并网太阳能光伏发电的特性及自动化技术应用

并网太阳能光伏发电的特性及自动化技术应用摘要:目前对于新能源的发电方式发展最快、应用最广泛的就是采用光伏并网技术的太阳能发电。通过对并网太阳能光伏电站的种类、发电特性以及组成，对于如何保证应用并网太阳能光伏电站时电站以及电网的安全以及稳定运行方法进行了阐述。关键词:太阳能;光伏发电;并网系统;逆变器;发电量一、太阳能光伏发电的基本概念及组成太阳能光伏发电通过“光伏效应”基本原理进行的。直接将太阳光的辐射能直接转变成电能，形成电流的原理是太阳光照在半导体P～N结上，形成新的空穴一电子对，经P—N结电场的作用后，积累在P—N结两侧的电子(空穴)经过电极引出后形成电流。太阳能电池组、蓄电池组、太阳能控制器和交直流逆变器等组成了太阳能光伏发电系统。太阳能发电系统中的核心部分就是太阳能电池板，相比其他系统而言是价值最高的一部分，整个发电系统的质量以及成本直接受到太阳能电池板所决定。二、并网太阳能光伏发电站发电特性光伏组件、计量装置、并网逆变器以及配电系统组成了并网太阳能发电系统。太阳能在光伏组件的作用下转化为直流电，然后在并网逆变器的作用下转化成与电网同相位、同频率的直流电，最后并入电网。太阳能发电系统具有安全、清洁、使用寿命长、免维护、资源充足等特点，但是由于受到季节性的变化、地理分布、昼夜交替等影响，此外太阳能的能量密度低、稳定性差，局限性主要有以下几点：(一)时间周期性只有在有太阳的情况下光伏发电设备才能够进行正常发电，一年当中的各个季节的变化以及昼夜交替严重影响光伏发电的负荷，为了能够确保电网的正常状况，不得不配备容量与光伏发电相同的发电机组处于旋转备用状态。(二)气象条件当并网光伏发电系统采用蓄电池时，一个城市上空的气候发生大幅度变化，或者一个城市上空的空气质量以及能见度，比如雾霾、雾天、空气污染、阴天等都将会使发电的容量发生大幅度的变化，使光伏发电在线或者实时能力下降。(三)光能转换效率偏低和传统能源f矿物能源、石油、水能、原子能等1的转换效率相比，光伏能量的转换效率较低。三、并网太阳能光伏发电站对电网的影响由于光伏发电系统稳定性比较差，调节能力比较差，太阳能的能量密度比较低，并且地域以及发电量在很大的程度上影响着发电量，此外光伏发电系统并网后影响着电网的稳定性、安全性以及经济性以及供电的质量。随着市场以及技术的快速发展，当光伏发电上网的电量与水电、核电以及火电等电厂的发电量有可比较的量级并且发电量是不可以被忽略的一部分时，光伏并网发电将对电网的技术、经济、政策以及环境效益和发电模式带来以下主要问题：(一)负荷峰谷对电网的影响对于电网的早峰负荷以及晚峰负荷，光伏并网发电系统不具有调峰和调频的能力，由于光伏并网发电系统增加的发电能力并不能够减少电力系统发电机组的拥有量，为了能够解决早峰和晚峰的调峰问题，电网必须为光伏发电系统配备相应的旋转备用机组。(二)昼夜变化、东西部时差以及季节的变化对电网的影响由于阳光和负荷出现的周期性，光伏并网发电量的增加并不能减少对电网装机容量的需求，而且输出功率的不稳定会导致电网电压波动。(三)气象条件的变化当一个区域的太阳能光伏发电达到一定规模时，如果地理气象出现大幅变化，为了控制和调整系统的频率和电压，电网将需要为光伏并网发电系统提供足够的区域性旋转备用机组和无功补偿容量。(四)远距离光伏电能输送当光伏并网发电远距离输送电力在经济和技术上成为可能时，由于光伏并网发电没有旋转惯量、调速器及励磁系统，它将给交流电网带来新的稳定问题。根据电网的要求，光伏并网发电站需要配备自动无功调压装置。四、自动化技术在并网太阳能光伏发电站中的应用在并网太阳能光伏电站中采用以下自动化技术来保证太阳能光伏发电站接人电网的安全稳定的运行。并网逆变器是影响光伏并网发电系统经济可靠运行的关键部件，除了其本身的基本功能外，它还具有以下功能来保证电站及电网的安全稳定运行：(一)最大功率跟踪控制随着日照强度以及太阳能电池表面的温度的变化，太阳能电池的输出功率将会随着改变，在逆变器的调节作用下使光伏发电厂的输出电压接近最大的功率点输出电压，确保光伏发电厂阵列在最大功率点运行而获得最大能源。(二)交流电源跟踪技术当电网供电端的电压和频率等参数在正常范围内变化时，并网光伏发电系统的输出可跟踪电网的电压和频率、相位等的变化，随时调整其交流输出功率、交流输出电流f高次谐波)、频率和相位，使之与电网相匹配。(三)并网逆变器具有防孤岛运行与低电压穿越的功能。1.并网保护装置一般内置在逆变器中，在电网侧和逆变器侧发生异常时，应迅速停止逆变器，确保电网的安全。2.无功补偿装置根据电网需要，在光伏发电站内安装静态或动态无功补偿装置，以满足其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，并在电网故障和特殊运行方式时保证电力系统稳定性。3.电能质量监测分析装置光伏电站在并网点装设满足IEC61000-4—30《电磁兼容第4—30部分试验和测量技术一电能质量》标准要求的A类电能质量在线监测装置，以监测光伏电站的电能质量信息，包括谐波、波形畸变、直流分量、频率、电压偏差、电压不平衡度、电压波动和闪变等电能质量指标，并将电能质量数据远程传送到电网企业，保证电网企业对电能质量的监控。4.有功功率控制系统并网太阳能光伏电站应具有有功功率调节能力，并能根据电网频率、调度部门指令等信号自动调节电站的有功功率输出，确保输出功率及变化率不超过给定值。四、太阳能光伏功率预测系统对光伏电站的输出功率进行预测有助于电力系统调度部门统筹安排常规能源和光伏发电的协调配合，及时调整调度计划，合理安排电网运行方式，一方面有效地降低光伏接入对电网的影响，提高电网运行的安全性和稳定性，另一方面减少电力系统的旋转备用和运行成本，以充分利用太阳能资源，获得更大的经济效会效益。五、结束语为了保证并网太阳能光伏发电站及其接人电网的安全、可靠、稳定运行，目前实施的项目中主要在发电站内采用逆变器来实现发电站的自动运行的功能，并安装了无功补偿装置及电能质量监测分析装置等，以保证电网的安全稳定运行。另外，有功功率控制系统、太阳能光伏功率预测系统正在研制，它们在风电场的应用将更有利于实现电网对并网太阳能光伏发电站的无缝接纳与协调控制，提高配电网供电可靠性。参考文献[1]唐俊;傅希德;张俊;陈正洪;成驰;;太阳能光伏发电预报数据库设计研究[A];第27届中国气象学会年会气候资源应用研究分会场论文集[C];2010(05).[2]傅家祥;;并网太阳能光伏发电系统最大功率跟踪技术研究[A];2010年西南三省一市自动化与仪器仪表学术年会论文集[C];2010(02)