大容量光伏發電關鍵技術及并網研究

杜小波

摘要：當前，很多大型并網光伏發電系統在有效生產下，對未來發電技術投入與使用產生了相應影響。通過文獻調查、實踐探索等方法對光伏發電的原理和主要構件、大容量光伏發電關鍵技術以及大容量光伏發電對并網產生的影響進行研究。研究結果表明光伏發電實際是基于并網逆變器的功能做功，太陽能電池組件產生直流電，基于光伏發電，可以提升電網整體運行穩定性，也可以連接更多大型光伏發電設備，這樣能夠充分滿足電網交流電的應用需求。

關鍵詞：大容量光伏發電；關鍵技術；并網

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A

0 引言

能源可以為人們實際生活提供基礎動力與支持，隨著社會人口的進一步增長，很多能源已被大力開發和應用，能源逐漸處于枯竭狀態。大容量光伏發電能夠滿足社會對電力資源的需求，對大容量光伏發電關鍵技術進行研究和應用對社會未來發展具有深遠影響。本文主要對大容量光伏發電關鍵技術及并網進行探究。

1 光伏發電原理和主要構件

光伏發電屬于當前新型發電模式的一種，其工作原理主要是依據光伏效應。光伏效應是將半導體作為主要材料，在太陽光照下，將太陽輻射能轉化為電能，以實現發電，光伏發電原理如圖1 所示。光伏發電主要構件包含光伏板、匯流箱以及光伏逆變器等。電池片可以將太陽輻射能轉化成直流電，實現電能的輸出[1]。光伏發電能夠通過電能表對電能實際輸出情況進行計算，針對發電示數和上網示數，實施最終結算。

2 大容量光伏發電關鍵技術

光伏發電的建設周期不長，而且對環境具有較強適應性，無須水資源以及燃料資源等作為保障，發電站整體運行成本較低，工作效率高，便于有關部門實施集中管理，還能夠促進電能資源擴容。大容量光伏電站能夠及時并入公共電網中，將其中不穩定因子消除后，可提高電網運行工作效率，使得公共電網整體運行更穩定，從而為社會發展帶來豐富的電力資源。

2.1 電網與光伏電站關鍵技術

電網與光伏電站實際是通過逆變器進行連接，所以其需要具備可拓展的通信功能，能夠對功率進行控制，并有效降低有功變化率，對諧波實施補償。此外，提升逆變器的實際電壓等級，使其單體容量變得更大，使電能輸出變得更為穩定，可以更好地避免外界因素干擾，逐漸實現電網應用的智能化，按照相應要求與網源技術進行互動[2]。對并網展開控制時，電網的電壓信號要求更高，提升鎖定技術的應用效率，可以更精準與迅速地實施信號控制，避免在大功率并網下產生信號不對稱情況?；谂潆娋W基本能力，當電網系統發送出低電壓信號指令時，可以對電網系統實施管理。大容量光伏發電關鍵技術應展開多級合作，依賴群控技術來實現操作，這要求相關部門合理解決群控硬件增加后的成本問題，這要改善最大功率點跟蹤（maximumpower point tracking， MPPT）并聯下帶來的額外串并聯出現的損耗。針對分布系統展開電網調度，應進行多項設備協作，及時完成通信。

2.2 電網跟蹤、儲能和連接關鍵技術

基于有功輸出這一層面，相關部門要求光伏并網發電，這可以服務于多種電能，由此可見，對大功率電能進行有效跟蹤屬于一項先進技術。對于大功率電網的跟蹤效率與準確率等方面，有關部門也提出較高要求，通過傳統的電導增量法以及干擾觀測法等方式依然不能真正實現電網跟蹤。因此對功的輸出進行調節時就會受到限制，因此需要針對有功調節技術進行創新。但因為儲能設備自身容量很小，而且成本較高，不能有效實現實時補償，其儲能作用也會受到一定程度的影響。另外，儲能實際也需要花費很長時間，不能達到及時補償的工作目的，從而導致儲能作用受到限制。此外，隨著光伏裝機整體容量逐漸擴大，系統的整體工作穩定性也逐漸變強。經過實踐證明，當系統發生短路等故障時，電壓會呈現出跌落狀態。此時，可再生資源發電機就會發揮作用，通過與電網進行連接，可以促進電網在短時間內恢復。將Buck 電路進行連接，能夠對功率進行消耗，可以避免直流母排電壓過大的情況，實現低電壓穿越。

