太阳能光伏发电并网技术的应用简述

太阳能光伏发电并网技术的应用简述

作者：张鸿

来源：《装饰装修天地》2017年第15期

摘要：在全球经济发展的大形势下，能源短缺的问题日益突出。在这种形式下，新能源的应用对当前能源匮乏问题有一定的帮助。随着技术的发展，太阳能发电日渐成熟，在该技术发展初期主要以离网的形式应用在电网系统无法铺设的地区。而近些年，该应用市场变化较大，该技术早向并网方向发展。在进行并网设计时需要充分考虑电压波动及谐波、无功平衡等问题，该技术的应用可以使电源短缺问题得到一定程度的解决。

关键词：太阳能；光伏发电；并网技术；应用

1 前言

经济的发展势必引起能源消耗的增加，目前资源匮乏问题日益明显。太阳能作为一种可再生资源，人们对其的开发与利用越来越广泛且越来越受人们的欢迎。太阳能光伏发电主要是利用光伏板，该光伏板是以半导体材料组成的太阳能电池构成的，这种技术可以把太阳能转变为电能，然后利用太阳能发电系统将直流电转变为交流电，以备人们生活所用。目前，该技术有多种运行方式方式，既可以独立应用，也可以通过并网方式应用，给我国电力系统提供新的能源，保证电能的充足供应。下文主要对太阳能光伏发电并网技术作了介绍，并对其应用进行了阐述。

2 并网技术简介

太阳能光伏系统按照其运行特点，有离网、并网、混合这三种系统类型，其中并网及混合太阳能光伏系统因其能够直接向电网输电而受到越来越多人的青睐。

2.1 并网系统

并网系统是目前我国大力支持发展的一种太阳能光伏系统，其原理简单来说是就是将太阳能产生的电能直接输入到电网中，当然太阳能所产生的的电能属于直流电形式，还需要通过并网逆变器进行转变，使其成为交流电。这些电能除了满足其本身的负荷需求外，其他的电能输入到电网，为终端用户提供用电，当太阳能发电不足时，则由电网提供电能支持系统的运行。这种系统免去了电能现有蓄电池储存后在接入电网的步骤，减少了损耗和成本，但需要并网逆变器的转换，其中也会因为转换效率的问题而出现一定的损耗。该系统有两种形式，一种是集中式的，通常为国家级电站，工程规模较大，需要较多的投资；另一种是分散式的，尤其是与建筑一体式的，无需大规模投资，工期短、占地少，因此在我国被大力推广。

2.2 并网混合系统

随着太阳能光伏系统的不断演进，以及对供电稳定性要求的不断提高，逐渐发展出了混合式的系统，其中应用了在线不间断电源技术作为提高供电稳定性的重要保证。该系统相对来说较为复杂，技术要求高，但能显著提升供电的稳定性，对于电网不稳定、对供电稳定性敏感的地区较为适用，也可以应用做备用电源。并网混合系统中的逆变器与控制器集成在一起，通过计算机技术实现对整个系统的操控，以保证系统处于稳定状态，并可连接蓄电池。并网混合系统的主要工作原理是以本地负载功耗的实际情况来运转的，当本地负载功耗较小时，太阳能产生的电能被存储于蓄电池，反之则向电网输送电能。如果并网状态出现了故障，则会自动切换到离网状态，待故障排除后，再切换回并网状态。

3 并网技术的设计

3.1 子系统组成

太阳能光伏发电系统中，有若干个子系统构成，相互之间各自独立运行，如直流监控配电系统、光伏元件子系统、并网逆变器系统等，将这些各自独立的系统组合后，就可以得到380V交流电，再经过升压变电站，直接输入到电网。

3.2 主设备选型

并网逆变器作为系统中的关键设备，需要进行科学的设计，对于逆变器容量的选择来说，在实际工作中发现，就一台逆变器来说，其成本与容量成反比，但也不能单纯的追求大的容量，如果某一台逆变器出现了故障而无法运转，将会对整个系统造成较大的影响。因而从经济性和稳定性来考虑，应当结合安装现场的实际需求，选择额定容量恰当的设备类型从目前的并网逆变器市场环境来说，高于100 kVA容量的并网逆变器运行欠佳，因此从安全和经济上来说，可以选择分散式成组的逆变器，各组独立的并网，如此能够以较为稳定的状态运行。

3.3 升压系统

当太阳能产生的直流电能转化成交流电后，其电压为380V，这时还不能直接接入电网，需要进行升压输入电网，这就需要设置升压变压器，其选型应当与整个系统的发电量相匹配，一般来说，箱型干式变压器是其标准化的选择。升压变电站常设计成双层，顶层设计成逆变室，底层为配电室，其高低压进线柜常使用中置式空气绝缘开关柜，另外低压抽出式开关柜也较常见。系统中的监控系统需要检测各项运行参数，如电压、关键部位温度、电流、发电量等，同时通过内部群控器的控制作用，实现多路逆变器的同步运行，如此各组逆变器的投切得到了有效的控制，保证逆变器能够高效、稳定、低能耗、长时间的运行。

3.4 保护措施

还要考虑安全性问题配置配制保护功能，如短路保护、电压保护、防孤岛效应、逆向功率保护、频率保护等，并为每台逆变器配置光电池组件以及相关的电流监测，以保证逆变器正常的运行状态。雷电是一种对电气设备危害较大的自然现象，需要通过在电池组件上及建筑顶部

设置环形避雷带及其引下线，而各电气设备及外壳也需要做好接地装置的安装，一方面保护设备，另一方面保护人身安全。

4 需考虑的问题

4.1 电压波动及谐波

太阳能虽然是广泛存在的可再生资源，但具有不稳定性，这就使得太阳能转化的电能也具有不稳定性，因此，应当关注发电系统瞬间离网时对电压造成的波动。另外，直流电转为交流电时，更会有谐波的出现，这就要考虑谐波的影响，特别是逆变并网过程中，谐波的叠加，极有可能导致畸变率超过百分之四，这就超出了允许范围，这是由于在逆变时，畸变率就有可能达到或接近百分之四，而在接入电网时，还有背景谐波的存在，相互叠加后，很可能超出允许范围，因此应当采取措施予以解决，如进行实时的检测、加设滤波设备及采用无功补偿技术。

4.2 无功平衡问题

太阳能光伏发电系统输出的电力接近纯有功输出，功率因数基本上高于0.98，需要装设无功补偿装置。在我国的《电网若干技术原则的规定》中，明确规定了无功补偿的原则，一是分层分区，二是就地平衡，假设太阳能经光伏发电系统及升压系统变为电能的电压等级为

10kV，其功率因数0.85-0.98，想要接入电网，就需要配置无功补偿装置来进行无功平衡，应当以装机容量的60%进行配置，这样就可以满足就地平衡的要求。实际的工作中，还要从现场的实际情况出发，一是分析好电网供电情况，二是考虑好总用电负载平衡情况，这样才能使得无功平衡设计更好的发挥作用。

5 结语

目前，随着能源的逐渐消耗，人们对新能源的研发经费及人员投入在不断增加，寻求新的能源迫在眉睫。太阳能光伏发电技术的发展应用及技术的日益成熟对电能短缺问题有所解决。该技术的高效及实用运用可以有效促进电力系统发展，满足人们生活所需电能的需要。

参考文献：

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