分布式光伏发电的现状分析及技术改进研究

分布式光伏发电的现状分析及技术改进研究
发布时间：2022-08-29T02:55:20.880Z 来源：《中国电业与能源》2022年8期作者：方伟锋
[导读] 为了使分布式光伏发电技术充分发挥优势，论文分析了我国分布式光伏发电技术的应用现状以及运用期间面临的问题，
方伟锋
中电建湖北电力建设有限公司湖北省武汉市洪山区 430080
【摘要】为了使分布式光伏发电技术充分发挥优势，论文分析了我国分布式光伏发电技术的应用现状以及运用期间面临的问题，主要有孤岛现象频发、电压难以满足光伏发电所提出的要求等，并提出从科学调压、孤岛保护、光伏列阵等方面进行技术改进。

【关键词】分布式光伏发电；技术改进；现状分析
1分布式光伏发电系统
分布式光伏发电系统的典型结构可由图1简单描述
系统主要由光伏阵列和并网逆变器组成。

光伏阵列中，n块光伏电池板串联成一串，m串光伏电池板并联接入一台逆变器，共有k台逆变器并联接入电网。

根据这种结构特点，可知单块光伏电池板的故障仅会引起其所在光伏电池板串的停运，而逆变器的故障会导致其所在光伏--逆变器组停运。

按照不同的故障情况可将系统状态分为全额运行、故障减额运行以及故障停运这3种状态。

图1典型分布式光伏发电系统的基本构架
2分布式光伏发电现状
我国太阳能十分丰富，在政府大力扶持光伏发电产业的当下，光伏发电相关技术均得到了长足的进步，其中，最具代表性的是分布式光伏发电技术。

其优势主要是能够解决各地区日照长度、太阳能储量不均的情况，通过对各构件进行科学布设的方式，使太阳能得到充分开发，由此来保证光伏发电的经济效益。

但由于我国引入分布式光伏发电技术的时间较晚，在利用该技术对光伏发电相关项目进行开发时，仍有亟待解决的问题存在，例如，有关人员未能做到严格管控组件质量，导致不达标组件进入项目，使发电系统的稳定性和安全性受到负面影响[1]；太阳能不稳定，光伏发电期间极易出现电网波动的情况，进而使发电系统难以正常运行；在储存电能、并网的过程中，光伏电网的电压不固定，这一问题同样影响着光伏发电优势的发挥。

现阶段，亟待解决的问题主要包括以下两个：（1）除特殊情况外，集中进行供电的配电网均存在电力辐射的情况，若配电网处于正常运行状态，其电压将沿功率传输方向缓慢下降，但运用分布式光伏发电技术后，电网内将形成多个电源节点，同时传输功率潮流的变化方向也发生了改变，使各节点对应电压不断变化，若不尽快解决该问题，将导致电压偏压持续增大，进而对电网的安全性造成不利影响。

（2）若供电系统因故停止运行，但光伏发电仍处于供电状态，会造成孤岛现象。

一般来说，孤岛现象主要分为非计划性和计划性两类，非计划孤岛往往难以预测。

此外，考虑到主网难以做到有效控制孤岛输电频率和电压，随着孤岛现象存在时间的增加，其他设备受损的概率将大幅提高。

3分布式光伏发电的技术改进探究
3.1科学调压
分布式光伏发电的性质较为特殊，极易由于自然光能的影响而出现发电不稳定的情况。

对电力资源进行并网期间，频繁变化的光伏电压对电网所产生的影响有目共睹，若不尽快解决该问题，将在极大程度上降低项目的安全性。

鉴于此，有关人员指出，应酌情引入调压技术。

简单来说，就是利用电压调节器对电力进行控制，缩小电压波动范围。

长期处于高效运行状态的发电系统较易发生线路轻载或类似情况，以往在电网末端安装调压设备的方法，会导致光伏电网在并网期间所形成电压超出限值，进而使并网效果和可靠性受到负面影响[2]。

