大型并网光伏电站关键技术及存在问题综述

孙惠

摘 要：随着社会的不断发展，传统的化石能源很难满足需要。太阳能作为一种可再生能源，拥有独特的优势，其应用前景广阔。利用太阳能并网光伏电站逐渐成为研究热点。文章介绍了大型并网光伏电站的概念及其系统结构，综述了在大型并网光伏电站建设中的关键技术研究进展，并指出该技术存在的一些问题。

关键词：大型并网；光伏电站；关键技术；存在问题

前言

能源是人类社会赖以生存不可或缺的东西，能源的合理利用可以显著提高社会的经济效益，改善人们的生活水平，对人类的生存发展起着决定性作用。但是目前人们所使用的多数为不可再生能源如煤炭、石油、天然气等，这三种能源的消费结构分别为27%，41%和23%。有报告称：该类化石能源储存仅仅能保证不超过人类170年的消耗[1]。但是随着人口数量的增加，社会的进步以及经济腾飞的需要，人类不久将面临能源枯竭的危险。更令人担心的是，一旦世界能源储备耗尽，势必会导致一场全球范围内的经济战争，甚至世界大战。核能源为上述问题的解决提供了希望，核能源在使用过程中不会因为产生有害气体而污染空气，但其利用仍然处于初级阶段，对核泄漏和核废料的处理技术有待进一步提高。光伏电站技术作为一种新型的可再生能源，拥有独特的优势，其来源广泛，使用过程中不产生污染[2]。故对光伏发电技术的推广势在必行，具有巨大的现实意义且能产生明显的经济价值。文章介绍了大型并网光伏电站的概念及其系统结构，综述了在大型并网光伏电站建设中的关键技术研究进展，并指出该技术存在的一些问题。

1 大型并网光伏电站的概述

目前，大型并网光伏系统大概可划分为分布式发电体系和荒漠电站体系，其工作原理是先将直流电（太阳能电池组件产生的）变成生活中所需要的交流电，然后接入公共电网进行并网。该并网系统所需的最重要部件是并网逆变器（含控制输出电流、检测电网信号、最大功率点跟踪、抗孤岛），并网逆变器包含了检测控制并网和保护功能。根据目前的研究，我国的并网光伏电站发展较慢，仍然还有较多问题需要解决。此外，由于缺乏相应的实验数据，并网光伏发电站对电网是否会有影响也不得而知。此外，并网光伏发电站能量密度较低、稳定性较差、调节能力也相对较弱，气候、天气及地理位置的差别等都会对发电量产生极大影响。因此深入探讨并网光伏发电体系模式，对加快能源结构调整从而提高清洁能源利用率等都具有重要的意义。

2 大型光伏电站并网系统结构

光伏电站并网系统按结构分包括单级结构和二级结构。前者利用逆变器将光伏电站系统输出的直流电逆变成与并入的电网电压幅值相同，频率相同的电能。而二级结构则是利用转换器（DC/DC）先将光伏电站产生的直流电的电压升高，后借助DC/AC逆变器将其转化为预计的交流电，最终完成并网。大型光伏电站一般具有大容量，复杂的控制体系，为了降低转换过程中电能的的损耗，增加效率，较多地方选择单级结构。光伏电站并网过程中，其关键技术莫过于对并网逆变器的构造及操控方式的科学设计。一个好的并网逆变器不仅能提高降低发电成本，增加发电效率，还能优化并网后电能质量。但是大型光伏电站可能导致电网的孤岛效应、电压闪变、谐波污染及低电压穿越能力等，这些亟待处理的问题已经对逆变器控制策略提出来新的要求。逆变器的设计应该使其有效控制功率、补偿无功及谐波电流等功能，以降低对电网的不利一面。

3 大型并网光伏电站主要技术研究现状

3.1 光伏电站配件设计技术

光伏电站的组件非常多，其中最贵的元件光伏电池的转换效率一直是领域内十分重视的课题。随这科技的发展，在基于单、多晶硅与薄膜电池应用后，人们已经开发出能将太阳光聚焦很多倍的光伏元件（聚光式）。相信未来元件开发定能实现能量的高效转换。

