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摘要：随着国家新能源项目的推广，我国光伏产业快速发展，光伏发电项目系统各方面技术趋近于成熟，但在发展过程中还是出现了一些需要完善的技术和功能，其中光电转化率就是一个需要完善的技术难关，光电转换控制、逆变控制、并网继电保护、计算机信号集成、综合安全性等方面越来越受到关注。光伏发电项目技术难度比较大，综合性强，更是离不开电气自控在其中的应用。
关键词：电气自控技术；分布式；集中式光伏发电
1、范围的划分与基本架构
在光伏发电项目中，涉及到光电转换汇流系统、逆变系统，升压配网系统、接入系统等、而在这些系统组成中要通过电气自控来实现的关键技术在于光伏发电系统中继电保护技术与逆变器并网的技术上，具体包括整个系统的短路、温控报警、过流报警、直流汇流侧母线过电压、网络电压不稳定，电网故障等保护；以及逆变器PWM控制技术与防孤岛技术等核心技术上。而这一切关键技术的应用是通过测感器与操作开关等信号通过电气自控系统的对收集到的参数信号和整定值的逻辑判断、得出结论，然后发出命令并执行命令来完成的，而起电气自控关键性作用的还是在于以计算机控制为中心的自动控制软件人机交互系统，在计算机算法的统筹下，交互系统是一个中间转换环节。检测各关键设置点的参数信号，通过计算机算法处理，输出控制信号，实现与现场电气设备的信息传输，从而实现电气自控的过程。这里的电气自控技术是电气二次部分的主要内容，有些人认为这是弱电的一个子目，由弱电专业负责，而往往弱电专业人员不会懂其在光伏发电主要功能里的作用，可是它的最终功能的满足还是在电力发电配网工程这个大项。
2、电气自控技术在各子系统中的应用
2.1光电转换汇流系统，即利用太阳能电池板接收光能转化为电能，再通过汇流箱汇流形成DC660～850V的直流电压，单一组串电流10A左右，送至并网逆变器。具体电气自控技术体现在：通过RS485通讯将每个光伏组串的电压、电流、汇流箱的输出电压、电流、避雷器的状态等数据送往数据采集器。如果光伏组串支路短路或开路、避雷器出现故障，能向数据采集器发送对应的故障信号，再传输到计算机系统进行自动控制保护操作。
2.2逆变系统，逆变器是光伏发电最主要的部分之一，即将汇流箱送来的直流电逆变为交流电的过程，（输入电压一般都是变化的，跟太阳辐照度有关，输出电压基本恒定）。在此过程中电气自控技术应用在各种关键技术的实现上，具体体现在：
2.2.1在逆变器脉宽调制PWM控制技术上的应用，PWM控制技术在电力电子技术中是最主要的技术之一，即对脉冲的宽度进行调制来实现逆变的主要技术，即计算机通过输出信号控制PWM开关实现对电流脉冲宽度调制的过程，在此过程中信号检测器同时检测脉冲信号宽度，不断修正其与计算机预设的波形匹配性，来最终实现直流波形转交流波形。电气自控技术应用计算机辅助实现信号的变化，控制直交流的转化情况。
2.2.3在逆变器系统的防孤岛技术技术上的应用，所谓孤岛效应即当电网停电时，分布式电站未切离市电网路，而形成的一个自给供电孤岛。电气自控技术在防孤岛效应过程应用时，通过逆变器定时发出扰动信号检测电网状态来判断是否出现孤岛，在出现孤岛时，切断逆变器的逆变供电功能。在此过程中电气自控技术通过主动检测或被动检测电网技术，运用计算机系统辅助实现对电力一次主线的自动化开关控制功能。
2.2.3在独立无功补偿上的应用，根据电网设计规则，无功功率补偿点设在近需要无功功率的位置。逆变器实现无功补偿是依靠调节IGBT模块的触发角度实现的。具体对可控硅的调节的电气自控原理类似于PWM调节过程。
2.2.4在夜间SVG功能上的应用，逆变器夜间不输出有功功率时，可以作为SVG使用，通过调节交流侧输出电压的相位和幅值，产生无功电流的调节的作用，实现SVG的夜间无功补偿功能。其调节过程电气自控技术类似于PWM调节过程。
2.2.5在自动电压控制上的应用，逆变器自动调节无功功率将并网点的电压稳定在逆变器的额定工作电压下。其对电压的电气自控技术类似于PWM调节过程。
2.2.6在实现电网调频、调峰功能上的应用，电网用电负荷是波动的，用电高峰时，电网超负荷，此时被充发电来源以满足需求。频率的稳定是电网设备安全运行的保障。调峰与调频的功能主要是切换光伏发电站对电网的补给作用，即利用电气自控技术，与电网联动，监测数据，利用软件分析后执行操作，实时切入，起到对电网高负荷下的补充与频率不稳定时的调节作用。
