集光伏發(fā)電可以更方便、更快捷地為建筑主體的相關電力設施提供電力，從而更好地解決電力資源的能耗問題。

2光伏并網發(fā)電系統(tǒng)設計和自動化應用

2.1光伏并網發(fā)電系統(tǒng)設計

在太陽能光伏并網發(fā)電系統(tǒng)的實際設計過程中，光伏發(fā)電單元的設計是影響系統(tǒng)性能最關鍵的部分，不僅影響系統(tǒng)的發(fā)電效率，而且直接影響光伏發(fā)電的并網質量。在光伏發(fā)電的實際工作過程中，光伏發(fā)電單元的運行可以使太陽能電池在陽光照射下實現電能的轉換和儲存。只要太陽能充足，就可以實現發(fā)電裝置的穩(wěn)定供電[4]。逆變器的有效使用不僅可以更好地連接電網系統(tǒng)，還可以連接光伏發(fā)電系統(tǒng)的質量控制單元。當光伏發(fā)電機組的數量不斷增加日寸，就需要相關的電氣自動化技術發(fā)揮作用，從而更好地完成多臺逆變器并網的相關線路要求。

2.2光伏電站中自動化系統(tǒng)的應用現狀

由于我國區(qū)域因素對整體光伏電站的使用影響很大，因此目前我國光伏電站中自動化系統(tǒng)的應用主要包括以下幾個方面。

（1）在逆變器的實際使用過程中，相關技術人員經常利用自動化技術來更好地提高逆變器的自動檢測性能，不僅可以更好地結合電網整體數據對不同逆變器的匹配問題進行統(tǒng)一檢測和預警，還可以配合自動化設備的暫停和運行控制，從而更好地實現逆變器的動態(tài)綜合控制和使用，一方面大大節(jié)省了人力資源成本，另一方面也降低了設備故障率。

（2）對于整體電站后臺的自動化應用，相關技術人員不僅可以將海量的設備和電力數據直觀的呈現在屏幕上，還可以提高相關檢修人員的工作效率。同時，也便于相關維修和保養(yǎng)人員更好地整合光伏合成器箱、逆變器等設備的數據，從而更好地提高整體線路故障問題的處理效率，進一步提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性[5]。

（3）通過進一步加強電力控制系統(tǒng)的電氣自動化應用，相關技術人員不僅可以大大提高光伏電站的發(fā)電效率和能耗控制精度，還可以根據并網需求優(yōu)化相應的功率區(qū)間，從而更好地提高并網傳輸質量[6]。

（4）在太陽能光伏電站的實際運行過程中，電壓控制系統(tǒng)的電氣自動調節(jié)不僅可以更好地滿足相應的電壓調節(jié)要求，而且可以提高電壓穩(wěn)定性。

（5）光功率預測系統(tǒng)可以有效提高基于光譜信息相關性分析的短期天氣預測精度，經過相關技術人員對電氣自動化的優(yōu)化，可以更好地提高光譜信息的接收頻率，從而進一步提高天氣變化的預測精度，也對光伏發(fā)電的整體運行質量起到更好的控制作用。

3電氣自動化在光伏并網發(fā)電系統(tǒng)中應用和發(fā)展

3.1兩級式光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體控制策略

在實際光伏并網發(fā)電系統(tǒng)運行過程中，由于相關技術人員發(fā)現并網發(fā)電過程中電壓、電流數據經常出現波動，導致整體光伏發(fā)電輸出在頻率和相位上始終與總電網實際輸出存在一定程度的誤差。這在一定程度上造成并網結構不穩(wěn)定，整體電力資源傳輸質量也受到一定程度的影響。為了避免此類問題，相關技術人員通過電氣自動化技術的有效應用，結合兩級光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體控制策略，實現了對數據的精確控制。

