论文部分内容阅读
[摘 要]太阳能光伏发电的并网运行，具有无污染、初期投资低、发展前景广阔等优点。但光伏发电很容易受时间、气象、地理、容量等因素影响而降低发电量。本文主要介绍光伏并网系统的组成，优势及存在问题，在此基础上分析光伏发电并网系统的控制技术。
[关键词]光伏并网 系统 控制
中图分类号：TD421 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）01-0274-01
引言
作为传统发电形式的有效补充，太阳能发电对保护环境具有深远的意义。光伏发电系统是将太阳能转换成电能的发电系统，其主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。随着光伏发电系统效率逐步提高，光伏发电系统的应用将会越来越广泛。光伏发电系统并网涉及到对电网整体的影响，电网需要对并网的光伏发电系统进行优化控制，提高光伏发电系统并网运行的稳定性，增强电能质量和整个电网运行的经济性。
一、光伏并网系统基本构成
光伏发电系统是利用太阳能进行电力的生产，按照该系统和电网运行的关系，可以将其分成两大类，一类是独立系统，一类是并网系统，前者经常被用在电力生产条件较差的偏远地区。而在并网系统中，光伏发电系统能够非常有效的提供有用功率，同时还能将生产的电能反馈给整个电网。光伏发电系统通常有两种并网形式：分散式和集中式。集中式的光伏发电系统并网形式能够直接将电能传送到大电网中，并可依据大电网的调度对电能进行传输和使用。这种光伏发电系统通常应用在大型的电站并网上，所并网的光伏系统距离负荷点较远，在运行的过程中会受到很多来自于外界的干扰，为了保证系统能够持续的按照额定功率维持电能的输出，一般情况下都需要添加控制器来对电压进行适当的调节，以保证系统的正常运行。因此，一般光伏并网发电系统主要是由太阳能光伏阵列、控制器和逆变器三大部分组成：
1、太阳能光伏阵列。光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。太阳能电池是太阳能光伏发电系统中的核心部分，因为一般的单个的太阳能电池的工作电压和工作电流很小，不能够单独作为电源使用，而将一定的电池串并联构成太阳能电池组件，其功率可以达到要求作为电源使用。
2、控制器。控制器的作用是对整个光伏系统的运行进行控制，并对蓄电池的过充电、过放电进行保护，为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，并且能够快速平稳地为蓄电池充电，除此以外可以在充电过程中减少损耗尽量地延长蓄电池的使用寿命，在温差较大的地方，控制器还具有温度的补偿功能。控制器一般由充电电路和最大功率点跟踪控制构成。
3、逆变器。太阳能电池和蓄电池是直流电源，当负载是交流负载时，为使系统发出的电能够符合使用的要求，逆变器将直流电流转换为交流电流。逆变器的运行方式，可以分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器适用于离网光伏发电系统，而并网逆变器适用于并网光伏发电系统。按照输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器，方波逆变器一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统；正弦波逆变器成本较高，但可以适用于各种负载。
二、光伏并网发电的优势及局限
太阳能光伏并网发电系统将太阳能转化成为电能不通过蓄电池储能，而是直接通过逆变器，将电能送入电网，其具有以下优势：
1、我国太阳能储量丰富，无枯竭危险；
2、安全可靠，无污染排放，绝对清洁；
3、不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势；例如，可将发电系统建设在荒漠，这样既可减少其对生产可用土地的占用，又减少了地面的蒸发量。
4、建设周期短，获取能源花费的时间短；
5、依靠电网存储电能，不通过蓄电池，节省了在光伏系统建设的部分投资，从而降低了成本。
6、并网除了大型光伏系统还可进行分布式建设，进退电网灵活，不但可以增强电力系统对自然灾害的抵御能力，而且可以改善电力系统的负荷平衡。
我们在注意到光伏并网发电系统的优势的同时，也必须考虑光伏发电系统应用中会遇到的问题：
1、光伏并网发电系统带来的整個电网的控制问题
由于光伏发电系统具有不稳定性，其将使所接入的整个配电网短期的负荷预测不准确，增加传统的电网运行及计划难度，致使配电网断面交换功率难以控制。在光伏发电系统接入配电网后，配电网中电源点的数量多，但分布分散，常规的电压及无功补偿方法不适用，电源难以协调控制。因此，当光伏发电系统大规模地接入配电网后，将大大削弱常规电源对整个配电网的控制能力，为整个配电网的安全稳定带来巨大的安全隐患。
