小型分布式光伏电源大规模并网技术的研究与应用

吴尤

摘 要：随着光伏电源技术的发展，小型分布式光伏电源得到了广泛的使用。当前，对于小型分布是光伏电源并网，尚无成熟的解决方案和技术。因此，有必要对小型分布式光伏电源的并网装置及并网技术进行研究，并实现其在并网运行中的应用。本文浅析了智能并网装置的组成模块与功能实现，探讨了小型分布式光伏电源大规模并网技术和并网方案，以期为我国的小型分布式光伏电源并网提供借鉴。

关键词：小型分布式；光伏电源；大规模并网

中图分类号：TM615 文献标识码：A

当前，小型分布式光伏电源大多采用“裸接”的方式，实现对电网的接入。“裸接”的并网方式，缺乏对小型光伏电源的有效监控与故障诊断，在一定程度上导致了电网运行过程中的隐患，也无法产生高质量的电能，实现对用户需求的良好满足。因此，有必要对小型分布式光伏电源智能并网装置进行研究，并实现其对并网运行的有效应用。

一、智能并网装置

1.组成模块

智能并网装置的组成模块，主要包含以下几部分：

（1）电源模块。电源模块的供电实现有赖于单相的交流电源。电源模块配备有大容量的工业电池，该电池能实现充电。在缺乏交流電时，电池能维持智能并网装置的工作，并能实现对并网系统运行状态的监控。

（2）CPU模块。该模块是智能并网装置的主控单元，能采集数据，并对之统计分析，实现数据在芯片内的保存。该模块还能对准确判断系统运行的工况，并实现对系统命令的有效执行，最终实现对各模块的有效协调。

（3）交流采样模块。该模块通过对互感器的使用，采集电网交流量，实现对各类数据的计算。

（4）输入输出模块。能实现对各种信号输入以及信号输出的有效管理。

（5）通信模块。该模块能通过对移动网络进行利用，与主站实现良好的通信。并能将智能并网装置的相关信息实现对主站的良好传递，并实现对主站指令的及时接受。

（6）显示操作模块。该模块的人机界面良好，且具有时钟模块。智能并网装置的组成模块一方面具有各自的分工，另一方面能实现各自功能的交互。

2.功能实现

智能并网装置主要具备以下功能：

（1）当电网出现故障，发生短路时，其短路电流以及电压等超出设定值时，智能并网装置能实现对光伏电源的自动切断，以及主断路器的自动切断，从而有效实现对故障的隔离。对于不可逆流并网光伏发电系统，电网接口处逆流超出设定值时，光伏系统与电网在功率方向保护动作的作用下，会实现断开，从而自动实现对故障的有效隔离。

（2）智能并网装置能实现对各种模拟量的有效采集，并将采集到的信息实现对监控系统的即时传送，进而实现对光伏系统进行实时的有效监测。光电隔离将各类开入信号实施数字信号的转换后，使之进入智能并网装置，通过使用滤波回路以及软件算法进行处理，能有效实现对外部干扰的滤除。监控系统可通过并网装置发送指令对带节点控制的断路器进行控制，每个遥控对象均由双继电器完成，输出均由双处理器执行，有效保障了遥控输出的可靠性。

（3）电压的模拟信号以及电流的模拟信号，可以通过智能并网装置的计量芯片，实现对数字信号的转换，并实现数字的积分运算，实现对有功电量和无功电量的准确得出。当功率流入光伏并网系统时，功率呈现出负值的显示，当功率经过光伏并网系统实现对公网的流入时，功率呈现出正值的显示。

（4）智能并网装置通过对各项电能指标的监测，能实现对电能质量的有效监控，当各类电能指标不符合相关的技术要求时，装置会对不良指标进行调节控制，以使之恢复正常水平。当智能并网系统对不良指标进行调控后，仍不能恢复，就会对光伏系统实施自动切除，以实现自动隔离系统故障。

