分布式并网光伏发电系统的应用

分布式并网光伏发电系统的应用

吴建峰 1 何震 2

晶科电力科技股份有限公司上海第一分公司 1 上海市 200072

摘要：当前，中国光伏产业发展出现严重的结构性失衡，“弃光限电”的现象相对比较突出，尤其是对于西部光伏能源较为发达的区域，需要进一步优化产业结构，促进企业转型升级，大力推广分布式光伏产业建设，从根本上解决当前光伏发电产业失衡的问题。对弃光地区光伏发电实行保障性收购，一定程度上托底光伏能源项目的收益，对新能源的发展有积极作用；对于改善优化光伏能源产业结构、优化生态环境建设、转变城乡用电理念等具有重大意义，同时分布式光伏具有广阔的发展前景与巨大的市场潜力，也为光伏产业可持续发展注入了新动能。本文基于分布式并网光伏发电系统的应用展开论述。

关键词：分布式并网；光伏发电系统；应用

引言

光伏并网发电主要是通过利用太阳能进行发电，而无需借助任何可能造成污染的化石燃料，在整个生产过程中不会排放任何的二氧化碳和污染物质，有助于促进社会经济的可持续发展。通过将光伏发电有效的并入公用电网之中，能够及时将多余的发电量输送至供电公司，进而确保城市电能的充足供应。为了能够确保光伏发电系统顺利接入到公用电网中，就需要其发电站系统进行统筹规划合理安排，提高其设计的科学性，进而不断提高分布式并网光伏发电站的设计水平。

1光伏并网发电系统基本原理

光伏并网发电系统(如图1所示)主要设备包括:光伏电池组件、逆变装置和控制装置。光伏电池组件将光能转换的直流电能，先通过DC/DC变换器将低压直流转换为高压直流，再通过DC/AC逆变器对高压直流逆变成用户所需的交流电。

控制系统通过PWM驱动信号控制DC/DC变换器使系统保持最大功率运行。通过与单级式光伏发电系统的性能比较，两级式光伏发电系相对单级式光伏发电系统的区别是多了一个DC/DC变换环节，通过MPPT控制逆变过程保持最大功率运行，虽然多了一个DC/DC变换环节会使得能量转换效率有所下降，但它的PV输入范围一般比单级式要宽，因此控制也较简单，两级式发电系统一般在中大功率的发电系统中适用较多，而小功率的组串式光伏发电系统则一般都是带单级式光伏发电系统以保证发电效率。根据光伏发电系统设计的技术要求，两级式光伏并网发电拓扑结构如图2所示。本次设计按照要求采用工业上应用较为广泛的模糊控制改进变步长寻找光伏发电最大功率点(MPPT)。其主要控制思想是在变步长小扰动控制方法加入模糊控制系统，使得步长变化量有更合理的选择。DC/AC逆变部分采用PQ控制，并在PQ控制的基础上对电流环PI参数进行了改进。对于并网同步问题采用传统可靠的PLL锁相技术保障系统同步运行。滤波器采用能消除开关次谐波的LCL通用滤波器。

2分布式光伏发电定义

所谓分布式光伏发电，即在短距离内实现太阳能和电能之间的转换与消纳，通常用户既作为电源点也作为负荷端，另外多余的电量还可以进行上网发电，给用户创造出经济效益。所谓分布式是相对于集中式而言，分布式光伏发电具有以下特点。（1）太阳能是一种自然能量，且目前人类能有效利用的太阳能仅占太阳能量的很小一部分，太阳能对目前人类的技术水平而言是可以无限开采且可以重复利用的。（2）分布广泛性，凡是太阳照到的地方就可以利用，特别是对于一些偏远山区、不易建设高空线路的区域等，分布式光伏发电的适应性很好地解决上述问题。（3）高效性，光伏发电利用的光电效应，不会向火电那样实现热能、动能、机械能、电能之间的转换，相较于传统发电，光伏发电中间环节特别少，因而能量损耗少，光伏发电的效率一般在80%以上，甚至更高。（4）清洁无污染，节约水资源，和火力发电比较，在光伏发电过程中不会产生NOX、SOX、二氧化碳等污染物，也不会产生PM2.5等有害颗粒等，另外，光伏发电过程中不需要水进行冷却和进行能量转换，特别适合西北等光资源丰富、水资源匮乏等地区。

3分布式光伏并网技术难点分析

3.1对故障中短路电流的贡献

传统的同步电机具有提供短路电流的能力，在与电网提供的短路电流叠加后可以确保线路保护在1~2个周波时间断开。然而，光伏逆变器由于能量密度有限，其中电力电子元件过流能力限制，并不能提供较高的短路电流。通过实验和动态仿真，一般认为光伏逆变器的短路电流只比额定电流大25%以内。即使在国际相关标准中，也只要求逆变器提供1倍额定的短路电流。这导致在大规模接入分布式光伏的情况下，传输线发生短路故障时，由于光伏逆变器短路电流能力不足，线路上的故障无法被检测并且使保护响应。尤其是在传统的三段式保护中，瞬时电流速断保护可能会不能被识别。根据光伏电站并网分析经验，并网点的短路电流主要由接入的主网提供，并网点连接的网络是否“坚强”整体决定了分布式的短路能力。光伏发电站贡献短路电流造成中低压设备的改造问题，如对电流保护、中压开关和电流互感器等元器件的重新选型。因此，光伏发电系统的短路电流贡献应当在配电系统规划、分布式系统设计中被充分考虑。

3.2对电能质量的影响

太阳能发电存在许多的不确定，这对采用光伏发电系统的电网来说，短期负荷的预测的准确性会大大降低，无形中增加断面交换功率的控制难度以及电网运行的不稳定因素。分布式光伏发电系统并网后，大电网中的电源点增加了许多，由于电源点比较分散，规模又比较小，这在很大程度上加大了电源协调控制的困难，对电网的电压稳定和频率安全等方面都造成了一定的影响。分布式光伏发电系统的开停机以及发电站补偿电容器投切都会对电网的电压造成一定的影响，进而影响电能质量。在分布式光伏发电系统并网接入后，电网的电压波动与闪变次数增加，常规电源对电网的调控能力也会相应减弱，这对于电网的安全稳定运行控制是极为不利的。

结束语

当下人口基数不断增加、生态环境污染与能源枯竭日益加剧。世界各国在发展经济过程中提出节能环保的号召。在这样的社会背景下，光伏发电技术的应用与推广，已成为世界各国研究的热点问题之一。分布式光伏并网发电是光伏的主要技术之一，加强对该发电技术的应用，能有效促进我国整个电伏发电产业发展，同时也有利于解除我国当下面对的环境污染问题，促进人与自然生态环境和谐发展。

参考文献

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