大规模光伏发电系统并网影响的关键技术

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科 技论 坛
大规模 光伏发 电系统并 网影 响 的关键 技术
冯 华茂
（ 东北 电力 大学电气工程学 院， 吉林 吉林 １ ３ ２ ０ １ ２ ）
摘 要： 随着光伏能源并入电 网规模的扩大 ， 对 电网影响越显 突出。本文 目的是 综合 了国 内外对大规模 光伏 并网技 术的研 究情况 ， 阐 述光伏发 电对 电网带来的影响 ， 总结 了光伏 电站的模型 ， 并且光伏 并网存在 的可靠性与稳 定性 、 孤 岛效应 、 电压与频 率的一些 问题及解 决
因此谐波问题是光伏并网 要努力解决的关键。 通 ２ ． １ 光伏发电系统的原理。太阳光照射光伏电池的 Ｐ Ｎ结时会产生 而电流谐波仍然很低。 滤波装置、 调节脉宽来减少谐波对电能质量的不利 光生电场 ， 其方向与势垒电场方向相反。 光生电场会抵消内电场且会使 过控制参数的整定 、 光伏电池的 Ｎ区带负电和 Ｐ区带正电， 此过程称光生伏特效应。 光生载 影 响 。 流子在内电场的作用下会沿着相反的方向而形成光电流，光电流在外 ４ ． ２ 光伏逆变系统与电网的交互技术 。光伏能源的并网需要逆变系 电路 中会形成功率。 统与电网间互动 ，故要采用具有快速控制功能的调节装置来参与系统 进而调节系统的有功和无功 ， 并且减少谐波影响。文献『 ４ ］ ２ ． ２光伏并网发电系统的类型。按发电方式分为 ： 分布式发电与集 的调控运行 ， 并提出了解决方法。 中式发电日 ， 分布式发 电采用光伏并网系统与屋顶建设相结合 的形式。 提出了系统并网点 电压随功率改变而波动， 分布式中白天将多余的电力送给电网， 而在夜晚时再从 电网调 回电力。 集中光伏发 电也称 为大规模光伏电站系统 ， 它是将 电力全部送人 电网。
措施 ， 同时 对 未 来 的研 究 重点 进 行 了展 望 。 关键词 ： 逆 变器 ； 光伏发 电； 稳定性 ； 可再生能源 ； 电力 系统
随着能源需求的 日 益紧张 ， 人们开始注重光伏发电， 它是解决能源 紧张的重要途径。我国的光伏并网显现出“ 分散开发、 低压就地接人” 与 “ 大规模开发 、 中高压接入” 并举的特征 。 但是光伏并网的规模存在着一 些技术 匕 的问题 。 大规模光伏能源的并网技术将成为主要研究课题。 本 文根据光伏发电系统的模型及其机理来分析光伏并 网后对电网的影响 及解决方法。
１光 伏逆 变 系统的 建模
１ ． Ｉ 光伏阵列 的建模 。分析光伏发电系统的原理 ， 利用其输出电压 特性对外等效的思想 ，得出光伏电池模型。建立了如下端 口的伏安特
性：
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图 １单级式逆变装置并 网结构 图
光伏阵列输出功率与其端口电压关系方程为 ：
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台逆变器的相互影 响。多台逆变器间存在耦合 ， 从而导致 皆 波问题分 析变得复杂。系统间的耦合给其控制带来不利影响， 导致逆变器并网产 圆 生的谐波超出范围。 ３ ． ２ 对 电网稳定 眭的影响。 光伏能源有波动性和间歇性特征 ， 进而使 系统的运行点改变 ， 与普通 电源的控制方式不同 ， 会改变系统的阻尼 ， 使 系统产生新频段范围振荡 。文献【 ３ ］ 表明了电网向系统注入的有功 和 无功可以进行解耦控制 ， 进而没计出功率的附加控制策略 ， 该策略可抑 制电网功率振荡。
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４大 规模 光伏 并 网技术。多５ ＂ ￣Ｏ ｔ 逆变系统还要重点研究其集群 Ｕ 为开路电压 ， Ｉ 为短路电流 ， Ｕ 为最大功率点的电压 ， Ｉ 为最大 特征与协调运行。要通过对多变换器的统一控制来减少它们 的不利影 功率点的电流 ， Ｎ 为光伏每列 串联的电池数 ， Ｎ 。 为阵列并联列数。 １ ２三相光伏逆变装置并网的结构图。 图１ 为单级式三相光伏逆变 响。 还要优化系统的控制方案来实现多组变换器的统—协作。 进而完成 潮流分布调节 、 孤岛调控 、 机组投入与退出优化 ， 就上述问 装置并网的结构图， 其主要 由光伏阵列、 Ｄ Ｃ ／ Ａ Ｃ变换装置 、 滤波器和电 低电压穿越 、 前 的研究都仅停留在小容量系统 的理论分析阶段 ，在大容量系统 网组成。 控制包含最大功率点跟踪和并网逆变器的控制 。 逆变系统的控 题 目 制方式要满足电网的电能质量和稳定性的要求ｍ 。 中还没有得到广泛应用 。 对于大规模系统如何更有效削弱电流谐波 ，如何使电压谐波大时 ２光伏逆变系统｜ 并网的机理与特性
５ 结论
本文从建立光伏逆变系统模型 、 发电原理 、 光伏并网特征、 光伏并网
按功能又可分含有蓄电池的发电系统和无蓄电池的发电系统。前 后对 电网的影响、大规模并 网技术与发展对 国内外研究现状进行 了归 者也称可调度光伏发电， 后者也称不可调度光伏发电。 纳总结 ； 大容量光伏并 网还有很多的技术问题， 其 中主要体现在温升影 逆变器组合本身具有的非理想特性 、 谐波使 电能质量恶化 、 并 网后 ２ ． ３ 光伏发电系统的特点 ： ２ ． ３ ． １ 分布式光伏特点 ：允许微电网的形 响、 控制与变换技术 、 电网接纳等方面。针对上述 式并入大电网中去 ， 与大电网相互支撑。其发出的电力可输送到用户 ， 引起电网的稳定性问题 、 低电压配网可调节多余或不足的电能。 ２ ． ３ ． ２ 集 中式光伏特点 ： 要接人高 问题还需要不断的改进与完善 。 参 考 文献 压网络中， 其并网后要根据线路损耗 、 无功补偿容量、 电能质量等因素 １ ］ Ｙ － 明渝 ， 邓威 等． 可用于光伏并网的双频逆 变器控制策略ｌ Ｊ Ｊ ． 电力 自 动 来调整控制。 ２ ． ３ ． ３电池板型号不同使其 陛质存在差异 ， 又因不 同使器件 『 化设备 ， ２ ０ １ １ ， ３ ￣ ０ ） ： ８ ４ － ８ ８ ． 的光照强度 、 温度 ， 进而难 以 满足理想光伏特 陛的要求。 ［ ２ １ 赵 争鸣 ， 刘建政． 太 阳能光伏发 电及其应 用嗍 ． 北京 ： 科 学出版社 ， ３光伏并网系统对电网带来的影响