电气自动化在集中式并网光伏电站中的应用及发展

张琰春 张晓玉 张晓勇

浙江知远工程管理有限公司 浙江 杭州 311100

1 光伏发电原理和并网形式及特征

各种发电形式中，太阳能发电形式，如今已经是一种较为常见的方式，兼顾经济发展的同时，还可以符合环保发电的要求，因此太阳能发电也逐渐形成产业化发展趋势。针对光伏电系统并网而言，其主要运行环境为微网，通过中低压配电网，向高压电网中接入。当逆变器输出正弦波电流，在相位和频率方面和电网电压相同，光伏发电系统并网即可成立[1]。

在形式上，光伏发电系统并网有集中式和分散式两种情况。前者（集中式并网）的特点可以直接向大电网输送电能，由大电网对用户用电进行统一调配，单向交换。集中式并网在大型光伏电站应用较多，和负荷点之间的距离相对较远，而且通常占有较大面积，对电网和光照资源要求较高。后者（分散式并网）也有分布式光伏并网的别称，可以直接向用电器分配电能，如果电力出现富余或不足的现象，可以通过大电网之间的连接进行调节，可能存在双向交换的情况，在小规模光伏发电系统应用较多，城区光伏发电即为此种。

当前社会背景下，并网光伏电站在自动化系统方面，主要有以下几种：第一，逆变器自动检测功能、自动起停功能。由于逆变器在光伏电站中的设备核心地位不可忽视，而较大规模的并网光伏电站，往往会有较多逆变器，基于此，逆变器应当依据电网电压、相位角、频率等，对跟踪并网情况进行自动检测。第二，综合自动化后台，可以借助通信通道的支持，在后台汇集所有来自逆变器、光伏汇流箱的电气参数，为工作人员检修故障提供便利，第一时间进行相关事宜护理。第三，应用功率自动控制系统，可以依照电网调度情况，对光伏电站有功功率输出，进行自动调节。第四，应用电压自动控制系统，可以通过无功补偿装置，对电压进行调整，保证线路电压质量达到标准。第五，光功率预测系统，可以依据天气预报情况，使光伏负荷不会受到天气过大负面影响，处在可控范围内[2]。

2 并网光伏发电系统的设计

光伏发电单元是光伏并网发电系统中，不容忽视的关键部分，其工作原理就是通过逆变器，实现光能向电能的转换，为人们用电提供便利。保证光伏电池的合理摆放，就能有效收集太阳能，只要环境中的太阳能相对充足，就可以成为光伏电池陈列处，通常为沙漠、戈壁，或者建筑物顶部。其中，功率跟踪器主要作用，可以使光伏并网发电系统功率趋于稳定，通过蓄电池功能实现调度光伏发电项目的目的，之后储存电能，但是这个阶段也会导致逆变器的工作压力被大大提升。与之相对的，逆变器主要是负责电网和光伏发电系统之间的连接，连接的稳定性和系统应用息息相关。如果光伏发电项目接入了较多数量，不仅可以促进电网智能化发展，还能够进一步降低传统发电方式面临的压力[3]。

3 并网光伏电站中电气自动化的应用及发展

3.1 集中式并网光伏电站发电系统控制方法

光伏并网发电系统在运行阶段，可以应用电气自动化技术，实现对输出电流和电压的检测，电路会负责处理输出电流和电压，向数字滤波处理器传送经过处理的信息。除此之外，强化电气自动化技术的应用，可以直接测定直流母线电压，在数字滤波处理对结果处理之后，可以求出相应差值，由电压调节器输出误差信号，为直流母线的可靠运行提供保障。最后，在已知电流幅值和正弦乘积的情况下，能够求出电流指令信号值，经过数字信号技术处理过后，可以得出并网电流采样滤波值差值[4]。

3.2 孤岛检测技术应用

孤岛检测技术可以对集中式并网光伏发电系统，起到保护作用，可分成主动式和被动式两种情况。主动式保护以主动频率偏移法为主，在工作原理上体现为：光伏并网系统运行阶段，每隔相同间隔时间，就通过人为方式进行一次扰动，向其中注入电网电流频率，保证扰动处在微小幅度；若在光伏并网系统正常工作时出现扰动情况，应对其公共耦合点频率值、电压值进行检测，可以判断检测结果介于规定值上下限之间；若在光伏并网系统异常状态下出现扰动情况，对其公共耦合点频率和电压进行检测，检测结果和规定值相比，差异会相对明显。此时若进行认为扰动，则系统会自动调整基准值，重新进行扰动叠加，不断循环，令耦合点电压频率和正常频率相去甚远。

与之相对的，被动式保护则无须人为扰动信号的介入，优势较为明显，但是为提高准确程度，实际中常常主动和被动保护方式一齐应用。被动式保护中，通常过压和欠压方式应用较多，通过对系统过频和欠频情况进行检测，将结果和规定的公共耦合点频率或电压相比，保证孤岛效应已经发生。这种效应会出现检测盲区，在判断准确性上稍逊一筹[5]。

4 结束语

太阳能光伏发电不仅可以提升发电的环保性，也能改变人们生活方式。为实现太阳能发电的高效发展，应当积极改善现今存在的一些问题，使其发电效率和质量全面提升。