3.2 高性能变换技术

光伏电站由非常多的元件组成，但是光伏并网逆变器始终扮演着举足轻重的作用。多逆变器元件主要起着两大重要的功能：协调控制与集群。主要包含两方面的内容，其一，利用逆变器的统一操控弱化彼此之间的负面影响，如内部环流、多机孤岛冲突及谐波争议等；其二，借助系统控制策略完成逆变器集群一致工作，从而实现低电压穿越、功率调节、孤岛检测、机组高效运行等功能。

3.3 最大功率跟踪技术

最大功率点跟踪技术（Maximum Power Point Tracking， MPPT），是指控制器能够实时侦测太阳能PV阵列或风力发电机的发电电压，并追踪最高功率值（VI），使控制器系统可以从PV阵列或风力发电机中获得最大的功率进行充放电的管理。一般的MPPT技术包括：基于电压电流检测的直接控制法、基于参数选择的间接控制法以及基于现代控制理论的人工智能算法等。间接控制法应用经验公式及提前存在的数据库获得最大功率点，但该算法很难完成对变化模式下的最大功率点开展实时跟踪，且具有较大相对误差。而通过检测电压电流来实现对最大功率点的在线跟踪控制具有明显的优势。有研究发基于现检测电压电流的检测方法精度较高，能够实时进行MPPT控制，满足一般场合要求，因此在实际应用中使用最为广泛[3]。

3.4 孤岛效应检测技术

孤岛效应就是当供电系统因故障事故或停电维修等原因停止工作时，安装在各个用户端的光伏并网发电系统未能及时检测出停电状态而不能迅速将自身切离市电网络，而形成的一个由光伏并网发电系统向周围负载供电的一种电力公司无法掌控的自给供电孤岛现象[4]。孤岛效应检测可分为被动式及主动式检测技术两类。被动式检测法包括电压频率检测法、电压谐波检测法、相位跳变检测法等。被动检测法易于实现，但是在非检测区内被动检测将失效。主动式检测法一般分为功率扰动法、电压扰动法和频率扰动法等。王飞提出了一种基于相位超前的孤岛效应检测方法[5]。该检测方法在电网断电时，改变电流与电压之间的相位，则系统输出频率将会随之改变，这有助于缩短检测时间，可采用不同的参数来实现逆变器并联检测。

4 大型并网光伏电站存在的主要问题

随着技术的不断发展，大型并网光伏电站在运行过程中也发现了不少问题，如：（1）大型并网光伏电站经常会由于光伏组件的差异而使得大面积光伏阵列呈现出与单个光伏电池小面积光伏阵列；（2）光伏发电并网逆变器易产生谐波和三相电流不平衡等问题，且输出功率的不确定性易造成电网电压波动；（3）大型光伏发电并网会对电网产生一系列的不良影响如光伏发电的间歇性出力会直接造成电网的电压波动变。

5 结束语

随着科技的不断发展，社会对能源的需求逐年增加，传统化石能源由于其储量有限且不可再生等特点，使得其很难满足社会需要。近年来，研究者将目光转向了效率高、容量大、运行稳定的光伏能源。作者相信随着科学技术的不断发展，网光伏电站一定会有广阔的应用进展。

参考文献

[1]赵争鸣，雷一，贺凡波，等.大容量并网光伏电站技术综述[J].电力系统自动化，2011，35（12）：101-107.

[2]王敏，宗炫君，袁越，等.含光伏电站的发电系统可靠性分析[J].中国电机工程学报，2013，33（34）：42-49.

[3]陈亚爱，李津，周京华.并网光伏电站控制技术综述[J].2014，38（4）：583-585.

[4]乔于轩，张代润.光伏并网系统的孤岛效应检测技术[J].电源技术应用，2010，11：23-26.

[5]王飞.单相光伏并网系统的分析与研究[D].合肥：合肥工业大学，2005.endprint