光伏发电与并网技术的优势及应用要点分析

文_李荣洲 甘肃省安装建设集团有限公司

目前，我国在大力发展新能源产业，光伏发电技术也备受关注。光伏发电技术受到关注的一大主要原因是传统大规模集中发电方式弊端较为明显。如，系统调度控制难度大，运维成本高，且难保证供电的稳定性与可靠性；系统内一个小的故障就有可能引起电网大规模停运等。在此情况下，将微网技术与分布式发电技术应用于电力系统，充分发挥分布式发电的技术优势，实现清洁、环保、高效、安全的供电目标备受关注。

1 光伏发电技术的优势分析

光伏发电是先进、新型的发电技术。传统发电技术主要利用煤炭等传统能源发电，而光伏发电能将清洁可再生能源充分利用起来，让太阳能化为电能。与传统发电技术相比，光伏发电技术优势明显。如，对环境污染小、资源耗费少且供电稳定可靠。

2 光伏并网发电系统典型结构分析

2.1 光伏并网发电系统结构组成

按照光伏系统与电网的关系分类，可将光伏系统分为并网型光伏系统与离网型光伏系统两类。并网型光伏系统目前广泛应用，是主流应用系统。并网型光伏系统，就是将光伏系统并入电网，使光伏系统成为电网中的一个重要组成部分，然后光伏系统将无功功率与有功功率提供给电网，电网获得电能后将电能分配给用户。光伏并网系统由PV、逆变器、电网这三部分构成。

2.2 典型光伏并网逆变器结构

光伏并网逆变器是整个光伏发电系统中的重要构成，通过逆变器，直流电被转换为交流电，太阳能才有可能被转换为电能，并被用户使用。在光伏并网系统中，光伏逆变器发挥着不可忽视的重要作用，因此光伏逆变器对整个系统的发电质量、发电效率也影响最大。如果光伏逆变器性能质量不过关或存在运行故障，那么光伏并网发电系统就无法安全稳定运行。

3 光伏发电与并网技术应用要点

3.1 微网并入

微网是针对光伏等分布式能源发电的一些局限所提出的全新概念。所谓微网，就是指有效组合各类储能设备、就地负荷及分布式电源，使其形成一个能够统一协调控制与管理的小规模电网，从而为包括光伏在内的分布式能源发电技术在配电网中的大规模应用提供保障。微网融合了多项现代先进技术，如可再生能源发电技术、新型电力电子技术、现代控制技术等，具备传统电网所没有的优势。

微网并入配电网需要有接口，在当前的技术条件下，支持微网并入供电网的接口有电力电子接口、异步发电机接口、同步发电机接口三类。微网通过这些接口可将光伏及其他分布式能源发的电能并入配电网，实现与配电网的互联。微网并入配电网的优势：首先，主要体现在并入配电网后光伏及其他分布式能源发电技术就有了支撑，并在配电网中正常稳定发挥作用。其次，微网并入与光伏及其他分布式能源发电的应用，会在一定程度上减轻电网削峰填谷压力，增强系统发电能力与发电效益。

3.2 并网潮流计算

将光伏发电利用微网并入配电网后，会使配电网运行方式与发电方式有所改变，因此原有潮流计算也会出现局限，要想保证最终分析结果的准确性与可靠性，就必须根据并入后配电网的特征特点构建新的节点模型进行潮流计算。

传统配电网潮流计算方法主要有三种，分别是支路类方法、母线类方法及牛顿-拉夫逊方法。支路类方法的特点是计算过程简单，不会占用过多存储空间，数值稳定性好，缺点是适合比较简单的配电网，如果将该方法应用于复杂配电网，计算量就会因为迭代次数的增加而增加。母线类方法的优点是计算性能稳定、收敛速度快、能够处理弱环网，缺点是不是十分适用于PV节点。

牛顿-拉夫逊法经过分析后发现有较快的收敛速度、较强的适应能力，支持修改DG。因此，对将光伏发的电通过微网并入配电网，应采用牛顿-拉夫逊方法，以修整方程为基础，不断迭代修正，直到得到节点电压。

