能源互联网背景下大容量并网光伏电站技术探讨

杨 栋

北京京能清洁能源电力股份有限公司（北京 100028）

0 引言

能源革命和数字革命共同推动我国电网向能源互联网转型升级。与其他发电能源类型相比，太阳能具有清洁无污染及丰富可再生的突出优势，在我国新能源利用和开发过程中扮演着重要的角色。近期，中国郑重宣布二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，风电、太阳能发电总装机容量将达12×108kW以上，努力争取2060年前实现碳中和。这对解决当前能源紧缺及环境污染问题具有十分深远的影响。但是，就当前的发展而言，仍存在很多尚未攻克的技术难题。切实加强对光伏电站的研究，对整个可再生能源持续高效发展具有十分深远的意义。

1 能源互联网与大容量并网光伏电站技术概述

能源互联网即以新能源技术和信息技术的深入结合为特征的一种新的能源利用体系。通俗而言，能源互联网就像信息互联网，所有的能量信息（分布式的产生、供应、消耗）都可以通过网络互连得到及时的反馈，并根据需求予以选择控制。大容量并网光伏电站作为开发新能源的重要内容，正从技术探索阶段走向大范围的推广应用，突破大容量并网光伏电站技术难题可以有效促进能源互联网发展。

在光伏电站的发展过程中，大容量并网光伏电站主要是将太阳能电池组件产生的直流电，转变为可以满足电网要求的交流电，并将其并入公共电网的一种分布式发电方式[1]。并网逆变器是大容量并网光伏电站系统的重要组成部分，具有抗孤岛、电网信号检测、最大功率点跟踪及输出电流控制等多种功能，可以达到检测、控制、并网及保护等工作目的。

大容量并网光伏的发电模式与传统的发电模式之间存在较大的差异。对大容量并网光伏发电而言，其整体的稳定性较差、调节能力不足、能量密度较低，同时天气状况及地域分布也会对其整体的发电量产生不良影响。

2 大容量并网光伏电站的系统组成

大容量并网光伏电站系统主要是由大量的电池组件光伏阵列、汇流箱及逆变器组成，其各电池组件在经过串联之后连接到汇流箱，因而如果其中任何一个电池组件出现问题，将会导致整个系统出现发电故障，从而影响整个系统的正常运行。针对这种情况，技术人员必须根据大容量并网光伏电站系统的运行状况，及时发现并处理其中存在的故障和隐患。因此，在大容量并网光伏电站的系统组成中，技术人员一般会在汇流箱内安装具有通信功能的智能采集装置，从而实时监控系统各项参数，并将其监控数据及时反馈到监控系统中，从而使技术人员对光伏阵列的运行情况有一个清晰全面的认识[2]。

逆变器在大容量并网光伏电站系统中占据着重要的地位，是光伏发电系统中的重要元器件，它可以将光伏阵列侧的直流电直接转变为并网侧的交流电，从而达到并网的目的，同时能有效处理系统运行中的各种故障。对我国大多数区域而言，大型的光伏电站系统可以根据太阳的升起和降落完成自动并网操作和自动离网操作。与此同时，当逆变器处于夜间切换及待机状态时，其整体的功率消耗相对较低，并且已经集成了RS485通信接口，因而可以实现远程监控和无人值守，同时还能在非逆流型光伏电站应用场合配合逆功率检测装置协同作业，完成对逆流的控制工作和管理工作。对逆变器转换的交流电而言，它通常要经过滤波处理，并需经过变压器升到中高压，才能转变为符合用电质量要求的交流电，然后进入并网柜并入电网[3]。并网柜主要由电力仪表及断路器等各种器件组成，其功能主要为测量并网侧的各项参数，其参数主要包括功率、功率因数、电流、电压、电量及谐波等。

3 大容量并网光伏电站技术的特点

大容量并网光伏电站与小型光伏电站之间存在较大的差异，其技术特点主要表现在以下几个方面。

首先，大容量并网光伏电站技术的并网难度相对较大，当相应的电力参数设置不当以及系统运行不稳定时，其整个系统产生的电能质量相对较低，并且功率也十分不稳定，会对本地电网造成巨大的干扰，使电网电压出现不同程度的波动，同时还会导致孤岛效应的形成。光伏发电技术主要是一种小时间尺度和无旋转惯量的电能形式，其技术难度与电站的并网规模之间有着紧密的联系，其电网运行中的技术难度往往会随着电网规模的增大而增大。

