太阳能发电并网系统关键技术研究

牛美英 渠基磊

摘要：现阶段的能源危机弊病逐渐浮现在人们视野中，同时加上资源的过度开采，全世界各个国家地区对可再生能源的开发重视程度也在不断增强。在众多可再生能源中，太阳能这种清洁、无污染公害的新能源普遍受到各界的青睐与关注。同时，对于太阳能的利用，研究其发电并网系统早已成为太阳能研究领域的主要难题，是我们在本文中阐述的重点。

Abstract： At present， the shortcomings of the energy crisis are gradually emerging. At the same time， with the over-exploitation of resources， the importance of renewable energy development in various countries and regions around the world is also increasing. Among many renewable energy sources， solar energy， a clean， pollution-free new energy source， has been widely favored and concerned. At the same time， for the utilization of solar energy， research on its power generation grid-connected system has long been a major problem in the field of solar energy research， and it is the focus of this paper.

關键词：能源危机;可再生能源;太阳能;发电并网系统

Key words： energy crisis;renewable energy;solar energy;power generation grid-connected system

中图分类号：TM61                                         文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）31-0248-02

0  引言

众所周知，现代社会的发展离不开能源的开发与利用，但是显然众多化石能源的利用使全球环境日渐变暖。同时这些不可再生能源终归是有限的，种种矛盾现象下，开发利用可再生能源早已成为世界发展趋势。尤其是各种可再生能源，无论是开发还是利用均符合现阶段可持续发展战略。太阳能在其中便是一种十分优秀的可再生能源之一，研究太阳能离不开其发电并网系统的关键技术，而其系统又被称之为光伏并网系统。其中的分支应用与关键技术属于研究重点，同样也是太阳能领域的重点内容。

1  太阳能光伏并网发电系统

1.1 太阳能光伏并网发电系统原理

在日常生活中我们绝大多数人都听过或看过、使用过太阳能设备，比如最常见的太阳能热水器、太阳能手电筒以及太阳能计算器等，这些设备的应用均离不开电能，而这些电能又是从太阳能中转化出来。因此，在太阳能光伏发电中可以帮助所吸收到的太阳能通过太阳能导电类型的半导体材料中，通常由P型与N型两种同质半导体材料所组成的P-N结构，可以将太阳能辐射进行吸收，从而产生一种非平衡的载离子，在复杂的条件下形成直流电，利用光伏并网逆变器将所形成的直流电转化为交流电，输入电网并利用。而直流并网也是现阶段太阳能的主要研究方向，对此，我们可以将这种系统视之为利用光生伏特效应将太阳能转变为直流电，再以逆变器的作用下转变为交流电。其系统组成包括光伏阵列、逆变器等组成部分，其中的太阳能电池控制方式十分灵活，无论是不同电流还是不同电压都可以利用自由组合与拆分的形式改变组件，使之更好地服务于太阳能应用。而逆变器的主要作用是将直流电转变为交流电，其设备又被分为并网逆变器以及独立逆变器，太阳能光伏并网发电系统中所应用的逆变器多以并网逆变器为主，对电能进入电网中有着十分理想的效果与应用质量。

1.2 太阳能光伏并网发电系统优点

从光伏并网发电系统的应用上来看，其发电原理十分先进，可以帮助太阳能的光子直接转化为电子，在这个过程中并没有多余的机械运动以及其他转化过程，在很大程度上使太阳能的发电效率变得十分迅捷;同时，我们可以不难发现太阳的利用几乎等同于取之不尽用之不竭，而太阳能本身就属于无毒无公害，不仅能够可再生，还具有十分环保的应用特点，哪里能受到太阳的照射，哪里就有太阳能，其资源的应用与开发我们人类并不需要对其进行焦虑;其次，在传统的发电中我们可以发现许多缺点，比如火力发电有一定的燃烧过程，还会排放出二氧化碳引起温室效应的产生，也会伴随阵阵机械声音，而太阳能发电全程没有噪音、没有污染，对现阶段的环境来讲十分友好，符合可持续发展理念;最后，太阳能电池模块结构十分方便，不仅便于拆卸，还能随时随地扩大发电容量，并且在运作过程中不需要人力资源对其进行看守，后期的检修维护成本也十分低。种种诸多优点促进太阳能光伏并网发电系统的发展。

