太阳能光伏并网发电的系统分析及其发展动向

1、太阳能光伏并网发电的系统分析及其发展动向摘 要 本文从太阳能发电分类入手，重点阐述了光伏发电的系统结构、逆变器原理、并网机制等，对整个并网发电系统做了比较全面的分析，同时对产业发展现状及趋势也作出了简要介绍。关键词 光伏发电 逆变器 并网 产业预测一、太阳能光伏发电系统概述太阳能是取之不尽、用之不竭的能源，在其发电的过程中，不会给空气带来污染，不破坏生态，是一种清洁安全的能源，因此太阳能发电产业完全可称得上朝阳产业。太阳能发电分光热发电和光伏发电。光伏发电又分为光伏并网发电系统和独立光伏发电系统。并网运行的光伏发电系统，要求逆变器具有同电网连接的功能，并网型光伏发电系统的优点是可以省去蓄电池，

2、而将电网作为自己的储能单元。独立运行的光伏发电系统需要有蓄电池作为储能装置，它主要用于无电网的边远地区及人口分散地区。由于必须有蓄电池储能装置，所以整个系统的造价偏高。 电力公司INVERTERDC SOLAR ENERGYSOLAR MODULE用电负载图1 光伏并网发电系统示意图其中，图1示出了光伏并网发电的系统结构，可以看出光伏并网发电系统由光伏组件、并网逆变器、计量装置及配电系统组成。太阳能能量通过光伏组件转化为直流电力，再通过并网型逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流，一部分给当地负荷供电，剩余电力馈入电网。二、并网发电系统中的汇流装置与逆变器1、直流汇流装置通常情

3、况下，为了减少光伏组件与逆变器之间连接线，方便维护，提高可靠性，一般需要在光伏组件与逆变器之间增加直流汇流装置。采用光伏汇流箱，可以根据逆变器输入的直流电压范围，把一定数量的规格相同的光伏组件串联组成1个光伏组件串列，再将若干个串列接入光伏阵列防雷汇流箱（如图2所示）进行汇流，通过防雷器与断路器后输出，方便了后级逆变器的接入1。对于大型光伏并网发电系统，一级汇流装置不能满足高压的需要，通常要串级几级的汇流装置，然后将汇流输出接入逆变器。 太阳电池串列1+太阳电池串列2+太阳电池串列3+太阳电池串列4+太阳电池串列5+太阳电池串列6+太阳电池串列1-太阳电池串列2-太阳电池串列3-太阳电池串列4

4、-太阳电池串列5-太阳电池串列6-图2 汇流装置结构示意图2、逆变器结构解析图3示出三相交流逆变器的电路结构图1。三相电路适用于大功率、高压场合，由汇流输出得到的直流电压首先由断路器隔离保护，经过直流滤波得到平稳的直流电压，然后经由三相全桥电路进行逆变，逆变后的交流电需要滤波去除高次谐波成分，得到规则的交流正弦波。三相变压器起到改变电压和隔离的作用，即改变二次侧的输出电压以达到电网所需，同时隔离一次侧和二次侧的电气联系，防止电网端对逆变器的电流冲击，通常此变压器也叫隔离变压器。交流接触器起到保护和控制作用，当并网信号来临时，接触器闭合，连通回路。逆变侧交流断路器和直流断路器一样起断路保护作用。

5、由于三相逆变装置通常用于中高压场合中，需要在交流输出端加上防雷器接地保护。 交流主接触器三相全桥IGBT 主功率电路图3 三相交流逆变电路结构3、在应用中对逆变器的要求2要求具有较高的效率，由于目前太阳电池的价格偏高，为了最大限度地利用太阳电池，提高系统效率，必须设法提高逆变器的效率；同时要求具有较高的可靠性；在中、大容量的光伏发电系统中，逆变电源的输出应为失真度较小的正弦波。 4、逆变电路的控制方案光伏逆变器的核心部分是全桥逆变电路，全桥逆变电路可以利用功率晶体管调节输出脉冲宽度，输出交流电压的有效值即随之改变。其主电路需要专门有控制电路来实现，常用的是正弦波控制方式，采用PWM 和SPWM