2.2.7在直流侧电容器寿命预测功能上应用，并网逆变器可以通过测量直流侧电容器实时容量情况，预测直流侧电容器的有效寿命。电气自控技术的应用原理就是利用测量原件测量相关数据，将数据转化为数字信号进行软件分析，得出运算结果，输出执行信号到相关的状态显示单元，实现人机交互。
2.3升压配网系统，对于35KV高压系统，每一台或者多台逆变器对应一台35KV升压变压器，开闭所电气柜由集电柜，无功补偿柜，PT柜，计量柜等组成。对于高压系統一般有继电保护技术实现对电力配电的稳定、安全性监控的作用。具体是电气继电保护技术是通过综合继保作末端管理，每台的综合继电保护器通过电压互感器检测线路电压，能过电流互感器检测线路电流，通过RS485通信与计算机中心实现数据传输。其中综合电气继电保护器本身具有计算管理功能，当配电柜出现电压超限，电流过流，接地故障，漏电等情况，能迅速动作，断开断路器，切断电路。具体的保护功能如35KV馈线保护、35kV所用变压器保护，35kV SVG 保护、安全自动装置等等，同时所有信号参数传输到计算机管理中心，实现数据共享，并可实现远程操作。
2.4接入系统，光伏发电站以一回35kV架空线路接至110kV变电站的35kV侧。电气自控技术主要应用在防雷监测，与110KV变电站对侧对应操作的联动上。 2.5控制电源系统，控制电源主要由直流电源与UPS电源组成，控制电源是实现电气自控的电源，一般电压等级较低，光伏电站操作直流系统采用DC220V。光伏电站直流系统采用直流系统屏的供电方式。UPS电源负荷包括计算机监控系统、光功率预测系统、环境监测系统、视频监视及安全警卫系统、功率自动控制系统、电能量计费系统、火灾报警系统等。因此控制电源系统是实现电气自控的基础。
2.6计算机监控系统，计算机监控系统能实现对光伏开关站全部控制作用。主要是各设备数据的采集与处理，数据库的更新，调节各系统运行参数，历史记录，组态实现人机交互，逻辑运算，与其他设备接口功能等。电气自控的自动化处理就是依赖于计算机监控系统的软件功能实现。
3、电气自控设备
电气自控由计算机监控系统设备及测控设备构成，主要有计算机监控信号柜，计算机，通信设备，GPS对时设备，频率电压应急设备，电能质量监测设备，公用测控设备，线路保护设备，SVG保护设备，厂用变保护设备，防孤岛保护设备，AGC，AVC控制装置，母线保护装置，计量装置，仪器仪表，电源设备等。
3.1电气自控在太阳能光伏发电并网系统的应用
为避免光伏发电系统并网时对电网的冲击，通过电气自动化技术，实时检测同期点两侧的电气量，通过逻辑判断捕捉满足同期并列要求的数据，并结合弥补数据传输的时间差，提前（即导前时间）发送同期合闸命令，使得同期合闸时频率偏差、电压偏差等数据均满足要求。
3.2在太阳能光伏发电系统无功补偿控制的应用
由于太阳能光伏发电系统中的元器件大多为电子元器件，会产生无功损耗及谐波，使得电压质量不合格，通过电气自动化控制系统，可检测无功需要量，通过无功自动控制使无功调节范围按光伏发电无功电压控制系统的协调要求进行无功电压控制。
3.3在太阳能光伏发电系统设备全寿命周期控制中的应用
以往电气设备都是有问题时事故检修，计划检修时设备无问题，这样大大影响了供电的可靠性，无形中缩短了电气设备的全寿命周期运行。通过电气自动化技术，可通过检查设备运行的状态量（如设备的振动偏差、允许温升等），判断设备是否存在“带病”运行，为设备检修制定合理的计划安排，使设备始终处于健康状态运行，大大提高了设备的全寿命周期运行。
结语：光伏发电站是电气保护技术应用的全面性、典型性案例。全方位自動监测与控制，既能保证生产的正常连续运行和产品的优良性质，为安全生产提供了保障还可以提升安全性和自动化系数，既能取得了良好的经济效益又能是环境不受破坏。本文并归纳了详细介绍了当前光伏发电项目电气自控技术在各个环节的应用原理与效果。电气自控系统是一种很有实用的高科技的技术，系统的平台、结构在不断的完善和发展，必将在各个领域发挥更大的作用。
参考文献：
[1] 民用建筑电气设计规范JGJ 16-2008
