太阳能光伏发电的并网控制技术

太阳能光伏发电的并网控制技术摘要：伴随太阳能光伏发电技术的发展，太阳能光伏发电系统的运行方式也逐渐趋向多样化。本文主要对太阳能光伏发电的并网控制技术进行了探讨。关键词：太阳能；光伏发电；并网控制一、光伏发电系统简介光伏发电系统（PVSystem）是将太阳能转换成电能的发电系统，利用的是光生伏打效应。光伏发电系统分为独立太阳能光伏发电系统和并网太阳能光伏发电系统。它的主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。其特点是可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行，受到各国企业组织的青睐，具有广阔的发展前景。二、光伏电站并网技术光伏电站并网运行必须在多个方面需要满足电网要求，其中包括电能质量、功率和电压调节功能、电网异常情况下的保护特性等，发送电能的质量，必须在谐波、电压偏差、电压不平衡度、直流分量、电压波动和闪变等方面应满足国家相关标准。并网逆变器在单机并网运行时，一般电流纹波较小，但在多机并联运行时，由于逆变器输出电流纹波的同相叠加，可能引起总电流谐波超标或电网谐振，造成电网供电质量的下降，因此必须对光伏逆变器的控制策略进行改进，并在电网合适节点位置配置阻抗滤波以改善电能质量。调度部门对于不同规模的光伏电站有不同的要求，大型和中型光伏电站应具有有功功率调节能力，并能根据电网调度部门指令控制其有功功率输出。为了实现对光伏电站有功功率的控制，光伏电站需要安装有功功率控制系统，要求能够接收并自动执行电网调度部门远方发送的有功出力控制信号，并根据电网频率值、电网调度部门指令等信号自动调节电站的有功功率输出，确保光伏电站最大输出功率及功率变化率不超过电网调度部门的给定值，维护电力系统的稳定性。大中型并网光伏电站应具备一定的耐受电压异常和系统频率异常的能力，避免在电网电压或频率异常时脱离，引起电网电源进一步损失。对于小型光伏电站，根据国家电网公司光伏电站接人电网技术规定（试行）要求，当并网点处电压超出规定的电压范围时应停止向电网线路送电;当并网点频率在49.5〜50.2Hz范围外时应在0.25内停止向电网线路送电。三、并网技术的分类（一）集中式并网发电集中式并网发电指的是把大量并联在公共直流母线上的光伏直流组件发出的直流电能经同一台集中逆变器变换为交流电能，这种方式对于大型的光伏发电系统比较适用。通常集中式并网方式在大型光伏发电站的系统中较为常用，要求在建筑物上安装空间朝向和规格相同的光伏阵列。（二）组串式并网发电组串式并网发电是当前国际市场上十分流行的光伏并网发电方式，它主要基于模块化的概念，把多个光伏组件串成一列，再使每个光伏组串通过一个逆变器接入电网，组串逆变通过组串所接的逆变器跟踪最大功率输出。一般建筑物上会安装朝向不同或规格不同的光伏阵列，设计时通常使同一朝向和规格相同的光伏组件构成组串。组串式逆变的优势是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减小了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的现象，从而使发电量增加，这些优点不到那提升了系统经济性，同时还使系统的可靠性增加了。（三）组串协调式并网发电组串式并网发电是光伏建筑一体化发电系统中最常采用的，能适应不同的组件和逆变器安装条件，然而上文阐述的组串式光伏发电中，组串及其逆变器之间是各自依据最大功率控制输出。组串协调控制式并网发电方式，对多个电池进行串列并联，而且在组串的时候引入了相互协调的控制策略。