并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電的特性及自動化技術(shù)應(yīng)用

并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電的特性及自動化技術(shù)應(yīng)用摘要:目前對于新能源的發(fā)電方式發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的就是采用光伏并網(wǎng)技術(shù)的太陽能發(fā)電。通過對并網(wǎng)太陽能光伏電站的種類、發(fā)電特性以及組成，對于如何保證應(yīng)用并網(wǎng)太陽能光伏電站時電站以及電網(wǎng)的安全以及穩(wěn)定運行方法進行了闡述。關(guān)鍵詞:太陽能;光伏發(fā)電;并網(wǎng)系統(tǒng);逆變器;發(fā)電量一、太陽能光伏發(fā)電的基本概念及組成太陽能光伏發(fā)電通過“光伏效應(yīng)”基本原理進行的。直接將太陽光的輻射能直接轉(zhuǎn)變成電能，形成電流的原理是太陽光照在半導(dǎo)體P～N結(jié)上，形成新的空穴一電子對，經(jīng)P—N結(jié)電場的作用后，積累在P—N結(jié)兩側(cè)的電子(空穴)經(jīng)過電極引出后形成電流。太陽能電池組、蓄電池組、太陽能控制器和交直流逆變器等組成了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分就是太陽能電池板，相比其他系統(tǒng)而言是價值最高的一部分，整個發(fā)電系統(tǒng)的質(zhì)量以及成本直接受到太陽能電池板所決定。二、并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電站發(fā)電特性光伏組件、計量裝置、并網(wǎng)逆變器以及配電系統(tǒng)組成了并網(wǎng)太陽能發(fā)電系統(tǒng)。太陽能在光伏組件的作用下轉(zhuǎn)化為直流電，然后在并網(wǎng)逆變器的作用下轉(zhuǎn)化成與電網(wǎng)同相位、同頻率的直流電，最后并入電網(wǎng)。太陽能發(fā)電系統(tǒng)具有安全、清潔、使用壽命長、免維護、資源充足等特點，但是由于受到季節(jié)性的變化、地理分布、晝夜交替等影響，此外太陽能的能量密度低、穩(wěn)定性差，局限性主要有以下幾點：(一)時間周期性只有在有太陽的情況下光伏發(fā)電設(shè)備才能夠進行正常發(fā)電，一年當(dāng)中的各個季節(jié)的變化以及晝夜交替嚴(yán)重影響光伏發(fā)電的負(fù)荷，為了能夠確保電網(wǎng)的正常狀況，不得不配備容量與光伏發(fā)電相同的發(fā)電機組處于旋轉(zhuǎn)備用狀態(tài)。(二)氣象條件當(dāng)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)采用蓄電池時，一個城市上空的氣候發(fā)生大幅度變化，或者一個城市上空的空氣質(zhì)量以及能見度，比如霧霾、霧天、空氣污染、陰天等都將會使發(fā)電的容量發(fā)生大幅度的變化，使光伏發(fā)電在線或者實時能力下降。(三)光能轉(zhuǎn)換效率偏低和傳統(tǒng)能源f礦物能源、石油、水能、原子能等1的轉(zhuǎn)換效率相比，光伏能量的轉(zhuǎn)換效率較低。三、并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電站對電網(wǎng)的影響由于光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性比較差，調(diào)節(jié)能力比較差，太陽能的能量密度比較低，并且地域以及發(fā)電量在很大的程度上影響著發(fā)電量，此外光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后影響著電網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性以及經(jīng)濟性以及供電的質(zhì)量。隨著市場以及技術(shù)的快速發(fā)展，當(dāng)光伏發(fā)電上網(wǎng)的電量與水電、核電以及火電等電廠的發(fā)電量有可比較的量級并且發(fā)電量是不可以被忽略的一部分時，光伏并網(wǎng)發(fā)電將對電網(wǎng)的技術(shù)、經(jīng)濟、政策以及環(huán)境效益和發(fā)電模式帶來以下主要問題：(一)負(fù)荷峰谷對電網(wǎng)的影響對于電網(wǎng)的早峰負(fù)荷以及晚峰負(fù)荷，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不具有調(diào)峰和調(diào)頻的能力，由于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)增加的發(fā)電能力并不能夠減少電力系統(tǒng)發(fā)電機組的擁有量，為了能夠解決早峰和晚峰的調(diào)峰問題，電網(wǎng)必須為光伏發(fā)電系統(tǒng)配備相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)備用機組。(二)晝夜變化、東西部時差以及季節(jié)的變化對電網(wǎng)的影響由于陽光和負(fù)荷出現(xiàn)的周期性，光伏并網(wǎng)發(fā)電量的增加并不能減少對電網(wǎng)裝機容量的需求，而且輸出功率的不穩(wěn)定會導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波動。(三)氣象條件的變化當(dāng)一個區(qū)域的太陽能光伏發(fā)電達(dá)到一定規(guī)模時，如果地理氣象出現(xiàn)大幅變化，為了控制和調(diào)整系統(tǒng)的頻率和電壓，電網(wǎng)將需要為光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)提供足夠的區(qū)域性旋轉(zhuǎn)備用機組和無功補償容量。