1、大型并网光伏电站关键技术综述摘要：能源是社会发展进步的重要物质基础，对人类的生存发展有决定意义。由于常规能源如石油、煤矿及天然气等的储量有限，燃烧产生的大量二氧化碳、硫氧化物等对环境造成很大破坏。全球能源一旦枯竭，必然引发新一轮的经济危机，加剧国与国之间的矛盾冲突。虽然核能源不存在有害气体，但目前对于核能的利用技术还不成熟，对核泄漏和核废料的处理手段欠缺。另外由于技术条件限制，风能发电存在不稳定、成本高、难维护等特点。光伏发电作为一种可再生能源，拥有独特的优势，其应用前景广阔，开展光伏发电应用推广具有巨大的经济价值和现实意义。本文对大型并网光伏电站关键技术进行了探讨。 关键词：大型并网光伏电站
2、关键技术 中图分类号：U665.12 文献标识码： A 一、并网光伏发电系统概述 大型光伏并网光伏系统目前主要分为荒漠电站系统及分布式发电系统，工作时先将太阳能电池组件产生的直流电转换成满足电网要求的交流电，然后并入公共电网。并网光伏系统的核心部件是并网逆变器，包含了电网信号检测、输出电流控制、最大功率点跟踪抗孤岛等，是集检测控制并网和保护为一体的装置。目前我国并网光伏电站的发展尚处于初级发展阶段，并网光伏发电站对电网的影响还需进一步的探讨和研究。并网光伏发电的方式不同于常规发电，其能量密度低、稳定性和调节能力差，发电量容易受天气及地域的影响，因此并网发电后会对电网产生一定的影响。因此进一步研
3、究并网光伏发电系统的特点，对推动光伏并网技术的发展加快能源结构调整提高清洁能源利用率都有十分重要的意义。 二、大型光伏电站并网系统结构 光伏电站并网系统的拓扑可分为单级结构和两级结构。单级结构是指将光伏电站输出的直流电直接经过 DC/AC 逆变器逆变成与电网电压幅值相同频率相同的电能，而两级结构则是将光伏电站输出的直流电先经过 DC/DC 转换器进行升压，再经过第二级的 DC/AC 逆变器逆变为特定的交流电，最后进行并网。对于大型光伏电站，由于其容量增大，控制系统更为复杂，为了提高效率，并尽量降低在电能变换过程中的能量损耗，其结构多选为单级结构，如图 2 所示。 图 2 大型光伏电站并网系统结
4、构图 在研究光伏电站并网过程中，并网逆变器的设计是关键技术，其结构和控制策略的合理设计，有助于提高发电效率，降低发电成本，改善并网电能质量。大型光伏电站对电网产生的负面影响有很多，如孤岛效应的产生、谐波污染、电压闪变、低电压穿越能力降低等，这些迫切需要解决的问题已经成为对逆变器控制策略的新要求。逆变器应具有功功率控制、无功及谐波电流补偿等功能，以将对电网的不利影响降至最低。三、大型并网光伏电站关键技术及其发展趋势 1、光伏组件方面 光伏电池是光伏电站中最贵的元件，其转换效率一直是行业关注的重点。在单晶硅、多晶硅和薄膜电池问世后，可将太阳光集中多倍的聚光式光伏组件已经得到应用，未来组件将向更高的
5、转换效率发展。 2、高性能变换技术 光伏并网逆变器是光伏电站的核心控制设备，多逆变器系统要重点关注其协调运行与集群特性。一方面，需通过逆变器的统一控制减小相互之间的不利影响，如多机孤岛检测的冲突、内部环流与谐波问题等；另一方面，需采用系统控制方案实现逆变器集群的统一协作，完成功率调节、低电压穿越、孤岛检测、与电网的通信、机组投切与优化运行、综合保护策略与故障冗余运行等功能。目前，在这些方面已开启研究，并取得了一定的成果并获得实际应用。例如特变电工新疆新能源股份有限公司生产的 GC500-KTL 并网逆变器，已经成功实现以下功能，并广泛应用于国内外大型光伏电站的建设应用中： （1）低电压穿越技术