3 大容量光伏發電對并網產生的影響

3.1 影響電網有功平衡與頻率

由于光伏陣列在實際移動時，會受到云層遮擋影響，使得光伏并網產生較大波動，從而使光伏電站產生問題。與電網遭受到大負荷而產生的變化相同，這些變化一部分可以被電網所承受，但是在電網中光伏實際所接收的能量逐漸增多。當實際波動量大于10% 時，在并網點正常連接后，就會導致電網有功平衡以及頻率出現波動，從而使電站受到影響[3]。在相應處理措施下，能夠將大波動帶來的影響降到最低。光伏電源并不屬于旋轉系統，不具有轉動慣性，所以光伏在輸出能量后，會在短時間內產生變動。當光伏在電網中的滲透率上升到一定程度后，能夠對常規能源進行替換，電網內部對應功率會變大，系統整體處理故障的能力會變弱，使得電網頻率出現跌落情況。

3.2 影響電網無功平衡與電壓

一般而言，光伏電站在實現并網后所輸出的無功功率將會被降到最低，近乎為0。實際輸出的功率不足，會降低電站線路中的做功效率，這樣能夠真正減少線路中所出現的電壓損失。將光伏并網點和其影響區域之內的電壓進行提升，電壓升高的幅度與光伏電站的具體容量以及接入方式等方面相關，但是光伏電站處理電壓的升高幅度具有隨機性，會在很短的時間內因為云層移動而出現驟然上升或者下降現象，從而對并網點電壓產生很大影響，出現上下波動。實際上電壓調節方法有很多，如增加電容補償。但是這種方式不適用于快速調節電壓的工作方案，在光伏發電站內部的有功功率出現明顯下降的基礎上，應該從電網吸收無功功率。在相關規定下，要求大型光伏電站具備更為強勁的控制電壓作用與能力。目前，大型光伏電站一般情況下應用的解決方案為加載靜止無功發生器（staticvar generator，SVG），其可以真正適應光伏電站的工作方式，但是需要基于快速調節電壓技術，才能夠真正實現。

3.3 產生諧波

大容量光伏并網通常利用絕緣柵雙極晶體管（insulate gate bipolar transistor，IGBT），對電子器件實施進一步控制，當其處于高頻率運轉時，會產生較多諧波。在電力系統內，針對電壓與電流給出的信號及時采樣，并對信息數據進行處理，將信號內部的諧波展開提取并進行詳細分析。一般會在傅里葉變換以及快速傅里葉變換等數學算法基礎上展開對諧波的計算和分析，從而對時域信號進行有效轉換，以便更為精準地獲取到諧波的漲幅情況，以及有關參數。這些參數能夠對電網內部出現的諧波進行精準判斷，展開故障與問題的科學診斷，并及時處理和解決，制定有效解決方案。諧波的來源及產生原因如表1 所示。基于電網系統，在其內部出現的諧波也會使得電力系統實際運行受到影響，如系統運行的安全與穩定等方面。系統運行主要存在的危害表現為：電網內部有功功率實際損耗出現明顯提升，導致電網內部的負荷變得更大，使得電網整體工作效能降低，進而增加電力系統實際運行成本。諧波會導致電壓波形出現失真的情況，導致電壓無法成為真正的弦波。電力設備內部存在諧波，會對其運行產生較大影響，導致設備運行使用壽命降低。