（5）智能并网装置闭锁软硬件逻辑。当智能并网装置对逻辑进行闭锁时，能实现对逻辑指令的接收以及编程。此时，监控系统的遥控操作和用户的现场操作，都会导致逻辑闭锁程序的自动启动。断路器的闭锁节点，在联锁组态工具的作用下，实现逻辑组态，进而实现对故障以及运行区域的断路器的闭锁。

（6）该装置能够实现对小型光伏系统及电网各类参数的同时检测。只有各项参数的偏差在允许范围之内时，智能并网装置才会实现对并网功能的开放，否则，会对系统并网实施闭锁。

（7）智能并网装置能通过移动通信网络，实现与主站的远程通信。

（8）智能并网装置中的时钟芯片，具有极高的精度，误差极小。

二、小型分布式光伏电源智能并网方案

1.小型分布式光伏电源供电系统的设计

光伏电源供电系统主要由以下3部分构成：分布式光伏电源系统、用户负载系统以及智能并网控制系统。小型光伏系统的总体结构，如图1所示。

2.小型分布式光伏电源供电系统的智能并网实现

（1）光伏系统并网运行的实现

只有在以下3个条件同时满足时，待并发电机组才能实现同期并网：

①和公用电网内的同幅电压的数值相同；②与公用电网内的频率数值相同；

③与公用电网相角差在容许的偏差范围之内。

上述3个条件，存在一项不达标时，即无法良好实现同期并网。在非同期并网的情况下，会造成巨大的冲击电流，导致各类电气设备的损毁，甚至对公用电网造成严重的影响，导致其崩溃瘫痪。

当智能并网装置检测到小型光伏系统与电网各项参数的偏差不大时，智能并网装置才能实现对其并网功能的完全开放，并且只有当上述条件实现同时满足的情况下，才能实现并网。

在电网正常运行的状态下，系统处于并网运行模式。监控系统根据各类信息，实现对负荷运行的控制，实现对小型分布式光伏电源运行的控制，并对运行方式进行计算，最终实现供电系统的优化运行。

（2）智能并网控制系统的实现

智能并网控制系统的结构，如图2所示。

观察图2可知，通过现场总线级联方式，智能并网装置B、电能表、光伏逆变器实现了与智能并网装置A的连接。通过移动通信方式，智能并网装置A实现了与主站的通信，加强了对远方的监控。智能并网控制系统能实现对系统电压和系统电流的有效监测，并能实现对电网故障的检测，且能向控制中心发送信号。

（3）系统故障隔离与闭锁的实现

当电网出现故障时，智能并网装置能通过继电保护实现对故障信息的有效监测，并实现对继电保护功能的有效启动，对主断路器进行切断，实现故障的有效隔离。当各项电能指标不符合并网要求时，智能并网装置会对之进行自动调控，调控无效时，装置会将控制信号发送到光伏交流断路器，对断路器实施切断，以隔离故障。断路器闭锁能有效防治断路器的误合。

三、智能并网系统的应用案例

某用户使用了采用系列光伏逆变器的智能并网系统，能实现对直流电的逆变，使太阳能电池产生的直流电变为正弦交流电，并实现对公共电网的输送。另外，该系统采用的晶体硅太阳能电池组件的正极与负极均不接地，其发电容量为11kW。该装置具有诸多优点：

（1）实现了绿色环保。其电源的能源来自太阳光，方便环保，其无污染。

（2）具有较高的经济性。该装置一方面实现了对技术标准的满足，另一方面实现了成本的有效降低。

结语

智能并网装置能实现对电能的计量与监测，还具有同期并网检测功能，且能实现远方通信与故障隔离闭锁，具有较高的经济性和实用性。因此，有必要在实践应用中进行积极地探索，对该装置进行改进，在此基础上大力进行推广。

参考文献

[1]贺伟明，贺铁光，李明，等.小型分布式光伏电源大规模并网技术的研究与应用[J].自动化应用，2015（12）：157-159.

[2]周荣明，赵伶俐.分布式光伏并网发电技术研究[J].工程技术：全文版，2016（12）：198.endprint