光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望_艾欣

第３０卷第１期２０１３年２月现　代　电　力Ｍｏｄｅｒｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ＰｏｗｅｒＶｏｌ．３０　Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０１３现代电力，２０１３，３０（１）　ｈｔｔｐ：∥ｘｄｄｌ．ｎｃｅｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ　Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｄｄｌ＠ｖｉｐ．１６３．ｃｏｍ文章编号：１００７－２３２２（２０１３）０１－０００１－０７文献标识码：Ａ中图分类号：ＴＭ６１光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望艾　欣，韩晓男，孙英云（华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室，北京　１０２２０６）Ｔｈｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｓｔａｔｕｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　Ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｉｔｓ　Ｒｅｌａｔｅｄ　ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＡＩ　Ｘｉｎ，ＨＡＮ　Ｘｉａｏｎａｎ，ＳＵＮ　Ｙｉｎｇｙｕｎ（Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｆｏｒ　Ａｌｔｅｒｎａｔｅ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｏｕｒｃｅｓ（Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０２２０６，Ｃｈｉｎａ）摘　要：介绍了光伏发电的优势及发展方向，着重阐述了国内外光伏发电技术的发展现状及前景。

鉴于光伏发电出力的随机性和不连续性，最大功率点跟踪技术（ＭＰＰＴ）一直都是研究重点，随着光伏技术的发展，ＭＰＰＴ也为了满足新的要求而不断发展，一些改进方法应运而生，以提高系统稳定性并适应各种运行条件。

光伏电站并入电网运行会对电网造成多方面影响，例如孤岛效应、谐波污染、无功补偿、电压闪变等问题，随着光伏电站容量的增大，上述问题更是迫切需要解决，本文总结了一些目前用于解决这些问题的方法。

逆变器是光伏发电并网的关键技术，在这方面本文叙述了并网逆变器的功能，拓扑结构的发展、有待解决的问题以及大型光伏电站并网逆变器的发展趋势。

关键词：光伏发电；光伏并网；ＭＰＰＴ；孤岛效应；谐波污染；无功补偿；电压闪变；并网逆变器基金项目：国家高技术研究发展计划“８６３”课题（２０１１ＡＡ０５Ａ３０１）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）ｐｏｗｅｒ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｒｉｅｆｌｙ，ｔｈｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ＰＶ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌ－ｏｐｍｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄ　ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　ａｒｅｍａｉｎｌｙ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ．Ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒａｎｄｏｍｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｏｎｔｉ－ｎｕｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｕｔｐｕｔ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒ　ｐｏｉｎｔ　ｔｒａｃｋｉｎｇ（ＭＰＰＴ）ｈａｓ　ａｌｗａｙｓ　ｂｅｅｎ　ｔｈｅ　ｈｏｔ　ｔｏｐ－ｉｃ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｏｍｅｅｔ　ｎｅｗ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｓｏｍｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ＭＰＰＴ　ｍｅｔｈｏｄｓｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｅｎｈａｎｃｅ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｂｅ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｎｕｍｅｒｏｕｓ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｃｏｎｄｉ－ｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ　ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｐｌａｎｔ　ｗｉｌｌ　ｈａｖｅ　ｉｍ－ｐａｃｔ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｇｒｉｄ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｔｈｅ　ｉｓｌａｎｄｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｒｅａｃｔｉｖｅ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａ－ｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｆｌｉｃｋｅｒ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｐｌａｎｔｓ，ｔｈｅ　ａｂｏｖｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｎｅｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｓｏｌｖｅｄｕｒｇｅｎｔｌｙ，ｓｏ　ｓｏｍｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ．Ｔｈｅ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ＰＶ　ｓｙｓ－ｔｅｍ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ａｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆｉｔｓ　ｔｏｐｏｌｏｇｙ，ｓｏｍｅ　ｉｓｓｕｅｓ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ　ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ＰＶ　ｐｌａｎｔ　ａｒｅ　ａｌｓｏ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）；ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｌａｎｔ；ＭＰＰＴ；ｉｓｌａｎｄｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔ；ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ；ｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｖｏｌｔａｇｅ　ｆｌｉｃｋｅｒ；ｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ０　引　言世界范围内三大化石能源的储量正在日趋枯竭，能源危机已经成为人类面临的最大挑战。

因此，为了保证人类生态环境，同时又减少大气污染，维持能源的长期稳定供应，各国都在大力发展可再生能源，与水电、风电、核电等相比，太阳能发电拥有无噪音、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点。

另外，丰富的太阳辐射能，是取之不尽用之不竭的廉价能源。

太阳能每秒钟到达地球的能量高达８０万ｋＷ，如果把地球表面的０．１％的太阳能转化为电能，且转化率为５％，那么每年发电量可达５．６×１０１２ｋＷｈ，相当于目前全球能耗的４０倍。