6、（ Low Voltage Ride-through，LVRT）当电网故障或扰动引起光伏并网电站并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，光伏并网逆变器能够保持并网运行，支撑电网。 （2）光伏并网逆变器的功率因数控制技术 通过过零点锁相法，采用变步长二次细分的方法（自主发明专利）来提高相位跟踪的速度和精度。功率因数能够在 0.90(超前)0.90(滞后)范围内连续可调，以满足电网对无功的需求。 （3）有功功率降额线性调节 根据电网调度部门远程有功功率控制信号，自动控制有功功率输出，保证逆变器最大输出功率不超过电网调度部门的给定值。 （4）远程调度功能 大中型光伏电站能够接受并自动执行调度部门发送
7、的有功功率和有功功率变化的控制指令，确保光伏电站有功功率及有功功率变化按照电力调度部门的要求运行。其中接入用户内部电网的中型光伏电站的调度方式由电力调度部门确定。 （5）最大功率跟踪技术 采取步长寻优、智能扰动观察法，根据变化的功率对光伏组件输出进行扰动，可以较快跟踪系统的最大功率点，并且能够适用于天气变化迅速场合，确保最大功率输出光伏阵列能量。 (6) 电网电压动态前馈电流控制技术 在并网控制技术上，提出了电网电压动态前馈补偿技术的算法，有效的消除了稳态时电网扰动对电流环的影响，降低了并网电流的 THD 值。（7）其他关键技术 三相不平衡条件下的光伏并网技术保证光伏发电系统安全、可靠、高效。
8、 电网电压 动态前馈电流控制技术降低了并网电流的 THD 值。 谐波补偿技术采用型调制方法，降低电网电流谐波含量。 孤岛保护功能采用主动/被动防孤岛方法。 逆变效率是大型光伏发电装置的重要指标之一。逆变器生产厂商正在拓扑结构、开关器件和开关频率、控制算法和死区、只能 MPPT 算法、以及辅助电源和先进散热控制等方面开展研发工作，目前多数产品可实现 30%以上出力情况下的高效运行。特变电工新疆新能源股份有限公司采用高效 SVPWM 调制技术，实现了并网逆变器效率超过 98.7%。研究人员试图通过合适的集群控制策略，使每台机组都尽量在高效运行点工作。电能质量问题由来已久，针对兆瓦级光伏并网系统，如
9、何更好地抑制低功率、弱电网时的电流谐波及多台逆变器同时并网时电流谐波的叠加，如何在电网电压谐波大时仍保证低电流谐波，都是较为关键的问题。电力电子装置厂商一般通过适当的滤波拓扑结构、合理设计电感和电容参数、控制算法、脉宽调制驱动方式、采样及运算精度等途径，共同保障谐波含量达标。对于兆瓦级并网光伏电站，电网对逆变器、逆变器对电网、逆变器对其控制部分等都有电磁兼容问题，需要采用隔离变压器和电磁干扰滤波器，或通过控制算法、拓扑结构予以减小。目前，以合肥阳光及特变电工新疆新能源股份有限公司为代表，已有若干项技术应用于逆变产品中。 逆变器工作原题图 3、电网友好的网源互动技术 大型光伏并网对逆变器提出了“
10、电网友好”的要求，这就要求其可快速控制，拓展通信功能参与调度，控制有功功率和无功功率，减少有功功率变化率，抑制谐波等。智能电网的重要特征之一是吸纳大规模可再生能源发电并网，因此，必须具备符合智能电网标准的网源互动技术。4、光伏电站的设计规范 目前，我国正在进行光伏电站设计方法的标准化研究。借助于长期运行积累的经验、可靠性评估技术、拓扑配置优化技术，将形成一套科学合理的光伏电站设计方案评价体系和设计标准，兼顾效率与成本需求，用于指导光伏电站各部分的结构选型、布局优化、辅助设备配置。未来的光伏电站将与智能电网的建设同步，运用信息化和控制技术实现可再生能源转换。 结束语 大型光伏发电系统正经历着从示范到大范围推广应用的关键阶段，还存在较多的技术问题，需要不断改进和完善，主要体现在光伏阵列组合的多峰值特性、光伏阵列温升影响、热斑效应、逆变器组合非理想特性、转换效率、设计规范、电网接纳等方面。只有研发并推广相应的关键技术，才能向电网注入真正无污染的绿色、高效电能。 参考文献 1王长贵并网光伏发电系统综述(下)J太阳能技术与产品，2008(3). 2陈启鑫，康重庆，夏清低碳电力调度方式及其解决模型J电力系统自动化，2010，34(12).