2、光伏并网发电系统的效率问题
系统实际输送给电网的发电量与系统理论发电量之比称为系统的效率。其由以下三部分组成：其一，光伏电池组效率。光伏电池组在1kW/m2光辐强度下，直流实际输出功率与理论输出功率之比。光伏电池组在能量转换与传输过程中的损失主要受光伏电池组串并联损耗、温度、连接电缆线损等影响；其二，逆变器的转换效率。即交流输出功率与直流输入功率之比，约为90%；其三，入网传输效率。入网传输效率指系统输送至电网的传输效率，主要受升压变压器性能影响。
3、光伏并网发电系统的发电量问题
光伏并网发电系统的发电量与以下因素有关：（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，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。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，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。
三、光伏并网发电控制技术
1、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。
2、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。
3、組件式并网发电
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。
4、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。
四、结束语
随着全球能源的急剧减少，太阳能光伏发电技术以其清洁、储量丰富、建设周期短等优势获得良好的发展机遇。我国光伏产业还处于初级阶段，光伏发电技术在电网的优化控制、安全稳定运行还存在很多问题。因此，应对光伏发电并网所面临的问题进行合理的分析和研究，健全相关的技术标准，有效发挥可再生能源的资源优势，实现光伏发电系统与大电网的协调运行发展。
参考文献
[1] 张军军，商振，吴福保.太阳能光伏发电的并网技术[J]电.力与能源，2011（04）.
[2] 毛亮.我国发展太阳能光伏发电的必要性及技术分析[J].科技传播，2011（10）.
[3] 刘利成.光伏太阳能在变电站直流系统的应用[J].电网与清洁能源，2008，24（4）.
[关键词]光伏并网 系统 控制
中图分类号：TD421 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）01-0274-01
引言
作为传统发电形式的有效补充，太阳能发电对保护环境具有深远的意义。光伏发电系统是将太阳能转换成电能的发电系统，其主要部件是太阳能电池、蓄电池、控制器和逆变器。随着光伏发电系统效率逐步提高，光伏发电系统的应用将会越来越广泛。光伏发电系统并网涉及到对电网整体的影响，电网需要对并网的光伏发电系统进行优化控制，提高光伏发电系统并网运行的稳定性，增强电能质量和整个电网运行的经济性。
一、光伏并网系统基本构成
光伏发电系统是利用太阳能进行电力的生产，按照该系统和电网运行的关系，可以将其分成两大类，一类是独立系统，一类是并网系统，前者经常被用在电力生产条件较差的偏远地区。而在并网系统中，光伏发电系统能够非常有效的提供有用功率，同时还能将生产的电能反馈给整个电网。光伏发电系统通常有两种并网形式：分散式和集中式。集中式的光伏发电系统并网形式能够直接将电能传送到大电网中，并可依据大电网的调度对电能进行传输和使用。这种光伏发电系统通常应用在大型的电站并网上，所并网的光伏系统距离负荷点较远，在运行的过程中会受到很多来自于外界的干扰，为了保证系统能够持续的按照额定功率维持电能的输出，一般情况下都需要添加控制器来对电压进行适当的调节，以保证系统的正常运行。因此，一般光伏并网发电系统主要是由太阳能光伏阵列、控制器和逆变器三大部分组成：
1、太阳能光伏阵列。光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。太阳能电池是太阳能光伏发电系统中的核心部分，因为一般的单个的太阳能电池的工作电压和工作电流很小，不能够单独作为电源使用，而将一定的电池串并联构成太阳能电池组件，其功率可以达到要求作为电源使用。
