光伏发电并网系统工程设计技术探讨

光伏发电并网系统工程设计技术探讨

摘要：太阳能光伏系统主要利用太阳能电池组件与其他辅助设备将太阳能转变

为电能，分为独立系统、并网系统与混合系统三种。它最大特点是光伏阵列产生

的直流电经过并网逆变器转换成符合电网要求的交流电，直接接入电网网络，并

网系统中PV 方阵所产生电力除了供给交流负载外，多余电力还能及时反馈给电网。而且我国幅员辽阔，日照时间和面积有很大优势，为太阳能光伏发电系统的

应用提供了良好的条件。

关键词：光伏发电并网系统；工程设计；技术；

随着社会的飞速进步，传统能源的紧缺及其对环境带来的负面影响给新能源

的蓬勃发展带来了新的契机。可以肯定，在未来的几十年中以太阳能为首的新能

源势必将逐步取代传统能源。目前，光伏发电技术主要应用于独立光伏系统与并

网光伏发电系统。

一、太阳能光伏发电并网系统的核心关键技术

并网发电系统一般由太阳组件，并网逆变器等组成。通常还包括数据采集系统、数据交换、参数显示和监控设备等。并网发电方式是将太阳能电池阵列所发

出的直流电通过逆变器转变成交流电能输送到公用电网中，无需蓄电池进行储能，相比较而言，并网发电较便宜，而且完全无污染。并网发电系统采用的并网逆变

器拥有自动相位和电压跟踪装置，能够非常好的配合电网的微小相位和电压波动，不会对电网造成影响。太阳能光伏发电并网系统所运用的核心技术有最大功率点

追踪（MPPT）技术、注入电网的谐波电流控制及控制与保护。①对太阳能光伏

发电系统运用的最大功率点追踪技术来说，英文全称为Maximum Power Point Tracking，主要对光伏系统的电气模块工作状态进行调节，使光伏板能够输出更多电能，并将太阳能电池组件产生的直流电有效地储存在蓄电池中，光伏电池的输

出功率和最大功率点追踪控制器的工作电压有直接的关系，只有在最合适的电压

之下，其输出功率才有唯一的最大值。而当前应用的最大功率点追踪技术主要有

在线扰动法、下山法、微分法及模糊规则法四种，能够动态地对太阳能辐射能量

进行追踪。②为了保证电能的质量，要抑制注入电网的谐波电流，保证在最低水平，主要的方法有提高载波频率、合理整定参数、滤波器设计以及群控技术等。

对于控制与保护来说，主要难点在于速度要求、与电网配合方面，常见的保护措

施有抗孤岛保护可整定短路、过欠压/频保护及通讯接口对接。

二、光伏发电并网系统工程设计技术

1.子系统的构成。太阳能光伏发电系统的各个子系统都是相对独立的，均是

由光伏子系统、直流监测配电系统以及并网逆变器系统等构成，将各个子系统的

进行有机结合后，再进行380V 三相交流电接至升压变，最后进入供电网络。

2.主设备选型。在大多数情况下，单台逆变器的容量越大，单位造价就会相

对较低，但是当单台逆变器容量过大时，一旦出现故障就会对整个电网系统产生

重大的影响，因此需要依据光伏组件安装场地的真实状况，选取适合额定电量的

并网型逆变器。在当前国内生产的并网逆变器单台容量最大可以达到500kVA，但是100kVA 及以上的产品的运行不足。为确保光伏发电场能够稳定、经济的运行，并网型逆变器能通过分散成组相对独立并网的方式，这就能够促进整个光伏发电

系统的顺畅运营。并网型逆变器需要过、欠电压，过、欠频率，进行短路保护，

防孤岛效应，逆向功率保护等保护方式。每个逆变器都需要连接到多个串光伏电

池组件，而这些电池组件可以利用直流监测配电箱连接到逆变器。直流监测配电

箱内部安装的有组串电流监测单元，能够起到对各组串电流的监测作用，还能运

用数据格式将整个电流监测信息传送到逆变器控制器中。

3.10kV 升压系统电气部分。10kV 升压变电站的升压变压器额定容量、电压比、低压进线回数以及电容器都需要依据发电量的设计情况进行设计安排。电气综合

室需要进行分层布置，最底层主要是配电装置室、电容器室，而上层则为逆变室，安装有监控屏和逆变器屏。在升压变压器上选择的是箱型干式变压器，容量依据

相关设计进行变更；而低压进线柜选择的是低压抽出式开关柜；高压出线柜则使

用的是中置式空气绝缘开关柜。

4.防雷保护。升压变电站一般处于室内，因此为了使光伏电池组和升压变电

站的相关建筑设施在遭受直击雷和感应雷时得到相应的保护，在光伏电池组件支

架和升压变电站的非导电体的顶部安装环形避雷带进行防雷保护。为了确保相关

人员的生命安全，所有的电气设备都需要安装接地装置，电气设备的外壳需要进

行接地保护。

5.光伏并网系统的逆变器。光伏并网系统的逆变器是光伏并网系统的核心部件，它能将直流电转变成交流电，满足更多用户的用电需求。它提高了电路的可

靠性，在光伏并网系统中具有十分重要的作用。一是电气性能。对于逆变器的容量，要综合考虑经济性和技术性：若容量小则数量多，投资和维护成本增大，若

容量大则故障时损失电量增大，因此要平衡两者。电气参数决定电气性能，因此

要确定各电气参数，例如：直流MPPT范围、零电压穿越、电能质量、用电设备

功率、逆变器输出效率等。逆变器的MPPT范围一般在450-820V之间。零电压穿越是低电压穿越的极限情况，它是在电网因为故障发生短路，电压跌至零时，仍

能使逆变器工作，并且帮助电网恢复，提供动态电压支撑，保障电网运行的稳定

与正常的一项技术。对于电能质量，要由相应的检测装置，这就要求逆变器要具

备一定的滤波功能。用电设备功率要在满足正常运行的情况下尽量低。逆变器的

输出效率在满载时必须保证95%以上。另外，逆变器还需要具有检测孤岛效应并

及时与电网切离的功能。二是配置。在配置这方面，逆变器可以分为模块化逆变

器和一体化逆变器。两者各有利弊：模块化逆变器可靠性高、维修成本低；一体

化逆变器的初期投资低、逻辑上更容易控制。所以在实际情况下，应根据需要进

行选择。

三、注意的问题

1.系统电压的波动。太阳能光伏发电装置的实际输出功率会因为日光的强度

的变化而发生变化，在白天日照强度较强时，其发电装置会输出最大功率的电能，而在夜幕降临时，输出的功率近乎为零。所以，除了系统中设备设施的故障因素外，发电装置的输出功率会因为光照、气候、季节等自然因素而发生变化，输出

功率出现波动。

2.谐波。太阳能光伏发电系统是利用光伏组件来将太阳能转变为直流电能，

再经并网型逆变器将直流电能转变成为和电网有着同样的频率和相位的正弦波电流，与电网共同作用，然而再这一过程中，会有大量的谐波产生。进入到公共联

接点的谐波电流允许值的规定上，因为太阳能光伏发电系统的电压不够稳定，实

际进入到公联接点的谐波电流需要在发电装置并网时依据相关的规定的测量方式

来进行测量。这样，太阳能光伏发电系统在实际进入到电网时需要对谐波电流进

行检测，确保电流符合国家的标准，如果不符合，就要采取安装滤波装置等等措施。

总之，我国进行太阳能光伏发电并网系统工程设计具有重要的现实意义，当