1.3 PWM逆变技术

1.3.1 基本原理  对于太阳能光伏并网发电系统来讲，其中的PWM逆变技术占据十分关键的地位，能够移开自身的脉宽调制应用改变脉冲宽度，进而起到控制输出电压的作用，通过改变其中的脉冲周期改变输出电压的输出频率，也就是说将电压与频率协调变化，达到控制电流的目的。

1.3.2 优缺点对比  其优点十分显著，不仅有着低廉的硬件成本，同时对外围电路的简化有着极大地降低，对储存电池的破坏程度十分小，还能对其中的涓流大小进行控制。而其中的缺点也比较多，对电流的控制精度比较低，所能控制的最大精度在50mA左右，这一点十分明显。其次，其充电效率相对而言并不是很高，在充电中因为其PWM调整速度通常比较慢，造成充电时间较大的缺点。但是总的来说其应用利大于弊，在全国各地的推广价值比较高。

1.4 光伏发电系统组成与功能

1.4.1 太阳能电池  在光伏发电系统中，太阳能电池是其中的核心设备，前面我们也提及到能够自由拆卸，十分方便。这是因为太阳能电池单体的尺寸一般比较小，最小的仅4cm平方不到，最大的也不过200cm平方，其工作电压一般在0.5V左右，工作电流大概在25mA左右。太阳能电池通常先进行串并联后才能进行利用，其应用功率最大不过几十瓦左右，众多太阳能电池组件在组成与安装上可以构成太阳电池方阵，对于负载所要求的的输出功率在绝大多数情况下都有十分显著的应用意义。

1.4.2 储能蓄电池  储能蓄电池作为存蓄电能的一种装置，光伏发电并网系统将太阳能的直流电转化为交流电，并存蓄在储能蓄电池中，因此，其应用意义同样十分关键。不仅能够起到储存电能的作用，还能在负载用电量过大之际对负载补充电能，从而对供电电压的稳定性有着一定的稳定作用。而我国太阳能光伏并网发电系统所应用的储能蓄电池多以铅酸蓄电池为主，其设计容量通常在电负荷日耗电量的五倍至十倍以内。

1.4.3 充放电控制器  显然储能蓄电池在应用中离不开控制器的控制作用，这是因为在日常的充电与放电过程中如果发生过度充电或者过度放电的现象都会对蓄电池的使用寿命造成十分严重的影响作用。对过度充电来讲，过度充电造成蓄电池产生大量的电解水，从而将其中的活性物质进行脱落，减少其应用寿命，而过度放电则会导致其中的栅板腐蚀速度加快，同时还会造成硫酸化的现象，这些都会对储能蓄电池造成相当大的影响作用。因此，充放电控制器的应用具有十足的必然性，能够通过蓄电池的电压与荷电状态进行判断，从而根据判断结果起到控制停止充电或者放电的作用。

1.5 孤岛效应与抗孤岛效应

1.5.1 孤岛效应的概念  所谓孤岛效应指的是如果电网在遇到故障事故或者因为停电维修而产生跳脱的现象时，光伏并网发电系统没有及时将停电状态检测出来，从而导致该系统与市电网络进行分离，形成一种系统与周围负载所组成的自给供电孤岛现象。

1.5.2 孤岛效应的危害  如果一旦在光伏并网发电系统中出现孤岛效应，很容易对电网输电线路上的维修人员造成一定的安全危害，还会对配电系统的保护开关造成较大的破坏。同时，对于所传输的电能质量造成十分严重的影响，在孤岛效应区域内的供电电压将变得极其不稳定，即使供电恢复正常状况，相位不同步的现象也会十分显然，而一般的单相分布式发电系统也因此转变为三相负载欠相供电。所以，对其光伏并网系统进行抗孤岛效应检测便具有十分必然性。