2、控制器。控制器的作用是对整个光伏系统的运行进行控制，并对蓄电池的过充电、过放电进行保护，为蓄电池提供最佳的充电电流和电压，并且能够快速平稳地为蓄电池充电，除此以外可以在充电过程中减少损耗尽量地延长蓄电池的使用寿命，在温差较大的地方，控制器还具有温度的补偿功能。控制器一般由充电电路和最大功率点跟踪控制构成。
3、逆变器。太阳能电池和蓄电池是直流电源，当负载是交流负载时，为使系统发出的电能够符合使用的要求，逆变器将直流电流转换为交流电流。逆变器的运行方式，可以分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器适用于离网光伏发电系统，而并网逆变器适用于并网光伏发电系统。按照输出波型可分为方波逆变器和正弦波逆变器，方波逆变器一般用于几百瓦以下和对谐波要求不高的系统；正弦波逆变器成本较高，但可以适用于各种负载。
二、光伏并网发电的优势及局限
太阳能光伏并网发电系统将太阳能转化成为电能不通过蓄电池储能，而是直接通过逆变器，将电能送入电网，其具有以下优势：
1、我国太阳能储量丰富，无枯竭危险；
2、安全可靠，无污染排放，绝对清洁；
3、不受资源分布地域的限制，可利用建筑屋面的优势；例如，可将发电系统建设在荒漠，这样既可减少其对生产可用土地的占用，又减少了地面的蒸发量。
4、建设周期短，获取能源花费的时间短；
5、依靠电网存储电能，不通过蓄电池，节省了在光伏系统建设的部分投资，从而降低了成本。
6、并网除了大型光伏系统还可进行分布式建设，进退电网灵活，不但可以增强电力系统对自然灾害的抵御能力，而且可以改善电力系统的负荷平衡。
我们在注意到光伏并网发电系统的优势的同时，也必须考虑光伏发电系统应用中会遇到的问题：
1、光伏并网发电系统带来的整個电网的控制问题
由于光伏发电系统具有不稳定性，其将使所接入的整个配电网短期的负荷预测不准确，增加传统的电网运行及计划难度，致使配电网断面交换功率难以控制。在光伏发电系统接入配电网后，配电网中电源点的数量多，但分布分散，常规的电压及无功补偿方法不适用，电源难以协调控制。因此，当光伏发电系统大规模地接入配电网后，将大大削弱常规电源对整个配电网的控制能力，为整个配电网的安全稳定带来巨大的安全隐患。
2、光伏并网发电系统的效率问题
系统实际输送给电网的发电量与系统理论发电量之比称为系统的效率。其由以下三部分组成：其一，光伏电池组效率。光伏电池组在1kW/m2光辐强度下，直流实际输出功率与理论输出功率之比。光伏电池组在能量转换与传输过程中的损失主要受光伏电池组串并联损耗、温度、连接电缆线损等影响；其二，逆变器的转换效率。即交流输出功率与直流输入功率之比，约为90%；其三，入网传输效率。入网传输效率指系统输送至电网的传输效率，主要受升压变压器性能影响。
3、光伏并网发电系统的发电量问题
光伏并网发电系统的发电量与以下因素有关：（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，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。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，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。
三、光伏并网发电控制技术
1、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。
2、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。
3、組件式并网发电
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。
4、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。
四、结束语
随着全球能源的急剧减少，太阳能光伏发电技术以其清洁、储量丰富、建设周期短等优势获得良好的发展机遇。我国光伏产业还处于初级阶段，光伏发电技术在电网的优化控制、安全稳定运行还存在很多问题。因此，应对光伏发电并网所面临的问题进行合理的分析和研究，健全相关的技术标准，有效发挥可再生能源的资源优势，实现光伏发电系统与大电网的协调运行发展。
参考文献
[1] 张军军，商振，吴福保.太阳能光伏发电的并网技术[J]电.力与能源，2011（04）.
[2] 毛亮.我国发展太阳能光伏发电的必要性及技术分析[J].科技传播，2011（10）.
[3] 刘利成.光伏太阳能在变电站直流系统的应用[J].电网与清洁能源，2008，24（4）.