为避免上述情况出现，有关人员最终决定以发电系统呈现出的运行状态为依据，在储能阶段增设调压器，利用调压器对电压波动加以控制。

事实证明，此举可使发电系统具有更加理想的稳定性及安全性，需要引起重视。

3.2孤岛保护
要使光伏发电存在的不足得到弥补，关键是明确问题成因，同时制订相应的改进方案。

研发孤岛保护相关技术的初衷主要是杜绝并网期间两者出现短暂失联，导致光伏电网失去独立运行的能力。

对该技术加以运用，可在极大程度上提高光伏电网的稳定性及安全性，通过主动切断连接设备的方式，使维护及检查工作得到高效开展。

若存在计划外的孤岛运行情况，则要对电网处于该工况时对电气设备、工作人员所产生的影响进行分析，从而制订切实可行的预控计划，同时针对常见事故，拟定相应的处理方案，为光伏电网的长期运行提供保障。

3.3光伏列阵
若光伏电站所用支架为固定支架，待安装组件、支架的工作告一段落，将无法再次调整方阵倾斜角度，由此可见，提前确定符合实际情况的倾斜角度极为重要。

在此过程中，要先对当地最佳倾角、阵列间距进行计算，计算方法如下。

3.3.1最佳倾角
导致光伏发电难以大范围推广的原因，主要是其效率及成本均未能达到理想水平，应用固定光伏方阵前，先要确定阵列倾斜角度[3]。

为保证太阳辐射量达到预期，可选择以下公式对斜面辐射总量Ht进行计算：
Ht=Hbt+Hdt+Hrt（1）
式中，Hbt为太阳散射倾斜面的辐射量；Hdt为太阳直射倾斜面的辐射量；Hrt为地面反射对应辐射量；Rb为直射倾斜面和水平面的辐射量之比；Hb为气象站观测所得水平面直射辐射初始值；Hd为气象站观测所得水平面散射辐射初始值；H0为大气层以外水平面对应辐射量；H为水平面对应太阳辐射总量，由气象台提供；ρ为地面反射率，通常为0.2，实际工作中，可根据地面状态进行调整，相关数值见表1；ωs′为倾斜面对应日没时角；ωs为水平面对应日没时角；φ为电站纬度，南半球的取值为负，北半球的取值为正；β为组件倾角；δ为赤纬角。

3.3.2阵列间距
北半球所安装光伏方阵均面向正南方向，只有保证倾角合适，才能使斜面所接受辐射量达到预期。

另外，为避免前后排间出现阴影遮挡的情况，导致发电系统无法高效运行，应对阵列间距进行计算，确保冬至日9∶00~15∶00，阵列不会出现遮挡问题。

以光伏电站所对应太阳位置、地理坐标还有方阵高度为依据，利用下列公式对间距D进行计算：
式中，H′为阵列高度；L为阵列实际宽度；d为阴影长度；β′为阵列当前倾角。

在图1中，D为间距；αs为太阳光线与地平面夹角。

出于降低计算难度的考虑，利用VB程序对计算组件间距的方法进行编写，只需在所编写程序内输入阵列倾角、宽度及纬度，便可得出包括阵列间距最小值、垂直高度还有阴影长度在内的相关数值。

4结语
通过上文的分析能够看出，在开发分布式光伏发电相关项目时，为保证电网始终处于稳定且安全的运行状态，有关人员应对现有技术进行相应的改进，通过科学调压还有孤岛保护等方式，使光伏发电的价值得到最大化的体现。

【参考文献】
[1]肖安南,张蔚翔,张超,等.含光伏发电与储能的配电网基于源-网-荷互动模式下电压安全最优控制策略[J].电力科学与技术学报,2020,35(2):8.
[2]乔颖,孙荣富,丁然,等.基于数据增强的分布式光伏电站群短期功率预测(二):网格化预测[J].电网技术,2021,38(9):7.
[3]李洪珠,刘飞扬,李洪璠,等.应用于分布式单相光伏并网发电系统的组合双极性直流变换器[J].高电压技术,2020,46(11):9.。