当前其主要在组串式单相光伏逆变器中适用，这类产品有SolarMax公司的4200C和6000C等。（四）多组串式并网发电多组串式并网发电将集中并网和组串并网两者的优点结合到了一起，把不同特性的光伏进行组串与单独的具有功率峰值跟踪的直流电力电子变换器相接在，之后这些直流变换器通过一个普通的逆变器将直流电转换成交流电接入电网。多组串式逆变可三相或单相接入电网，其采用单个逆变器，成本比组串式逆变低，同时因为光伏组串先经直流环节后在统一逆变，针对不同额定值、不同方向的组串，或者不同的倾角或遮影的组件，它们由直流环节跟踪峰值功率，其MPPT直流电压不同，都能够被连在同一个逆变器上，能有效提高逆变效率。（五）组件式并网发电组件式并网发电指的是把每个光伏组件与一个逆变器进行连接，同时每个组件有一个独立的最大功率峰值跟踪，这样一来组件和逆变器就可以配合的更好，通常，组件式并网发电采用用的都是单相接线。它对于小容量的光伏发电系统比较适用，一般为50W到400W的光伏发电站，而且逆变效率也比组串逆变器要低。四、采用光伏发电并网技术应考虑的问题1、电压波动问题。光照强度对于光伏发电装置的输出功率有很大影响。日照、季节、天气等自然因素会对光照强度产生影响，并且会造成输出功率丧失稳定性。《电网若干技术原则的规定》中规定了电压允许偏差值范围是-7%〜+7%。光伏发电系统在具体的应用过程中，必须对瞬间从电网中脱离对系统电压的影响进行充分考虑。2、谐波问题。在光伏发电系统中光伏电池主要是把太阳能转化为电能，这时候的电能是直流电，并网逆变器主要是把其转化为满足电网相频的正弦波电流，然而在直流电逆变成交流电的过程中大量谐波会产生。光伏发电并网系统通过并网逆变器把光伏电池产生的直流电转换为380V交流电，之后再升至10kV并入电网。大量资料表明，电压通过并网逆变器后，电压畸变率为3.3%〜4.1%，基本上符合国家对电网电压谐波畸变率4.0%的要求。然而升压并入电网过程中与电网测接入点会形成背景谐波叠加，有可能会超过国家规定畸变率，因此在并入电网时进行实际检测是十分必要的。3、无功平衡问题。光伏发电系统在安装适当的无功补偿装置后，可以实现较高的电力功率因数，大概在0.98以上，与纯有功输出接近。如果光伏发电系统经过逆变器并网升压至10kV入网，系统入网侧功率因数要求达到0.92〜0.98,光伏发电系统应根据装机容量的60%对无功补偿装置进行配置。五、光伏发电并网系统的发电量并网光伏发电系统的发电量与太阳电池安装朝向、太阳电池的温升和通风、当地太阳辐射能量、太阳电池组件总功率、系统总效率等因素有关。1、光伏电池安装方向。光伏发电量对着电池朝向的不同而不同，对安装方向不同的光伏电池的发电量估算时可参照以下原则：在向南倾斜纬度角安装的光伏电池发电量最高，在其他方向安装的光伏电池发电量均照其有不同程度减少。2、光伏电池的温升。美国太阳能学会通过研究表明由晶体硅组成的光伏电池，在高于27°C时，每升高1°C，功率损失5%。所以安置光伏发电并网系统中光伏电池应对通风问题进行考虑，防止由于温度太高造成发电工率减小。3、辐射量。因为太阳光子分布具有不确定性，造成不同的时段，光伏发电系统的光伏电池组的太阳辐射量也不相同。应该依据光伏电池组的倾斜面角度参照气象台提供的水平面上的太阳辐射量来估算。4、光伏发电并网系统的效率。系统输送给电网的实际发电量和系统理论发电量的比称作系统的效率。主要由光伏电池组效率、逆变器的效率、入网传输效率三部分组成。结语在太阳能光伏发电系统中，最基本的环节就是太阳能的店址，要想提高整个系统的效率，一定要先提高太阳能电池的转换效率，使其输出功率的效率达到最大。太阳能具有独特的优势，其开发利用在二十一世纪已经得到了长足的发