大規模光伏發電系統與配電網互聯互通技術分析與探究

摘要：由于光伏發電系統與配電網絡之間存在著交互作用，因此需要對其進行優化設計，并制定相應的控制策略，建立相應的輸出功率預測系統，從而實現負載調控與動態優化。因此，為實現大型光伏電站與配電網的高效、高質互聯，保障電網的穩定供電，以10 MW光伏電站為研究對象，分析該電站所采取的控制技術，從案例細節來看，采用專線接入方式并網，可對逆變器控制技術實現升級，且在實際應用中具有較好的穩定性。研究表明，案例中所采取的互聯互通技術可以有效提高光伏發電的功率，改善電網的供電可靠性和清潔能源的利用率，實現電網的平衡負載。

關鍵詞：光伏發電系統 配電網 互聯互通 清潔能源

Analysis and Exploration of Interconnection Technology Between Large-Sscale Photovoltaic Power Generation System and Distribution Network Interconnection Technology

CAI Lulu

Guoneng Zhejiang Beilun First Power Generation Co.， LTDLtd.， Ningbo， Zhejiang Province， 315000 China

Abstract： Due to the interaction between the photovoltaic power generation system and the distribution network， it is necessary to optimize its design and formulate the corresponding control strategy and establish the corresponding output power prediction system， so as to realize the load regulation and dynamic optimization. Therefore， in order to realize the efficient and high-quality interconnection of large-scale photovoltaic power station and distribution network， and to guarantee the stable power supply of the grid， taking 10 MW photovoltaic power station as the research object， analyzing the control technology adopted in this power station， from the details of the case， adopting a dedicated line to connect to the grid， which can realize the upgrading of the control technology of the inverter， and it has a better stability in the practical application. The study shows that the interconnection technology adopted in the case can effectively increase the power of photovoltaic power generation， improve the power supply reliability of the grid and the utilization rate of clean energy， and realize the balanced load of the grid.

Key W Wwords： Photovoltaic power generation system; Distribution network; Interconnectivity; Clean energy

在國家發展建設工作日益推進的背景下，電力需求不斷提高，。想要保證發展速度的同時，強化電力供應質量，必須實現大規模光伏發電系統與配電網互聯互通。在互聯互通過程中，光伏發電系統和配電網之間相互影響，供電穩定性、安全性無法保證，。為此，還提出相應的優化方案，確保電壓得到合理控制，針對性能調整電流，實現高效、高質的互聯互通。

1大規模光伏發電系統與配電網互聯互通案例分析

1.1基本概況

以某光伏發電系統為例，總裝機容量為10 MW，由光伏陣列、匯流箱、逆變器、變壓器、計量裝置等設備匯總。選取33 334塊高效晶體硅組件構成光伏陣列，每塊組件功率為300 W，每串20塊組件串聯，共1 667串并聯。采用集中式逆變器，將直流電轉換為交流電后，通過升壓變壓器接入10 kV配電網。

1.2并網技術方案

1.2.1光伏陣列設計

在本項目中，為確保并網效果，在互聯互通前，對光伏陣列的設計展開相應的設計。先借助公式（1），完成光伏電池單二極管模型的伏安特性計算。

式（1）中：I為光伏電池輸出電流，單位為A；U為光伏電池輸出電壓，單位為V；Iph為光伏電流源電流，單位為A；Is為二極管飽和電流，單位為A；Rs和Rsh分別為光伏電池串聯電阻和并聯電阻，單位為Ω；q為電子電量常量（）；K為玻爾茲曼常數（）；T為工作絕對溫度，單位為K；A為二極管的理想因子[1] ，一般在1～2之間變化。

式（2）、式（3）中Iph為光伏電流源電流，單位為A；S為實際光照強度，單位為W/m2；Sref為標準光照強度，即1 000 W/m2；Iphref為標準條件下的光生電流，單位為A；CT為溫度系數；Tref為標準溫度25 ℃下，即約為298 K，一般來說，廠家給出的伏安特性I-U是在IEC標準條件（光照強度Sref=1 000 W/m2，工作溫度Tref=298 K）下獲得，當實際光照強度和溫度與標準條件有差異時，需要對光生電流Iph和飽和電流Is進行修正；Eg為半導體禁帶寬度，單位為J，與光伏電池材料有關；Isref為標準條件下的二極管飽和電流，單位為A。

一般來說，廠家給出的伏安特性I-U是在IEC標準條件（光照強度Sref=1 000 W/m2，工作溫度Tref=298 K）下獲得。當實際光照強度和溫度與標準條件有差異時，需要對光生電流Iph和飽和電流Is進行修正。

在完成上述光伏陣列相關計算的基礎上，還需要對其他的核心組件展開分析，以此為后續的互聯互通奠定基礎。表1為構建完成后，不同仿真場景下的光伏動態表現。從實際仿真效果上看，本項目中設計的光伏陣列模型運行穩定，且適用于配電網動態仿真效果。