(四)遠(yuǎn)距離光伏電能輸送當(dāng)光伏并網(wǎng)發(fā)電遠(yuǎn)距離輸送電力在經(jīng)濟和技術(shù)上成為可能時，由于光伏并網(wǎng)發(fā)電沒有旋轉(zhuǎn)慣量、調(diào)速器及勵磁系統(tǒng)，它將給交流電網(wǎng)帶來新的穩(wěn)定問題。根據(jù)電網(wǎng)的要求，光伏并網(wǎng)發(fā)電站需要配備自動無功調(diào)壓裝置。四、自動化技術(shù)在并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電站中的應(yīng)用在并網(wǎng)太陽能光伏電站中采用以下自動化技術(shù)來保證太陽能光伏發(fā)電站接人電網(wǎng)的安全穩(wěn)定的運行。并網(wǎng)逆變器是影響光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟可靠運行的關(guān)鍵部件，除了其本身的基本功能外，它還具有以下功能來保證電站及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行：(一)最大功率跟蹤控制隨著日照強度以及太陽能電池表面的溫度的變化，太陽能電池的輸出功率將會隨著改變，在逆變器的調(diào)節(jié)作用下使光伏發(fā)電廠的輸出電壓接近最大的功率點輸出電壓，確保光伏發(fā)電廠陣列在最大功率點運行而獲得最大能源。(二)交流電源跟蹤技術(shù)當(dāng)電網(wǎng)供電端的電壓和頻率等參數(shù)在正常范圍內(nèi)變化時，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出可跟蹤電網(wǎng)的電壓和頻率、相位等的變化，隨時調(diào)整其交流輸出功率、交流輸出電流f高次諧波)、頻率和相位，使之與電網(wǎng)相匹配。(三)并網(wǎng)逆變器具有防孤島運行與低電壓穿越的功能。1.并網(wǎng)保護裝置一般內(nèi)置在逆變器中，在電網(wǎng)側(cè)和逆變器側(cè)發(fā)生異常時，應(yīng)迅速停止逆變器，確保電網(wǎng)的安全。2.無功補償裝置根據(jù)電網(wǎng)需要，在光伏發(fā)電站內(nèi)安裝靜態(tài)或動態(tài)無功補償裝置，以滿足其最大輸出功率及功率變化率不超過電網(wǎng)調(diào)度部門的給定值，并在電網(wǎng)故障和特殊運行方式時保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定性。3.電能質(zhì)量監(jiān)測分析裝置光伏電站在并網(wǎng)點裝設(shè)滿足IEC61000-4—30《電磁兼容第4—30部分試驗和測量技術(shù)一電能質(zhì)量》標(biāo)準(zhǔn)要求的A類電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，以監(jiān)測光伏電站的電能質(zhì)量信息，包括諧波、波形畸變、直流分量、頻率、電壓偏差、電壓不平衡度、電壓波動和閃變等電能質(zhì)量指標(biāo)，并將電能質(zhì)量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送到電網(wǎng)企業(yè)，保證電網(wǎng)企業(yè)對電能質(zhì)量的監(jiān)控。4.有功功率控制系統(tǒng)并網(wǎng)太陽能光伏電站應(yīng)具有有功功率調(diào)節(jié)能力，并能根據(jù)電網(wǎng)頻率、調(diào)度部門指令等信號自動調(diào)節(jié)電站的有功功率輸出，確保輸出功率及變化率不超過給定值。四、太陽能光伏功率預(yù)測系統(tǒng)對光伏電站的輸出功率進行預(yù)測有助于電力系統(tǒng)調(diào)度部門統(tǒng)籌安排常規(guī)能源和光伏發(fā)電的協(xié)調(diào)配合，及時調(diào)整調(diào)度計劃，合理安排電網(wǎng)運行方式，一方面有效地降低光伏接入對電網(wǎng)的影響，提高電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性，另一方面減少電力系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用和運行成本，以充分利用太陽能資源，獲得更大的經(jīng)濟效會效益。五、結(jié)束語為了保證并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電站及其接人電網(wǎng)的安全、可靠、穩(wěn)定運行，目前實施的項目中主要在發(fā)電站內(nèi)采用逆變器來實現(xiàn)發(fā)電站的自動運行的功能，并安裝了無功補償裝置及電能質(zhì)量監(jiān)測分析裝置等，以保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。另外，有功功率控制系統(tǒng)、太陽能光伏功率預(yù)測系統(tǒng)正在研制，它們在風(fēng)電場的應(yīng)用將更有利于實現(xiàn)電網(wǎng)對并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電站的無縫接納與協(xié)調(diào)控制，提高配電網(wǎng)供電可靠性。參考文獻[1]唐俊;傅希德;張俊;陳正洪;成馳;;太陽能光伏發(fā)電預(yù)報數(shù)據(jù)庫設(shè)計研究[A];第27屆中國氣象學(xué)會年會氣候資源應(yīng)用研究分會場論文集[C];2010(05).[2]傅家祥;;并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤技術(shù)研究[A];2010年西南三省一市自動化與儀器儀表學(xué)術(shù)年會論文集[C];2010(02)