[2] 华中工学院编， 电力系统继电保护原理与运行，北京，电力工业出版社，1981年
[3] 吕继绍主编，继电保护整定计算与实验，武汉，华中工学院出版社，1983年
[4] 张军军，商振，吴福保. 太阳能光伏发电的并网技术. 电力与能源，第32卷第4期， 2011
关键词：电气自控技术；分布式；集中式光伏发电
1、范围的划分与基本架构
在光伏发电项目中，涉及到光电转换汇流系统、逆变系统，升压配网系统、接入系统等、而在这些系统组成中要通过电气自控来实现的关键技术在于光伏发电系统中继电保护技术与逆变器并网的技术上，具体包括整个系统的短路、温控报警、过流报警、直流汇流侧母线过电压、网络电压不稳定，电网故障等保护；以及逆变器PWM控制技术与防孤岛技术等核心技术上。而这一切关键技术的应用是通过测感器与操作开关等信号通过电气自控系统的对收集到的参数信号和整定值的逻辑判断、得出结论，然后发出命令并执行命令来完成的，而起电气自控关键性作用的还是在于以计算机控制为中心的自动控制软件人机交互系统，在计算机算法的统筹下，交互系统是一个中间转换环节。检测各关键设置点的参数信号，通过计算机算法处理，输出控制信号，实现与现场电气设备的信息传输，从而实现电气自控的过程。这里的电气自控技术是电气二次部分的主要内容，有些人认为这是弱电的一个子目，由弱电专业负责，而往往弱电专业人员不会懂其在光伏发电主要功能里的作用，可是它的最终功能的满足还是在电力发电配网工程这个大项。
2、电气自控技术在各子系统中的应用
2.1光电转换汇流系统，即利用太阳能电池板接收光能转化为电能，再通过汇流箱汇流形成DC660～850V的直流电压，单一组串电流10A左右，送至并网逆变器。具体电气自控技术体现在：通过RS485通讯将每个光伏组串的电压、电流、汇流箱的输出电压、电流、避雷器的状态等数据送往数据采集器。如果光伏组串支路短路或开路、避雷器出现故障，能向数据采集器发送对应的故障信号，再传输到计算机系统进行自动控制保护操作。
2.2逆变系统，逆变器是光伏发电最主要的部分之一，即将汇流箱送来的直流电逆变为交流电的过程，（输入电压一般都是变化的，跟太阳辐照度有关，输出电压基本恒定）。在此过程中电气自控技术应用在各种关键技术的实现上，具体体现在：
2.2.1在逆变器脉宽调制PWM控制技术上的应用，PWM控制技术在电力电子技术中是最主要的技术之一，即对脉冲的宽度进行调制来实现逆变的主要技术，即计算机通过输出信号控制PWM开关实现对电流脉冲宽度调制的过程，在此过程中信号检测器同时检测脉冲信号宽度，不断修正其与计算机预设的波形匹配性，来最终实现直流波形转交流波形。电气自控技术应用计算机辅助实现信号的变化，控制直交流的转化情况。
2.2.3在逆变器系统的防孤岛技术技术上的应用，所谓孤岛效应即当电网停电时，分布式电站未切离市电网路，而形成的一个自给供电孤岛。电气自控技术在防孤岛效应过程应用时，通过逆变器定时发出扰动信号检测电网状态来判断是否出现孤岛，在出现孤岛时，切断逆变器的逆变供电功能。在此过程中电气自控技术通过主动检测或被动检测电网技术，运用计算机系统辅助实现对电力一次主线的自动化开关控制功能。
2.2.3在独立无功补偿上的应用，根据电网设计规则，无功功率补偿点设在近需要无功功率的位置。逆变器实现无功补偿是依靠调节IGBT模块的触发角度实现的。具体对可控硅的调节的电气自控原理类似于PWM调节过程。
2.2.4在夜间SVG功能上的应用，逆变器夜间不输出有功功率时，可以作为SVG使用，通过调节交流侧输出电压的相位和幅值，产生无功电流的调节的作用，实现SVG的夜间无功补偿功能。其调节过程电气自控技术类似于PWM调节过程。
2.2.5在自动电压控制上的应用，逆变器自动调节无功功率将并网点的电压稳定在逆变器的额定工作电压下。其对电压的电气自控技术类似于PWM调节过程。
2.2.6在实现电网调频、调峰功能上的应用，电网用电负荷是波动的，用电高峰时，电网超负荷，此时被充发电来源以满足需求。频率的稳定是电网设备安全运行的保障。调峰与调频的功能主要是切换光伏发电站对电网的补给作用，即利用电气自控技术，与电网联动，监测数据，利用软件分析后执行操作，实时切入，起到对电网高负荷下的补充与频率不稳定时的调节作用。