3.3 光伏发电并网关键技术

3.3.1 最大功率点跟踪技术

在当前的技术条件下，应用光伏发电并网技术时重点需考虑与解决光伏输出受干扰大的问题。研究发现，加强对最大功率点跟踪技术的优化，可以降低外界因素的干扰，相关参数出现较大波动时，可以确保输出功率达到电网运行要求，保障整体稳定性，使光伏输出中更具快速性。

最大功率点跟踪技术的主要算法形式为自寻优法与非自寻优法。在自寻优法算法下，是采用寄生电容、扰动观测、恒定电压及电导增量等方法实现光伏输出稳定；非自寻优法主要是采用曲线拟合的方式实现光伏输出稳定。目前，自寻优法应用更为广泛。由于在各种影响因素中，光照强度对光伏发电的影响较大，因此在应用光伏发电并网技术时，要注重研究光照强度与光伏输出的关系，思考与探寻如何通过改善光照强度来获得更大的光伏输出。而在不同辐照度当中最大功率点对应的输出电压具有较强稳定性，因此可以采取恒定电压法来维护电网的可靠运行，真正实现稳压控制。

虽然恒定电压法能够简化电网的控制流程，但却只考虑了辐照度的影响，当环境温度出现较大改变时还是容易产生较大干扰，影响输出精度。因此，扰动观测法在实践中也被得到广泛应用，光伏阵列输出电压会受到电压波动的影响，此时对输出功率变化特点予以分析和评估，以便为寻优工作提供依据，明确电压参考值。但与恒定电压法相比，导纳增量法更有利于提高抗干扰强度，从而保证光伏输出的稳定。可在应用导纳增量法时，必须在电网中配置性能较强的微处理器，来达到光伏输出优化的目的。

3.3.2 逆变器控制技术

在光伏发电并网中，逆变器是不可缺少的构成。光伏发电并网中的逆变器承担着控制多项参数（如频率、高次谐波、电流、电压波动、有功、无功等）、直流电转交流电等责任。逆变器能以光伏照度为依据实现自动化启停。另外，在应用光伏发电并网技术时，还要考虑最大功率点跟踪控制的要求，逆变器要保证无论辐照度与温度如何变化，都能确保功率输出的最大化，能保证光伏发电的正常进行。

在将光伏发电并入公共电网后，公共电网会受到一定程度的扰动，公共电网的电压出现波动。这种扰动与波动不利于整体效益的提升，因此在应用光伏发电并网技术时还需考虑公共电网的受扰动问题。目前最佳的减轻公共电网受扰动程度的方法是不断优化逆变器性能。通过优化逆变器性能，保证正弦波在输出时不会造成严重失真，确保公共电网电压不会出现较大波动。而具体的优化逆变器性能的方式时，在电网中引入高速DSP处理器，将逆变器控制技术与DSP处理器结合使用，以此达到性能优化目的。在引进并应用DSP处理器时，需明确电网/电力系统容量，并根据容量大小选择最合适的功率元件。当系统容量较大时，可选择绝缘栅双极晶体管或者可关断晶闸管，容量较小时则可以选择功率场效应管。因此，未来要想进一步优化光伏发电并网技术应用效果，就需不断提升逆变器的单体容量和电压等级，达到解耦控制的要求，增强系统的抗干扰能力，为电网的运行奠定可靠保障。

4 结语

综上所述，光伏发电与并网技术的合理运用，能够提高清洁能源利用率，提高电网供电能力，缓解部分地区用电紧张问题。但光伏发电与并网技术的使用也会给大电网带来一定影响，因此针对大电网所受影响提出三点完善建议。一是不断优化电网结构，增强电网的消纳能力；二是优化配电网功能，提高配电网吸收调节分布式光伏的能力；三是促进风光储多能互补，有效解决光伏发电不稳的问题。