光伏发电与并网技术的优势及应用要点分析

光伏发电与并网技术的优势及应用要点分析

冯腾申1,巩帅帅2,余颖旺3,唐海龙4,胡家忆5

1、2、中广核新能源股份有限公司江苏分公司，江苏省南京210003

3、中国能源建设科技发展有限公司西北分公司，陕西省西安市710000

4、中国能源建设集团科技发展有限公司永胜清洁能源分公司，云南省丽江市671600

5、淮安市广播电视局,江苏省淮安市223001

摘要：随着煤炭、石油等传统化石能源价格的上升和对环境影响的压力，全球新能源的开发利用速度逐步加快。可再生能源安全环保、清洁无污染是传统能源的重要替代品。在目前开发出的几类清洁可再生能源中，太阳能应用最为广泛，以太阳能为基础的光伏发电技术也是我国当前最重要的发电技术之一。为了满足我国光伏发电行业快速增长的需求，对新能源光伏发电技术未来的应用方向和增长路径进行思考、研究就至关重要。要推动我国新能源资源高效利用，从而实现经济转型升级。

关键词：光伏发电；并网技术；优势；应用要点

引言

光伏发电就是通过利用光电技术来实现太阳能向电能的转化，以此来提供绿色清洁能源。光伏发电与传统发电方式相比，具有更高的安全性可靠性，并且不会产生污染和大量的噪声，还可以广泛应用于沙漠、戈壁等环境恶劣的地区。为大幅度降低电力损耗，保护电力资源，完善电网系统，光伏发电和并网技术相结合成为我国电网建设的重要措施。

1光伏发电并网技术概述

1.1光伏发电简介

光伏并网发电系统主要是由继电保护装置、太阳能光伏列阵、控制器、逆变器、储能装置、配电柜以及最大功率点跟踪装置等部分组成。太阳能光伏阵列是光伏发电系统的核心装置，太阳能光伏阵列由太阳能光伏电池串并联形成。最初的光伏电池原材料为硅，用硅作为衬底，成本高、损耗大，故对光伏电池进行改进后，当前普遍应用的光伏电池内部由薄膜电池和晶体硅构成，不仅可以减小损耗，还可以提高光伏转化效率。最大功率点装置是为了能够高效利用太阳能源，使光伏阵列在系统运行过程中时刻保持最大功率输出。储能装置的主要作用就是对电能进行控制，例如当太阳能源充足时，可以利用储能装置将电网中多余的电能储存起来，当太阳能源匮乏时，通过逆变器再将储存的电能释放出去，以此来保证发电系统稳定运行。逆变器可以将直流电转化为交流电，再通过变压器转化成供人们日常使用的标准交流电压和频率。

1.2光伏发电技术的优势分析

从世界范围来看，常规能源非常有限。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，拥有安全、清洁、供给量大等优点，在新能源中占据重要位置。因此，与传统发电技术相比，新能源光伏发电技术的优势可以概括为：无耗竭危险；安全可靠，无污染；没有地理限制，即使区域地形复杂也可以使用；消耗小，使用时不影响修建输电线路。

2光伏发电与并网技术应用要点

2.1微网并入

微网是针对光伏等分布式能源发电的一些局限所提出的全新概念。所谓微网，就是指有效组合各类储能设备、就地负荷及分布式电源，使其形成一个能够统一协调控制与管理的小规模电网，从而为包括光伏在内的分布式能源发电技术在配电网中的大规模应用提供保障。微网融合了多项现代先进技术，如可再生能源发电技术、新型电力电子技术、现代控制技术等，具备传统电网所没有的优势。微网并入配电网需要有接口，在当前的技术条件下，支持微网并入供电网的接口有电力电子接口、异步发电机接口、同步发电机接口三类。微网通过这些接口可将光伏及其他分布式能源发的电能并入配电网，实现与配电网的互联。微网并入配电网的优势：首先，主要体现在并入配电网后光伏及其他分布式能源发电技术就有了支撑，并在配电网中正常稳定发挥作用。其次，微网并入与光伏及其他分布式能源发电的应用，会在一定程度上减轻电网削峰填谷压力，增强系统发电能力与发电效益。