经过多年的研究，光伏发电已经成为较为成熟的一项新能源技术，其中光伏电站的大型化和并网化已经成为今后的发展方向及研究重点。

并网光伏系统指的是光伏发电系统与常规电网相联，一起承担供电的任务［１］。

随着光伏技术的不断发展，光伏电能已经渐渐由补充能源向替代能源过渡。

１　光伏发电国内外发展现状与前景１．１　国内自１９８５年起，我国就进行光伏器件的研究，并且在２０世纪７０年代的时候制造出空间光伏电源，到了８０年代，我国还渐渐引进了美国单硅太阳能电池以及非晶体硅太阳能电池［２］。

经过多年的努力，光伏在我国已经迎来了快速发展的阶段，在发展政策方面，“金太阳工程”的实施使得光伏产业得到了极大的支持。

据统计，截至到１９９７年，我国安装各类光伏系统的总量（其中包括进口系统）已达到１１ＭＷ，并且还先后建立了２０ｋＷ以上光伏电站７座，其中１９９８年在西藏安多县海拔４　５００ｍ处，我国建成的１００ｋＷ光伏电站，还成为世界上最高的光伏电站［２］。

２０１０年１月１６日，采用阳光电源大型并网逆变器的３个大型光伏电站并网发电仪式在宁夏吴忠市太阳山集中举行，这是当时国内光伏电站最大规模的一次性并网，这次成功并网为我国荒漠光伏电站的推广应用起到了良好的示范和借鉴作用，在中国新能源行业和低碳经济领域具有重要意义［３］。

另外值得一提的是，在２０１０年的上海世博会上，由合肥阳光电源有限公司承建的世博会主体工程———主题馆、中国馆的大型光伏发电系统并网发电取得成功，为举世瞩目的上海世博会提供了清洁绿色的电力［４］。

在我国，７６％的国土光照充沛［５］，全年辐射总量为９１７～２　３３３ｋＷｈ／ｍ２，理论总储量为１４７×１０８　ＧＷｈ／ａ［６］，光能资源分布较为均匀，资源优势得天独厚，所以光伏发电应用前景十分广阔。

我国能源供应中占主导地位的煤，其消耗量相当之大，同时也带来了众多严峻的环境问题，从环境和能源双重考虑，我国政府已经着手计划并采取有效的措施以发展可再生能源技术。

根据２００７年我国制定的《可再生能源中长期发展规划》可知，到２０２０年太阳能发电总容量将达１８０万ｋＷ，并且按照有关专家的预测，这一数字有望达到１　０００万ｋＷ［６］。

从市场方面考虑，我国仍有许多地区处于缺电甚至无电的状态，人民急需生活用电，再加上我国的经济迅速发展，为光伏市场提供了更好的发展空间，可以预测并网型光伏电站很快就会进入市场，一定会为提升人民生活质量做出巨大的贡献。

１．２　国外在全球，光伏产业一直处于发展迅速的状态，１９９６年到２００６年这１０年里，太阳电池及组件生产的年平均增长率高达３３％，早已经成为现如今发展最迅速的高新技术产业之一。

２００４年世界光伏电池及组件产量已达到１　２００ＭＷ，这其中日本生产量为６１０ＭＷ，超过５０．８％；欧洲３２０ＭＷ，占据２６．７％；美国１３５ＭＷ，占据１１．２５％；其他国家总产量为１３５ＭＷ，占据１１．２５％［２］。

随着技术的发展，并网发电在光伏市场中的份额逐渐开始增加并慢慢占据主导地位，并网光伏系统在太阳能发电中的比例不断变大，光伏发电已经开始逐渐从偏远地区的特殊用电向城市的生活用电过渡［５］。

２１世纪以来，全球太阳能光伏并网发电年度并网容量增长４４．１倍，从２０００年的１８７ＭＷ递增至２００８年得１２．９５ＧＷ，年增长率达６０．９９％，同比２００７年增长了７２．６７％。

全球太阳能光伏并网发电并网累计总量增长１０．５倍，从２０００年的１．４３５ＧＷ增长至２００８年的１６．４ＧＷ，年增长率３５．６％，同比２００７年增长６０．７８％，据统计，到了２０１０年，全球累计并网接近３０ＧＷ［７］。

在欧洲，２０１０年左右，欧盟安装的太阳能光伏容量已经达到３ＧＷ，预计到２０２０年，太阳电池组件的年产量将达到５４ＧＷ。

在世界各国中，日本由于资源紧缺，很早便重视发展光伏发电，并且从１９９９年起太阳电池组件的生产就超过了美国而居世界第一位，在其提出的“面向２０３０光伏路线图的概述”中还明确指出，到２０３０年，全国累计安装太阳电池组件容量要达到１　０００ＧＷ［８］。

在美国，１９９９年前，其太阳能光伏研究与发展一直处于世界第一，但随后因为种种原因，渐渐落后于日本及欧洲。

２００４年９月，美国提出了“我们太阳电力的未来：２０３０及更久远的美国光伏工业线路图”，明确要恢复美国在光伏领域上领先地位的目标，政府增加科研投入，于是在那之后，美国安装太阳电池组件的增长率每年大概都在３０％以上，同时美国预计，到２０２０年时累计安装太阳能电池组件容量将达到３６ＧＷ，平均每年安装７．２ＧＷ，到２０３０年累计安装太阳电池组件容量将达到２００ＧＷ，太阳能发电总量将高达３　６９９亿ｋＷｈ［８］。