太阳能发电并网系统关键技术

湖南理工职业技术学院 周迎春 胡志军 肖慧慧

太阳能发电并网系统关键技术

湖南理工职业技术学院 周迎春 胡志军 肖慧慧

随着科学技术、工业经济的发展、社会生活水平的提高，居民用电、商业用电等社会用电量也急剧上升，而在新能源、低碳经济等理论的指导下，太阳能并网PWM发电技术也在不断地进步。因此，为了满足庞大的用电需求和环保经济发展的高要求，对太阳能等新能源、可再生能源的并网发电及其PWM逆变系统等关键技术进行研究，探索以脉冲逆变系统为关键性技术的散布式发电技术、微型能源发电技术、储能技术等发电技术，以便于能够提高供电质量，促进可再生能源的替代作用的发挥，推动新型能源的运用与发展，进而促进低碳经济发展进程的推进。

太阳能；新型能源；并网发电；PWM逆变系统；低碳经济

1.前言

随着用电量急剧增长与不可再生资源发电之间的矛盾日益尖锐，太阳能等新型可再生能源发电、供电技术及其市场也在不断地发展，而作为其关键技术的PWM逆变并网系统也在不断地更新。通过对并网逆变系统中的电流与电压闭环控制、抗孤岛效应保护功能、最大功率点的跟踪控制等环节进行研究，探究太阳能发电并网系统的关键技术，以便于促进可再生能源在发电等领域的发展，推动环保、绿色工业经济的发展。

2.太阳能并网发电系统

2.1 太阳能并网发电系统的概述

太阳能并网发电主要是指将太阳能不经过蓄电池储能而通过并网逆变器将直流电转化为交流，并将其输送至电网；直流并网是太阳能等可再生能源的发展方向，也是能源利用技术的进步。其发电系统的工作原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能量转换成直流电能，经逆变器变换为交流电进行并网的一种发电系统，主要由光伏阵列、逆变器等部分组成。其中太阳能电池组件（通过导线对密封的太阳能电池物理单元进行连接）对于电压的控制较为灵活，可以依据应用领域对电流、电压不同的要求来进行组合、拆卸，且具有防风、防雨、防腐、防雹的功能，能够灵活地提供电流与电压；逆变器（直流/交流）是对太阳能电池所发出的直流电进行控制变换为交流电的组件，可以分为并网逆变器和独立运行逆变器，并网逆变器多运用于并网运行的太阳能电池发电系统中，便于将发出的电能反馈入电网之中。

2.2 太阳能并网发电系统的特点

从现运行的太阳能并网发电系统的效益来看，和传统的离网太阳能发电系统相比较，可以发现并网发电系统具有清洁干净、可循环无污染运行、成本下降、与建筑物之间的契合度高、可以分布式建设、调峰作用强等优势。由于太阳能并网发电所利用的能源主要是可再生的、清洁干净的自然能源，且不需要蓄电池进行电能的储存，不仅能够减少污染物、温室气体的排放，还能够减少蓄电池的二次污染，提高系统中平均无故障时间，同时与建筑材料、装饰材料之间的协调度高，能够增强物质资源的利用效率，在电网的输送、输出过程中灵活性较强，低于灾害、战争的性能较强，负荷平衡、线路损耗等问题都能得到改善，以促进太阳能并网发电的推进。

2.3 PWM逆变系统

PWM逆变系统是太阳能并网发电系统中不可或缺的组成部分，主要是依靠脉冲宽度来对电压输出（周期的改变）进行控制，包括了脉宽PWM法、相电压控制PWM、SPWM法、随机PWM、线电压控制PWM等技术，将调频、调压的作用进行整合，忽略直流环节，这样就能够抑制甚至消除低次谐波，提高调节速度，优化动态性能，得到近似于正弦波的输出电压，且结构简单，硬件的成本较低，有利于太阳能并网发电系统大面积的推广。

2.4 分布式发电并网系统的要求

依据国际上和国内发电系统的各项基本标准来看，分布式发电并网系统在对电网干扰因素、并网电流直流分量和波形质量（送入电网的电压应为波形畸变率小、直流分量小的正弦波）、电磁兼容等基础性内容有着高要求；还对并网逆变器监控系统的性能、运行状态、所监控电网的频率与电压（系统启动停机的条件判断）有着更高的标准，同时还要求电网必须具备分散集中式的保护功能（抗孤岛效应保护等）。

3.太阳能并网控制的关键技术

3.1 PWM电流控制技术

在太阳能并网发电系统中，多采用电压控制模式、电流控制模式，让电网的馈入电流波形呈现出正弦波质量，再利用无差拍控制法、预测电流控制法、滞环电流控制法、重复控制法、PI控制载波调制法等方法进行脉冲宽度与电压、电流输出频率、谐波参数的控制。其中无差拍控制预测电流控制法，是在精确的元件参数与电路模型准备就绪后，利用电流、电压输出可测的反馈信号，灵活计算出下一个启动、停用周期所需要的PWM脉冲宽度，同时将被控制电流的一个停用、启动周期值设置为定值。

3.2 抗孤岛效应保护

孤岛效应是在电网供电检修、用户设备维护过程中出现的造成作业人员人身损害的危险源，这就要求了并网系统要具备实时监测电网的频率、电压的功能，同时还能在电网异常时及时断开连接。但是在实际的太阳能发电并网过程中，逆变器输出的电流与电网的频率特性、负载容量总是不相符，甚至系统内的频率、电压严重超过电网与逆变器的正常工作范围。因此，在单级逆变器高压中引入PWM逆变控制器，让载波幅度与电流控制器参数都依据电压的变化而变化，建立起交流能量与直流能量之间能够解耦的母线滤波电容、电压控制模型，进而减少孤岛效应的发生。

4.结语

太阳能等可再生能源的光伏类发电技术是我国新型能源及其利用的重要组成部分，其在能源结构调整中有着重要的意义，运用逆变控制器中的PWM逆变系统对其最大功率电的跟踪控制、抗孤岛效应保护等领域有着阶段性、历史性的作用，同时在单级式光伏逆变系统中针对不同的电压、功率、频率来调整其脉冲宽度、变频逆变控制器参数，进而控制电网馈入、输出过程中的电流、电压与功率，减少孤岛效应带来的人身危险，减少太阳能并网发电系统建设的投资成本，进一步提高太阳能等可再生清洁、自然能源的利用率，推动绿色、环保、可持续的循环电力经济的发展，促进社会的可持续发展。

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周迎春（1972－），汉族，女，湖南湘潭人，大学本科，副教授，湖南理工职业技术学院，研究方向为光伏发电并网系统。

胡志军（1965－），汉族，男，湖南湘乡人，大学本科，副教授，湖南理工职业技术学院。

肖慧慧（1982－）汉族，女，湖南邵阳人，硕士研究生，讲师，湖南理工职业技术学院。