6、 技术已经比较成熟，控制方案可采用嵌入式系统，如单片机系统或DSP 系统开发。5、逆变器主电路功率器件的选择逆变器的主功率元件的选择至关重要。常用功率器件有场效应管（MOSFET ），绝缘栅晶体管（IGBT ）和可关断晶闸管（GTO ）等。在小容量低压系统中使用较多的器件为MOSFET ，在高压大容量系统中采用IGBT 模块，而在特大容量（1000kV A 以上）系统中，一般均采用GTO 作为功率元件。三、逆变器输出并网机理1、并网要求逆变器输出并网必须满足一定的条件，即对输出电压的同步度和谐波需满足4： （1）并网同步要求光伏并网发电系统正常工作时，输出电压的相位、频率必须与电网电压同步，电

7、压的幅值必须跟踪电网电压幅值，具体并网同步参数见表1。表1 系统并网同步参数要求容量/kVA05005001500150010000频率差/Hz电压差/V1053相位差/”201510（2）并网电流谐波要求光伏并网系统正常工作时不允许对电网造成谐波污染，对交流输出谐波的要求如表2所示。表2 并网电流谐波指标谐波次数（h h<11%4.011-172.017-231.523-350.6>=350.3总谐波5.02、并网环节中的孤岛效应及其危害孤岛效应是指光伏并网逆变器构成的局部电网从主电网脱离出来，并且在此局部电网中光伏并网逆变器持续给负载供电的一种电气现象。孤岛效应现象会产生比较严

8、重的后果3：（1）孤岛中的电压和频率无法控制，可能会用电设备造成损坏（2）孤岛中的线路仍然带电，会对维修人员造成人身危险（3）当电网恢复正常时有可能造成非同相合闸，导致线路再次跳闸，对光伏并网逆变器和其他用电设备造成损坏（4）孤岛效应时，若负载容量与光伏并网器容量不匹配，会造成对逆变器的损坏。孤岛效应的检测及反孤岛效应方法在本文中不再详述。四、光伏发电产业的现状及发展趋势1、我国光伏发电系统电气组件光伏系统中，电气部件主要包括逆变器、控制器、蓄电池；在光伏系统电气部件方面，中国在蓄电池方面的技术水平和产品质量并不逊于国外；在控制器和逆变器方面与国际水平相比有一定的差距；中国光伏电池封装产业在整

9、个光伏产业链中生产工艺发展最成熟；由于技术和资金门槛低，同时可以充分利用劳动力成本低廉的优势，中国太阳能光伏电池封装行业的发展最为迅速。由图4可以看出，在未来的若干年里，世界和中国的常规非可再生能源已经比较有限，而惟有靠太阳释放的能量是无穷尽的。 年份太阳能石油天然气煤铀图4 世界和中国主要常规能源储量预测5 从广义上讲，图5列出的各种能源都来自于太阳能。很清楚地看到，未来十年里，光伏并网发电的增速远超过了太阳能源的其他形式。并网光伏发电风力发电生物柴油太阳能供热独立光伏发电地热供热生物酒精小水电生物质能源发电地热发电生物质能源供热大水电%图5 目前至2020年全球可再生能源增长速度52、光伏

10、发电站与并网逆变器现状目前国内主要的光伏发电站主要有：甘肃敦煌8MW 太阳能光伏发电站；中节能尚德石嘴山50MW 一期10MW 发电项目正式并网投产，是迄今为止国内最大的太阳能发电站；166MW 云南石林将建成亚洲最大的太阳能发电站，一期预计09年底开始发电（其中并网逆变器由SIEMENS 公司提供，交由云南天达光伏和中电二公司五分公司安装调试）；青海柴达木预计20092020年将建成世界首座GW 级（100万千瓦）太阳能发电站。研制光伏并网逆变器的厂家主要有：德国SIEMENS 、KACO 、SMA 等；美国有PowerOne 、SunPower 等；国内有合肥阳光电源、江苏艾索新能源、科诺伟业科技等单位。结语通过以上内容的论述，可以看出太阳能并网发电的前途充满了希望，太阳能光伏发电的