在實際應用過程中，相關技術人員不僅可以更好地獲取相關電壓和電流的準確數據，還可以通過對光伏儲能電池進行更全面的檢測，調整和優(yōu)化后續(xù)的數字信號處理和轉換質量。結合數字濾波裝置的有效使用，過濾電力傳輸過程中的低頻噪聲，保留高頻部分的相關信息，不僅更好地實現了傳輸過程中整體電力資源的信號和數據跟蹤功能，還進一步優(yōu)化了并網過程中整體電力輸出的傳輸質量。當相關技術人員檢測到電壓和電流值與電網要求有一定差異時，可以通過相關的自動控制設備進行并網調整，從而更好地滿足并網輸電過程的頻率和相位要求，也增加了整體輸電過程的質量穩(wěn)定性。由于整體太陽能光伏信號是由傳輸過程中電流的相關值與正弦信號的乘積決定的，為了更好地調整整體并網輸出的電流數據，相關技術人員應根據電網數字信號的相關數據進行準確比較，并將調整過程中的誤差控制在小數點后一位以內。兩級光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體控制策略不僅有助于運營商對整體發(fā)電資源進行更全面的數據檢測和傳輸控制，而且結合電氣自動化技術的相關應用，提高了并網傳輸過程中與總電網的匹配度。不僅提高了并網結構的運行質量，而且對增加電力資源在光伏發(fā)電總電網傳輸中的份額具有積極作用。

3.2孤島檢測技術的有效應用

太陽能光伏并網發(fā)電系統(tǒng)在運行過程中，由于光伏發(fā)電的孤島效應，往往存在一定的全線傳輸不順暢的問題。此類問題不僅大大降低了整體光伏發(fā)電的效率，還會導致部分線路的電流和電壓出現較大波動，最終影響整體并網傳輸的穩(wěn)定性和出現設備使用風險[7]。為了避免此類問題，相關技術人員通過電氣自動化技術的有效應用，進一步實現了孤島效應檢測技術的創(chuàng)新應用，并通過以下兩個方面進行應用和擴展。

（1）被動式檢測。相關技術人員可以對線路中的傳輸電壓進行檢測和判斷，也可以對整體電網公共節(jié)點的電壓頻率進行檢測和判斷[8]。這樣的判斷方法能夠更好地提升對于整體并網輸出的數據準確性，從而更好地調整并網電壓和電流的數據傳輸速度。

（2）主動檢測。這種監(jiān)測思路主要是通過人工手段進行，結合相關人員攜帶設備檢測異常信號位置的方式，利用設備數據的反饋來判斷故障異常的范圍，并找出相對的孤島范圍以進行相應的修正。近年來，光伏發(fā)電并網系統(tǒng)已經逐步發(fā)展起來。在實際的孤島檢測過程中，相關技術人員經常使用過壓和欠壓的被動檢測方法，可以更好地捕捉和反饋線路中的電壓與頻率變化。記錄并統(tǒng)計同一區(qū)域不同檢測時間段的電壓差，并繪制相應的數據圖進行輔助分析，最終判斷該區(qū)域是否存在孤島效應，但這種檢測方法存在一定的盲區(qū)風險，因為并網處逆變器的相關負載往往與正常電壓變化頻率相近，會在一定程度上影響相關檢測的準確性。主動檢測頻率偏移的具體方法可以通過人為添加相應的電流頻率來防止發(fā)電系統(tǒng)頻率波動，檢測公共耦合點的電壓和頻率波動，從而準確判斷整體數據是否在正常范圍內。這種檢測方法不僅可以高效地找到孤島效應的相關位置，還可以根據并網檢測的相關標準進行全線孤島保護。

3.3安全保護技術的進一步深化應用

在太陽能光伏并網發(fā)電系統(tǒng)運行過程中，相關技術人員可以通過電氣自動化技術的有效應用，更好地提高發(fā)電系統(tǒng)的運行性能。這不僅需要加強實際應用中負荷數據的進一步自動檢測和質量分析，還應該結合數據分析來提高相關線路故障問題的預測精度。此外，加強逆變器的自動控制還可以進一步提高相關人員的故障響應和調整效率，最終對提高整體系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性起到深遠的作用。

4結束語

集中并網光伏電站如今備受關注，電氣自動化技術的應用可以促進其發(fā)展。相關技術人員應進一步提高電氣自動化技術應用能力，從而在集中并網光伏電站的應用和管理過程中更好地提升供電運輸質量。此外，這對提高太陽能電池的利用率和性能也起到積極作用，最終有助于為國家和社會發(fā)展提供更多更優(yōu)質的清潔能源。