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并网太阳能光伏发电的特性及自动化技术应用

摘要:目前对于新能源的发电方式发展最快、应用最广泛的就是采用光伏并网技术的太阳能发电。通过对并网太阳能光伏电站的种类、发电特性以及组成，对于如何保证应用并网太阳能光伏电站时电站以及电网的安全以及稳定运行方法进行了阐述。

关键词:太阳能;光伏发电;并网系统;逆变器;发电量

一、太阳能光伏发电的基本概念及组成

太阳能光伏发电通过“光伏效应”基本原理进行的。直接将太阳光的辐射能直接转变成电能，形成电流的原理是太阳光照在半导体P～N结上，形成新的空穴一电子对，经P—N结电场的作用后，积累在P—N结两侧的电子(空穴)经过电极引出后形成电流。太阳能电池组、蓄电池组、太阳能控制器和交直流逆变器等组成了太阳能光伏发电系统。太阳能发电系统中的核心部分就是太阳能电池板，相比其他系统而言是价值最高的一部分，整个发电系统的质量以及成本直接受到太阳能电池板所决定。

二、并网太阳能光伏发电站发电特性

光伏组件、计量装置、并网逆变器以及配电系统组成了并网太阳能发电系统。太阳能在光伏组件的作用下转化为直流电，然后在并网逆变器的作用下转化成与电网同相位、同频率的直流电，最后并入电网。太阳能发电系统具有安全、清洁、使用寿命长、免维护、资源充足等特点，但是由于受到季节性的变化、地理分布、昼夜交替等影响，此外太阳能的能量密度低、稳定性差，局限性主要有以下几点：

(一)时间周期性

只有在有太阳的情况下光伏发电设备才能够进行正常发电，一年当中的各个季节的变化以及昼夜交替严重影响光伏发电的负荷，为了能够确保电网的正常状况，不得不配备容量与光伏发电相同的发电机组处于旋转备用状态。

(二)气象条件

当并网光伏发电系统采用蓄电池时，一个城市上空的气候发生大幅度变化，或者一个城市上空的空气质量以及能见度，比如雾霾、雾天、空气污染、阴天等都将会使发电的容量发生大幅度的变化，使光伏发电在线或者实时能力下降。

(三)光能转换效率偏低

和传统能源f矿物能源、石油、水能、原子能等1的转换效率相比，光伏能量的转换效率较低。

三、并网太阳能光伏发电站对电网的影响

由于光伏发电系统稳定性比较差，调节能力比较差，太阳能的能量密度比较低，并且地域以及发电量在很大的程度上影响着发电量，此外光伏发电系统并网后影响着电网的稳定性、安全性以及经济性以及供电的质量。随着市场以及技术的快速发展，当光伏发电上网的电量与水电、核电以及火电等电厂的发电量有可比较的量级并且发电量是不可以被忽略的一部分时，光伏并网发电将对电网的技术、经济、政策以及环境效益和发电模式带来以下主要问题：

(一)负荷峰谷对电网的影响

对于电网的早峰负荷以及晚峰负荷，光伏并网发电系统不具有调峰和调频的能力，由于光伏并网发电系统增加的发电能力并不能够减少电力系统发电机组的拥有量，为了能够解决早峰和晚峰的调峰问题，电网必须为光伏发电系统配备相应的旋转备用机组。

(二)昼夜变化、东西部时差以及季节的变化对电网的影响

由于阳光和负荷出现的周期性，光伏并网发电量的增加并不能减少对电网装机容量的需求，而且输出功率的不稳定会导致电网电压波动。

(三)气象条件的变化

当一个区域的太阳能光伏发电达到一定规模时，如果地理气象出现大幅变化，为了控制和调整系统的频率和电压，电网将需要为光伏并网发电系统提供足够的区域性旋转备用机组和无功补偿容量。

(四)远距离光伏电能输送

当光伏并网发电远距离输送电力在经济和技术上成为可能时，由于光伏并网发电没有旋转惯量、调速器及励磁系统，它将给交流电网带来新的稳定问题。根据电网的要求，光伏并网发电站需要配备自动无功调压装置。

四、自动化技术在并网太阳能光伏发电站中的应用

在并网太阳能光伏电站中采用以下自动化技术来保证太阳能光伏发电站接人电网的安全稳定的运行。并网逆变器是影响光伏并网发电系统经济可靠运行的关键部件，除了其本身的基本功能外，它还具有以下功能来保证电站及电网的安全稳定运行：

(一)最大功率跟踪控制

随着日照强度以及太阳能电池表面的温度的变化，太阳能电池的输出功率将会随着改变，在逆变器的调节作用下使光伏发电厂的输出电压接近最大的功率点输出电压，确保光伏发电厂阵列在最大功率点运行而获得最大能源。

(二)交流电源跟踪技术

当电网供电端的电压和频率等参数在正常范围内变化时，并网光伏发电系统的输出可跟踪电网的电压和频率、相位等的变化，随时调整其交流输出功率、交流输出电流f高次谐波)、频率和相位，使之与电网相匹配。

(三)并网逆变器具有防孤岛运行与低电压穿越的功能。

1.并网保护装置

一般内置在逆变器中，在电网侧和逆变器侧发生异常时，应迅