2.2并网潮流计算

将光伏发电利用微网并入配电网后，会使配电网运行方式与发电方式有所改变，因此原有潮流计算也会出现局限，要想保证最终分析结果的准确性与可靠性，就必须根据并入后配电网的特征特点构建新的节点模型进行潮流计算。传统配电网潮流计算方法主要有三种，分别是支路类方法、母线类方法及牛顿-拉夫逊方法。支路类方法的特点是计算过程简单，不会占用过多存储空间，数值稳定性好，缺点是适合比较简单的配电网，如果将该方法应用于复杂配电网，计算量就会因为迭代次数的增加而增加。母线类方法的优点是计算性能稳定、收敛速度快、能够处理弱环网，缺点是不是十分适用于PV节点。牛顿-拉夫逊法经过分析后发现有较快的收敛速度、较强的适应能力，支持修改DG。因此，对将光伏发的电通过微网并入配电网，应采用牛顿-拉夫逊方法，以修整方程为基础，不断迭代修正，直到得到节点电压。

2.3光伏发电并网关键技术

并网光伏发电系统连接公共电网，该系统包括太阳能电池组、交流负载、DC或AC的逆变器和变换器等部件。公共电网与并网系统相互协调配合，共同供电，其中光伏发电将直流电转换成交流电，而公共电网主要负责储能，代替了蓄电池的作用，节约了蓄电池的经济成本，而且公共电网相比蓄电池其稳定性也大大增加。以前太阳能电池的成本很高，大部分都是独立的光伏发电技术，还只能用在航天、边防等领域，随着后来原材料价格的下降，光伏并网技术得到发展，如今光伏并网发电系统明显提高了电能转化率，是研究新能源光伏发电技术的一个重要方向。

3光伏发电技术的应用

3.1光伏发电技术在新能源汽车中的应用

近几年，油价上涨，电动汽车越来越受到人们的青睐，特斯拉、比亚迪等汽车企业依靠自己的核心技术相继推出了新型新能源汽车，且销量在汽车市场也能占有一席之地。但电动汽车相比于传统燃油汽车，存在着电能存储不方便和续航时间不长的劣势，没有固定的充电站给汽车充能，这是电能汽车没有得到广泛使用最重要的原因。光伏发电技术给移动电站的建立提供了技术上的可能，在未来，新能源汽车因绿色无污染的特性，必将成为汽车市场的主流，而如何把光伏发电技术应用到电动汽车中则是汽车企业需要面临的一个挑战。

3.2光伏发电技术在城市轨道交通中的应用

新能源光伏发电技术在城市轨道交通主要应用于光导照明系统当中，以广州地铁21号线为例，在地铁运营中心上方安装了该系统，为地铁隧道和运用库提供照明；此外光伏发电技术还应用到了轨道交通车辆的运行中，中车唐山机车开发了一种可以搭载光伏发电系统的新能源车辆，这种车辆的动力来源就是车身上的光伏发电系统。但由于新能源光伏发电技术在轨道交通中的应用还属于探索阶段，光伏发电所提供的能源只能作为辅助电源使用，而且地铁光伏电站主要建设在北京、上海、广州、深圳等大城市进行初步应用，并未广泛普及。

3.3通信工业应用

目前，由于通信领域和工业领域的经济价值得以开发，新能源光伏发电技术被广泛应用于上述行业。应用领域非常多样，包括道路交通通信、光缆电缆信号传输、水文观测系统以及气象卫星信号接收。借助新能源光伏发电技术的不断提升，这些应用极大地促进了通信和工业的高质量发展。

结束语

综上所述，光伏发电与并网技术的合理运用，能够提高清洁能源利用率，提高电网供电能力，缓解部分地区用电紧张问题。但光伏发电与并网技术的使用也会给大电网带来一定影响，因此针对大电网所受影响提出三点完善建议。一是不断优化电网结构，增强电网的消纳能力；二是优化配电网功能，提高配电网吸收调节分布式光伏的能力；三是促进风光储多能互补，有效解决光伏发电不稳的问题。

参考文献

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[2]李彦荣,王康民,张蝶,等.浅谈光伏发电与并网技术[J].中国设备工程,2021,(17):205-206.

[3]朱文杰.分布式光伏发电系统的并网技术应用[J].集成电路应用,2020,37(9):76-77.