1.5.3 抗孤岛效应检测  为了用电安全以及用电质量来讲，孤岛效应一般坚决杜绝出现，因此，其光伏并网发电系统的逆变器在选择中必须具有抗孤岛效应的功能作用，从而在孤岛效应出现时及时切断逆变器。在现阶段抗孤岛效应的保护方案中通常有两种，一种为主动式抗孤岛效应保护方案，一种则为被动式抗孤岛效应保护方案。而被动式方案一般是利用逆变器在其中交流输出端的电压或者对频率上的异常状况检测其孤岛效应的阐述，但是其检测范围毕竟有限，所以通常情况下这两种方案一般都会分别进行设置，从而确保其中的干扰信号、电压频率稳定性变化能够有着合理的掌控。

2  太阳能光伏并网发电系统的应用建议

对于荒漠区域内开发大型太阳能光伏发电，现阶段通常利用逆变装置进行发电，并且将分组集中起来，逐级升高电压的方式设计并网方式，建议可以利用多回路轻型直流输电的方式进行输电，使用多个太阳能光伏电站集中一并接入发电系统。这种轻型直流输电的电压等级要保持在150kV左右，这样一来输送功率可以提升至350MW左右，对于大型太阳能光伏发电系统的基本要求来讲已经足够，且可以根据不同地域特点构建小规模的轻型输电网络，这样做的好处在于可以提升输送太阳能光伏发电能力与运行稳定性。直流电在运输过程中经过换流站可以转变为交流电，然后进入电网中。这样的输电方式十分先进且经济成本也有相应的保障，不仅能够减少在逆变并网过程中出现网络故障而引起对发电机造成影响的现象，且控制相对比较稳定、简单。

除却荒漠区域内的光伏发电并网系统采用集中式并网的方式，其他区域可以利用分布式并网的方式进行构建。这样一来太阳能发电电源在一定的储能设备配合下，继而在系统控制中使其发电系统的稳定性与电能质量均有所提升。尤其就我国现阶段的西北、华北区域来讲，这些区域的特点在于人口密度大，同时还拥有十分丰富的太阳能能源。利用分布式发电系统的方式进行发电十分方便，如果要对这些区域进行大规模的布置与应用，对于所拥有的配电系统只需要简单的打造便可以在低压侧与配电侧进行并网，利用多个节点区域内所提供的电源在互补中提高其太阳能光伏发电的稳定性，其应用前景十分显著。

3  结束语

总而言之，在现代社会中开发与应用可再生能源早已成为各个国家迫在眉睫的发展战略中，尤其就太阳能的应用研究，各国研究硕果累累，为现代太阳能技术的发展提供了十分先进的技术支持。本文则阐述其中在太阳能光伏发电并网系统中的各种设备以及其关键技术，同时，对于其大规模应用提供两份参考性建议，望在未来太阳能在更大规模的应用中提高自然能源利用率且减少对自然环境的破坏，迎来人类文明发展的里程碑式变化。

参考文献：

[1]杨浩.太阳能发电并网系统研究综述[J].中国新技术新产品（06）.

[2]相海涛.太阳能并网发电系统关键技术研究[D].南京航空航天大学，2012.

[3]周迎春，胡志军，肖慧慧.太阳能发电并网系统关键技术[J]. 电子世界，2017（9）：150.

[4]黄宏章.太阳能光伏发电逆变系统开发及并网关键技术研究[J].日用电器，2017（8）：22-25.

[5]袁阳.光伏并网发电系统关键技术研究[D].中原工学院， 2013.

[6]劉文涛.太阳能光伏发电及并网关键技术研究[D].

[7]金千.浅谈太阳能光伏发电技术在建筑电气节能设计中的应用[J].价值工程，2012，31（26）：82-83.