太阳能光伏发电并网技术研究.docx

太阳能光伏发电并网技术研究吴福川福建农林大学机电工程学院,福建福州350002)摘要：本篇论文主要从系统和存在问题两个方面对太阳能光伏发电并网系统进行研究总结，论文介绍了光伏发电的研究现状和根本组成和根本技术，并联系实际对光伏发电并网大电网面临的问题进行了总结并提出了对策，从而引导其有序开展，充分发挥可再生能源的优势，实现大电网与光伏发电等分布式可再生能源发电的协调开展。关健词I光伏发电：并网发电：优势；开展中BB分类号I：$214.9；TN364.2；s763.42文献标识码：A文章编号：1671-5470(2023)05-0553-04Studyongrid-connectedsolarphotovoltaicpowertechnologyWUFu-chuan(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou,Fujian,350002,China)Abstract：Thisthesisismainlyasummaryoftheresearchongrid-connectedsolarphotovoltaicpowersystemfromtwoaspectsofthesystemandtheexistingproblems.Thepaperintroducestheresearchstatusofphotovoltaicpowergenerationandthebasiccompositionandbasictechnology,andpracticeofphotovoltaicpowergenerationandpowergridfacedlargesumsuptheproblemsandthecountermeasureswereputforward.Soastoguidetheorderlydevelopment,fullyplaytotheadvantagesofrenewableenergysources,realizethecoordinateddevelopmentofpowergridandphotovoltaicpowergenerationdistributedrenewableenergypowergeneration.Keywords：photovoltaicpowergeneration;gridgeneration;development随着绿色能源可再生能源的大规模开发和利用，太阳能凭借其独特的优点得到了更多的关注。太阳能是当前世界上最清洁、最现实、大规模开发利用最有前景的可再生能源之一。其中太阳能光伏利用受到世界各国的普遍关注，而太阳能光伏并网发电是太阳能光伏利用的主要开展趋势，必将得到快速的开展。太阳能光伏并网发电系统的两个核心局部是太阳能电池板的最大功率点跟踪(MPPT)控制和光伏并网逆变控制。1光伏并网发电系统简介分布式发电也称分散式发电或分布式供能，一般指以新能源和可再生能源为主的小型的发电装置就近布置在负荷附近的发电方式。新能源想要向电力用户提供优质的供电效劳，主要依靠分布式发电技术和储能技术相结合。光伏并网发电是太阳能利用的一种形式，它可将光伏电池组件转换的直流电经逆变器逆变后向电网输送能量，可在一定程度上能缓解能源紧张的问题。我国政府也高度重视光伏并网发电，并逐步推广“屋顶方案。太阳能光伏并网发电正在由补充能源向替代能源方向迈进。2太阳能光伏发电的研究现状和开展前景2. 1国内外研究的现状太阳能光伏发电产业是20世纪80年代以来世界上增长最快的高新技术产业之一。目前国际上对太阳能资源己经十分重视。1990年德国率先提出并实施“一千屋顶方案，在居民住宅屋顶上安装太阳能并网发电系统。日本从20世纪70年代开始连续制订和实施了几个太阳能发电开展5年方案，到1996年底己安装2700套并网户用太阳能发电系统，每套容量平均为3MWo我国从1958年起就进行光伏器件研究，70年代初成功地制造出空间光伏电源。70年代中期后，光伏应用逐渐扩大到地面并形成了中国的光伏产业。80年代，先后引进了美国的单晶硅太阳电池和非晶硅太阳电池生产设备，是中国的光伏工业开始起步。目前我国大约有40多个研究机构和大学参与光伏技术研究与开发活动。研究领域涉及太阳电池、光伏材料、光伏系统和部件等。2.2太阳能光伏发电的前景目前，国际上光伏发电已进入加速开展阶段，近两年太阳电池组件的年增长率高达30%左右。另外兴旺国家先后宣布的太阳能屋顶方案强有力地支持了光伏产业的开展，预计今后10年内太阳电池将以平均20%的年增长率增长。估计我国的光伏产业也将以此速度增长。3光伏发电系统及并网特点3.1 光伏发电系统在光生伏打效应的作用下，太阳能电池的两端产生电动势，将光能转换成电能。通常光伏系统由太阳能电池方阵、蓄电池、控制器、直流配电柜、逆变器和交流配电柜等设备组成，见图Io其中太阳能电池方阵和逆变器是光伏系统的根本要素。通过太阳能电池组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压到达系统输入电压的要求。太阳能通过光伏组件转化为直流电力，通过直流监测配电箱聚集至逆变器（有蓄电池组时，还经充放电控制器同时向蓄电池组充电），将直流电能转化为交流电力。图1太阳能光伏供电系统的根本工作原理就是在太阳光的照射下，将太阳电池组件产生的电能通过控制器的控制给蓄电池充电或在满足负载需求的情况下直接给负载供电，如果日照缺乏或者是在夜间那么是由蓄电池在控制器的控制下给直流负载供电，对于含有交流负载的光伏系统而言，还需要增加逆变器，将直流电转换成交流电。