面對并網發生的諧波影響，可以對諧波進行預警，從而有效降低整體影響率。在虛擬儀器基礎上，對并網諧波實施監測，充分展現系統功能，對諧波進行有效監測并完成預警工作，提示工作人員諧波的嚴重程度。而且在系統內能夠對諧波進行計算，針對并網內部電壓與電流實際情況展開深入分析，獲取到諧波分量具體幅值。依照這個數值與有關工作標準等進行對比，對并網中存在諧波的實際情況展開評估。諧波擾動主要是指諧波對電網正常運行過程帶來的影響，如電網出現的電壓失真等問題。利用諧波產生的擾動指標（如電壓總諧波產生的畸變率以及電流不平衡情況等），來實施監測工作，并對其進行具體判斷[4]。

3.4 影響電網運行穩定性

電網整體出現不穩定情況，會使得電壓出現隆起或者凹陷等問題，這些問題會導致變換器無法正常運轉。大容量光伏電源接入電網后，應該安裝相應的保護裝置，并且實現自動化保護，這可以有效避免光伏電源產生的孤島問題。光伏電站對電壓進行控制，能夠提高系統對并網電壓的掌控能力。光伏發電系統所具有的系統慣量并不大，但會給光伏整體穩定程度帶來影響。機組設備停運后，對整體影響較大，其中系統運行穩定性會首先受到破壞。為了有效加強系統之間協作的靈活性，可以采用常規機組進行設備運轉，并且為并網機組設備增加備用設備。低電壓穿越功能可以有效改善電網恢復的基本特性。光伏對系統的電流、電壓以及功率等多方面產生影響，所以當大容量光伏發電設備接入并網后，需要更為嚴格地依照規定進行操作，保證并網可以順利運轉，通過發電預測技術以及天氣預報技術等，對系統平臺實施科學控制。

3.5 影響配電網

（1）在電壓調節方面造成的影響。光伏滲透率達到相應數值后，并網出力會出現明顯改變，饋線電路的潮流經過計算后也會產生變化，甚至會導致相應逆潮流被迫進入輸電網中，從而對饋線電壓下應用的設備產生影響，使其不能正常運行。當潮流輸入情況出現變化后，變電站與光伏電源之間會出現電壓下降的情況，這就需要利用變壓器進行電壓調節，并通過開關的啟停來有效控制電壓。

（2）對整定與短路電流進行保護。光伏逆變器的實際作用是對電源進行控制，如果出現短路現象，應該馬上切斷逆變器，所以在常規機組逆變器產生短路電流后，也不會對電網整體運行穩定性產生影響。對整定實施二次保護，是因為逆變器與變壓器進行連接后，逆變器能夠產生接地回路，而且潮流也會出現變化，使得電壓分布率也隨之變化，從而影響零序電流[5]。

（3）產生接地電源。因為變壓器具體連接方式不相同，變壓器與逆變器之間也有可能產生接地回路，從而對零序電流產生影響。而且在單向接地后，電路系統會產生相應故障，出現短路后的對地電壓。

4 結語

綜上，大容量光伏發電設備接入的實際要求較高，在無功輸出與有功輸出基礎上，均能夠在電網產生異常情況后進行有效干預。基于光伏發電，可以提升電網整體運行穩定性，也可以連接更多大型光伏發電設備，這樣能夠有效滿足社會對電能的實際需求。而且，光伏電站可將其產生的電能直接并入電網之中，對其中不穩定因素進行管理，這可以保證電網穩定運行，進而為社會提供更為豐富的電能資源。

參考文獻

[1] 方宇晨，杜爾順，余揚昊，等. 太陽能光熱發電并網的綜合效益量化評估方法[J/OL]. 中國電機工程學報，1-13 [2024-01-25]. https：//doi.org/10.13334/j.0258-8013.pcsee.230444.

[2] 繆宇峰. 分布式電源光伏發電對低壓電網的影響及對策[J]. 電氣技術與經濟，2023（6）：109-111.

[3] 楊倩鵬，朱豪飛，陳柏旭，等. 光熱發電技術發展的探討與展望[J]. 發電設備，2023，37（4）：230-237.

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[5] 要金磊. 大容量光伏發電關鍵技術及對并網的影響[J].電子技術與軟件工程，2017（1）：240-241.