其次，大容量并网光伏电站系统逆变器的容量较大，并且种类组成十分繁杂，系统的运行时间通常需要多个逆变器进行有效组合，同时还要经过变压器升到中高压，才可以实现并网操作。在大容量并网光伏电站系统的运行过程中，技术人员往往会通过逆变器的数量，切实提高电站并网系统的冗余度，当该地区的整体光照相对较差时，技术人员要通过相应的技术操作，使部分逆变器处于关闭状态，从而有效提高电能的实际转换效率。除此之外，随着逆变器数量的不断增加，整个系统中的环流和谐波放大现象也会出现大幅度的增加，这对电能的整体质量造成了非常不利的影响[4]。

最后，大容量并网光伏电站光伏列阵的规模相对较大，因此各组件的性能也存在较大的差异。引起各组件性能差异的原因主要包括生产厂家和型号等固有特性，以及各电池组件的应用环境。对光伏列阵的各电池组件而言，温度及光照条件均会对其性能产生不同程度的影响，因此技术人员在开展日常工作的过程中，要有效减少电池组建的内部损耗，从而使其能够达到良好的光伏列阵组合特性要求。

4 大容量并网光伏电站的技术难题

4.1 谐波超标，控制难度较大

在大容量并网光伏电站技术的应用过程中，单个逆变器产生的谐波相对较小，对电能质量并没有过大的影响。但是，当多个逆变器并联之后，其产生的谐波相对较大，并且滤波及长距离运输也会导致次谐波严重超标，这对整个电能质量造成了严重的负面影响，并且其控制难度也相对较大，这是影响大容量并网光伏电站技术良性发展的重要因素之一。

4.2 光伏阵列特性曲线的变化较大

对大容量并网光伏电站技术而言，其光伏阵列的整体规模相对较大，并且各组件的特性也存在较大的差异，因而大面积的光伏组件输出特性也更加复杂，这种复杂的变化规律在很大程度上影响了电站的发电效率。与此同时，当多个光伏列阵组合之后，其输出的特性曲线会出现多个峰值，这种情况会严重影响最大效率跟踪技术的实际效能，并且其整体作用大打折扣；在这种情况下，支流母系电压无法有效跟踪每一个光伏阵列的最大功率点，从而使后续逆变环节输出电流的纹波会出现不同程度的增加[5]。到目前为止，该问题还没有有效的解决措施。

4.3 光伏列阵的热斑效应

在太阳电池组件在阳光的照射下，其部分组件会受到一些遮挡，该情况会使这些组件带有负压，这与电池组的负载具有大致相同的效能，并且还会释放出一定的热量，随着热量的聚集就会形成一些烧坏的暗斑，这种现象被称为光伏列阵的热斑效应。对大容量并网光伏电站的日常运行而言，热斑效应会严重损害整个系统的电池组件。与此同时，热斑效应与光伏列阵的自身暗电流及内阻均有十分紧密的联系。与小容量光伏电站相比，大容量并网光伏电站中热斑效应产生的危害更加显著。

5 大容量并网光伏电站技术对电网的影响

随着电力电子技术和微电子技术的不断发展，我国对大容量并网光伏电站的技术研究给予了足够的重视。目前，其研究主要集中在扰动观察法、最大功率点跟踪及防孤岛效应等多个方面。在这种情况下，大容量并网光伏电站技术对整个电网也产生了十分重要的影响。

首先，大容量并网光伏电站技术对电网规划的影响。负荷预测是电网规划的重要依据，直接影响着整个电网规划的合理性。在这种情况下，技术人员要不断优化各机组的协同效果，并全面优化其光伏发电预测、运行配置管理、确定调度策略、安全运行评估以及发电成本与系统扩展分析等各环节，从而为电网规划工作奠定坚实的基础。其次，大容量并网光伏电站技术对电网运行的影响。当光伏的渗透率达到一定比例时，光伏电站的行为将会直接决定整个系统的运行特性。根据相关数据显示，在电流源并网模式中接入大规模的光伏电源，其电网的稳定性会大打折扣，同时其自身也会成为一个很大的干扰源，因此技术人员在接入大量光伏电源的工作实践，要严格遵循相应的操作流程和操作规范，并高效利用天气预报及发电预测技术，有效解决其中可能存在的光电随机性及功率波动性[6-7]。最后，大容量并网光伏电站技术对配电网的影响。在配电网中接入分布式电源，会对其潮流方向产生一定程度的变化，从而对其电压调节、短路电流与保护整定等产生一系列影响，并形成接地电压源。

6 结束语

能源互联网可以实现多能融合、供需融合、物理信息融合，将赋能电网以弹性保安全、以弹性提效率、以弹性促低碳。研究大容量并网光伏电站关键技术及应用符合当前我国开展综合性能源资源发展的战略需求，也能促进能源互联网建设，加强新能源的利用和开发工作，缓解能源紧张。