2.2.7在直流侧电容器寿命预测功能上应用，并网逆变器可以通过测量直流侧电容器实时容量情况，预测直流侧电容器的有效寿命。电气自控技术的应用原理就是利用测量原件测量相关数据，将数据转化为数字信号进行软件分析，得出运算结果，输出执行信号到相关的状态显示单元，实现人机交互。
2.3升压配网系统，对于35KV高压系统，每一台或者多台逆变器对应一台35KV升压变压器，开闭所电气柜由集电柜，无功补偿柜，PT柜，计量柜等组成。对于高压系統一般有继电保护技术实现对电力配电的稳定、安全性监控的作用。具体是电气继电保护技术是通过综合继保作末端管理，每台的综合继电保护器通过电压互感器检测线路电压，能过电流互感器检测线路电流，通过RS485通信与计算机中心实现数据传输。其中综合电气继电保护器本身具有计算管理功能，当配电柜出现电压超限，电流过流，接地故障，漏电等情况，能迅速动作，断开断路器，切断电路。具体的保护功能如35KV馈线保护、35kV所用变压器保护，35kV SVG 保护、安全自动装置等等，同时所有信号参数传输到计算机管理中心，实现数据共享，并可实现远程操作。
2.4接入系统，光伏发电站以一回35kV架空线路接至110kV变电站的35kV侧。电气自控技术主要应用在防雷监测，与110KV变电站对侧对应操作的联动上。 2.5控制电源系统，控制电源主要由直流电源与UPS电源组成，控制电源是实现电气自控的电源，一般电压等级较低，光伏电站操作直流系统采用DC220V。光伏电站直流系统采用直流系统屏的供电方式。UPS电源负荷包括计算机监控系统、光功率预测系统、环境监测系统、视频监视及安全警卫系统、功率自动控制系统、电能量计费系统、火灾报警系统等。因此控制电源系统是实现电气自控的基础。
2.6计算机监控系统，计算机监控系统能实现对光伏开关站全部控制作用。主要是各设备数据的采集与处理，数据库的更新，调节各系统运行参数，历史记录，组态实现人机交互，逻辑运算，与其他设备接口功能等。电气自控的自动化处理就是依赖于计算机监控系统的软件功能实现。
3、电气自控设备
电气自控由计算机监控系统设备及测控设备构成，主要有计算机监控信号柜，计算机，通信设备，GPS对时设备，频率电压应急设备，电能质量监测设备，公用测控设备，线路保护设备，SVG保护设备，厂用变保护设备，防孤岛保护设备，AGC，AVC控制装置，母线保护装置，计量装置，仪器仪表，电源设备等。
3.1电气自控在太阳能光伏发电并网系统的应用
为避免光伏发电系统并网时对电网的冲击，通过电气自动化技术，实时检测同期点两侧的电气量，通过逻辑判断捕捉满足同期并列要求的数据，并结合弥补数据传输的时间差，提前（即导前时间）发送同期合闸命令，使得同期合闸时频率偏差、电压偏差等数据均满足要求。
3.2在太阳能光伏发电系统无功补偿控制的应用
由于太阳能光伏发电系统中的元器件大多为电子元器件，会产生无功损耗及谐波，使得电压质量不合格，通过电气自动化控制系统，可检测无功需要量，通过无功自动控制使无功调节范围按光伏发电无功电压控制系统的协调要求进行无功电压控制。
3.3在太阳能光伏发电系统设备全寿命周期控制中的应用
以往电气设备都是有问题时事故检修，计划检修时设备无问题，这样大大影响了供电的可靠性，无形中缩短了电气设备的全寿命周期运行。通过电气自动化技术，可通过检查设备运行的状态量（如设备的振动偏差、允许温升等），判断设备是否存在“带病”运行，为设备检修制定合理的计划安排，使设备始终处于健康状态运行，大大提高了设备的全寿命周期运行。
结语：光伏发电站是电气保护技术应用的全面性、典型性案例。全方位自動监测与控制，既能保证生产的正常连续运行和产品的优良性质，为安全生产提供了保障还可以提升安全性和自动化系数，既能取得了良好的经济效益又能是环境不受破坏。本文并归纳了详细介绍了当前光伏发电项目电气自控技术在各个环节的应用原理与效果。电气自控系统是一种很有实用的高科技的技术，系统的平台、结构在不断的完善和发展，必将在各个领域发挥更大的作用。
参考文献：
[1] 民用建筑电气设计规范JGJ 16-2008
[2] 华中工学院编， 电力系统继电保护原理与运行，北京，电力工业出版社，1981年
[3] 吕继绍主编，继电保护整定计算与实验，武汉，华中工学院出版社，1983年
[4] 张军军，商振，吴福保. 太阳能光伏发电的并网技术. 电力与能源，第32卷第4期， 2011