3.2 光伏发电系统并网特点光伏发电系统并网有2种形式：集中式并网和分散式并网。集中式并网：特点是所发电能被直接输送到大电网，由大电网统一调配向用户供电，与大电网之间的电力交换是单向的。逆变器后380V三相交流电，接至升压变前380V母线，升压后上网，升压变比0.4/10.5kV,示意图如图2所示。适于大型光伏电站并网，通常离负荷点比拟远，荒漠光伏电站采用这种方式并网。分散式并网：特点是所发的电能直接分配到用电负载上，多余或缺乏的电力通过联接大电网来调节，与大电网之间的电力交换可能是双向的，如图3所示。适于小规模光伏发电系统，通常城区光伏发电系统采用这种方式，特别是与建筑结合的光伏系统。图2图34光伏发电并网技术4.1 光伏发电并网功率变换技术设计一个高性能的太阳能功率变换器，电路拓扑的选择相当重要，因为电路拓扑主要关系着效率、本钱、平安以及可靠性。常用的电路结构按有无变压器分为变压器隔离型与无变压器隔离型两类；按功率变换器的级数又可分为单级式与多级式两类，根本的电路如图1.6所示：4.2 光伏发电并网控制技术关于并网型光伏系统相关的研究，国内外已有相当的开展，这些研究包括最大功率跟踪控制技术(MaximumPowerPointTracking,MPPT),并网控制技术、并网功率因数矫正、市电并联控制、孤岛效应侦测与保护技术、检测技术等等。本论文的研究内容为并网光伏发电的三个关键技术：并网控制技术、最大功率跟踪技术和孤岛检测及保护技术，这些将在后面的章节中做详细的研究讨论。5光伏发电所面临的问题5.1 仿真分析研究与实验验证的技术装备仿真是研究电网运行和平安稳定与控制的重要技术手段，鉴于光伏发电系统通过微网系统接入大电网的更杂性，为了能够真实地研究并网光伏发电系统对大电网平安稳定和电能质量可能带来的各种技术问题，有必要建立针对光伏发电系统特点的试验基地，克服传统的研究实验环境的缺乏。5.2 光伏发电系统影响大电网运行特性的机理光伏发电系统通过微网接入大电网，微网存在多种运行状态，当光伏发电系统以分散式并网运行时，功率可以双向流动；在大电网故障时，通过保护动作和解列控制，可使微网与大电网解列形成孤岛运行，独立向其所辖重要负荷供电；在大电网故障消除后，通过并网控制可再次将微网并入大电网，重新进入并网运行状态。5.3 新型配电系统的规划光伏发电系统可能给配网带来电能质量问题，如谐波污染、电压波动及闪变，需要在规划阶段就予以考虑。合理规划与设计的光伏发电等新能源分布式供能系统能有效提高可再生能源利用的效率，提高电力系统运行的平安性、经济性和对重要负荷供电的可靠性。光伏发电等分布式发电的接入对配电网的供电经济性和母线电压、潮流、短路电流、网络供电可靠性等都会带来影响，由此也对规划设计提出了新的要求。6针对光伏发电出现问题的对策6.1 深入研究光伏发电系统及微网与大电网相互作用的机理当大量光伏发电以微网形式接入大电网后，微网与大电网间的相互作用将十分复杂，对大电网的运行特性产生重要影响，而对于这种影响的分析那么需要以全新方法为根底。配电系统的平安稳定问题完全是由于微网的存在而提出的，其分析方法可能与高压电力系统截然不同。研究目的是要揭示出微网与大电网相互作用的本质，开展相关理论和方法，为含微网配电系统的稳定分析与控制奠定理论根底。6.2 研究与应用新型配电系统的规划理论与方法在含分布式电源配电网规划理论与方法研究成果和微网研究成果的根底上，考虑光伏发电及并网的特点，研究新型配电系统的规划理论与方法。需要研究光伏发电电源的优化配置，包括选址和容量，研究光伏发电输出控制方式、接入位置和并网方式，研究其对电网谐波和电压波动与闪变的影响等。在规划中，优先考虑光伏发电等可再生能源作为电源的合理性，充分光伏发电对可靠性的影响，对采用传统的电网升级与分布式电源供电的多种电网扩充策略之间的优劣进行比拟，从规划层面保证配电网经济性、平安性、环保性和电能质量的综合优化。6.3 健全光伏发电接入公共电网的技术标准与标准研究并网光伏发电系统的技术参数和控制特性及承受大电网扰动能力的技术要求与标准，研究光伏发电系统并网的规模、接入电压等级、无功配置和电能质量等方面的技术标准，研究大电网接纳光伏发电系统应具备的条件等技术标准与标准。健全光伏发电接入公共电网的技术标准与标准，将有利于引导与标准光伏发电等新能源分布式发电系统有序接入大电网，确保这些新型发电系统及其控制设备不会对大电网的平安稳定运行造成危害。6总结随着人类对能源需求的日益增加，光伏分布式发电技术成为研究与开发的热点。与传统发电方式相比拟，光伏发电及其并网具有鲜明的特点，目前的电网运行控制理论与技术还不能完全适应光伏发电大规模并网后的新要求，支撑光伏发电接入公共电网运行的监测、保护与控制、计量装备亟待开发，迫切需要健全技术标准与标准。展望光伏逆变控制技术的开展，其核心目标就是要求逆变控制系统的效率更高、可靠性更好、功率密度更富、本钱更低。由此光伏并网系统未来的技术开展与创新就是：新型电路拓扑结构的设计、智能控制技术的应用，神经网络技术的结合、高频开关技术、软开关技术、智能监测与保护技术、模块化技术的应用与改良、电磁兼容性更好等。只有这样，才可以充分发挥可再生能源的优势，防止对大电网的平安稳定运行造成危害，实现大电网与光伏发电等分布式可再生能源发电的协调开展。参考文献：林安中，王斯成.国内外太阳能电池和光伏发电的进展与前景J.太阳能学报，1999（特刊），68-742赵玉文.光伏发电是未来最重要的战略能源E.中山大学讲座，2004,103斐郁.我国可再生能源开展战略研究D.辽宁师范大学，2004,54陈劲松.人类理想能源-太阳能发电J.百科知识，总第228期5张兴，曹仁贤.太阳能光伏并网发电及其逆变控制M.北京：机械工业出版社，2023,5：1-2