1.2.2" 并網技術方案

該光伏發電系統采用專線接入方式，即直接從光伏電站引出一條10 kV電纜，通過升壓變壓器接入配電網，以此盡可能地減少中間環節，提高電能傳輸效率。并網電壓為10kV，并網電流最大電流為500 A，光伏發電系統通過逆變器內置的功率因數校正裝置，確保并網時的功率因數不低于0.98，從根本上提高電網傳輸效率，減少無功功率損失。匯流箱采取16路輸入回路，每路最大電流63 A，輸出電流最大1 000 A，并聯20臺額定功率為500 kW的逆變器，可以確保總轉換效率不低于98.5%。直流輸入電壓范圍為450V～850 V，交流輸出電壓為10 kV，最大輸出電流為50 A。圖1為數字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）光伏逆變器系統結構，表2為系統內最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking，，MPPT）模塊參數。

1.2.3" 并網聯通難點

從實際仿真效果上看，光伏發電系統易受光照強度變化影響，輸出電壓和電流存在波動。因此，基于仿真結果，對逆變器控制技術進行升級，以此確保實時監測電網電壓和電流，進而動態調整逆變器輸出電壓和電流，確保并網點電壓和電流的穩定。在逆變器內置的諧波抑制裝置，能夠有效抑制并網電流中的諧波成分，確保并網電流的質量滿足電網要求。表3為該技術方案實施后的效果數據。

2" 技術細節

2.1 并網逆變器技術

在本案例中，采用了SUNGROW SG500KTL-M0型逆變器，每臺額定功率500 kW，共20臺并聯運行，總裝機容量達10 MW。從仿真效果上看，該光伏并網系統的轉換效率不低于98.5%，不僅實現了高效能轉換，也最大程度地減少了能源損失。光伏并網系統將直流輸入電壓范圍控制在450～850 V，交流輸出電壓10 kV，與配電網電壓等級匹配，單臺逆變器50 A，總輸出電流達到1 000 A，滿足大規模并網需求。光伏并網系統借助內置算法，實時調整輸出電壓和電流，保持與電網的同步運行；具備過溫、過流、短路等多重保護機制，確保設備安全運行。從后續實際運行情況來看，光伏發電系統并網后，由于光照強度、溫度等環境因素的波動，光伏陣列產生的電能也隨之波動，這可能導致電網的負載不平衡，進而影響電網的運行效率。此外，逆變器在將直流電轉換為交流電的過程中，也會產生一定的能量損失，降低整體效率。該系統利用智能電網技術，實現預測光照強度、溫度等環境因素，提前調整光伏發電系統輸出功率，以匹配電網的負載需求，減少負載不平衡現象[1]。

2.2" 光伏并網監控技術

光伏并網監控技術是實現光伏發電系統遠程監控、故障預警和數據分析的關鍵。本系統配置了先進的監控系統，能夠實時監測光伏陣列、逆變器、變壓器等設備的運行狀態和性能參數，包括但不限于電壓、電流、功率、溫度、頻率等關鍵指標。監測數據精確到小數點后兩位，確保數據分析的準確性。故障預警響應時間不超過1 s，為及時排除故障提供了有力保障。通過云平臺，實現遠程實時監控和數據查詢，方便運維人員隨時掌握系統狀態[2]。

2.3 反孤島保護技術

反孤島保護技術是防止光伏發電系統在電網停電時繼續供電，從而避免對電網維修人員構成安全隱患的重要措施[3]。孤島效應檢測時間不超過2 s，確保快速響應。采用主動頻率偏移和電壓擾動等檢測方法，準確識別孤島狀態。結合硬件和軟件保護機制，確保反孤島保護的可靠性和穩定性[4]。

2.4" 低電壓穿越技術

低電壓穿越技術是指光伏發電系統在電網電壓暫時降低時，能夠保持并網運行并繼續向電網供電的能力，從而提高電網的穩定性和可靠性。具備低電壓穿越功能的逆變器在電網電壓降低至額定電壓的20%時，[3] 持續運行不少于1 s。在電網電壓恢復正常后，逆變器能夠在不超過5 s的時間內恢復正常運行[5]。

3" 結語

綜上所述，光伏發電系統和配電網之間相互影響，想要讓二者實現互聯互通，打造出智能化、智慧化電力調度系統，確保電力供應穩定性，還需要從實際出發，探索出完善的并網方案，以此以提高系統的效率和可靠性。從案例來看，在互聯互通的情況下，還需要形成相應的電壓控制策略，構建輸出功率預測系統，以此實現配電網的負荷調節和動態優化，保證電力供應的穩定性。

參考文獻

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[2]SINGH S，RAIN J N.Implementation of an adaptive control approach in a single‐-phase grid‐-tied solar photovoltaic system for power quality improvement[J].International Journal of Circuit Theory and Applications，2024，52（11）：5916-5931.

[3]趙一豪，朱偉，顧小興，等.風光儲聯合發電系統并網控制研究[J].重慶理工大學學報（自然科學），2024，38（2）：304-313.

[4]周科，文賢馗，鄧彤天，等.光伏發電-超級電容儲能并網系統的直流母線電壓穩定控制[J].電網與清潔能源，2024，40（2）：47-55，62.

[5]龔梓威，王海風，陳玨，等.直流電壓時間尺度下光伏并網控制系統穩定性分析[J].電力工程技術，2023，42（6）：2-13.