分布式光伏发电技术要点分析

分布式光伏发电技术要点分析朱知洋，赵小顺，余荣彪振发新能源科技有限公司，收信地址江苏省无锡市建筑西路 567 号宝通大厦 20 楼，邮编 214072 手机 1381698087摘 要 在概述光伏发电系统相关特点的基础上，从多个方面分析了分布式光伏发电的关键技术，希望对我国的分布式光伏发电技术发展具有一定帮助。关键词 分布式系统，光伏发电，网络拓扑，变换 0 背景介绍 当前， 为了有效保证相应国家低碳经济发展的号召， 光伏发电为主的太阳能发展十分迅速， 从可再生能源以及环境保护角度出发， 对于特殊的发电设备的光伏发电机组来说， 应该进一步鼓励扩大光伏发电规模。 另外， 把分布式光伏电源在用电侧进行有效补充， 能够更加完善大电网远距离传输电能的方案。相比于常规电源来说， 光伏发电具有一定的间歇性和随机性， 这就必然影响到并网运行所涉及到的电网电能质量和安全稳定运行的安全问题。 一方面来说， 局部电网的潮流分布通过注入光伏功率而得到改变， 造成了对于局部电网的稳定性和电能质量的一定影响， 使得光伏发电的规模以及接入方式都受到不同程度的影响； 另外一方面来看， 光伏发电在源动力方面的可控性方面还有待提高， 天气状况以及光伏系统性能都影响到了发电状态和发电能力相关问题。 另外， 从电网角度进行分析， 可以把并网运行的光伏发电看做为具有随机特点的扰动源，这样的情况下，就能随时造成电网可靠运行的负面影响。所以，在发展智能电网技术过程中，各个国家都热衷于进行并网技术以及光伏发电的接入技术研究。1 光伏发电系统 光伏发电系统就是利用太阳电池的光生伏打效应， 将太阳能直接转换成电能的系统， 根据是否接入公共电网，可以分为并网光伏发电系统和独立光伏发电系统。1.1 并网光伏发电系统 在光伏并网发电系统中， 对于太阳能电池板输出的直流电进行转化， 能够将其转化为具有同频、同相以及同幅值的电网电压的交流电，能够有效地把电流汇入电网系统中。1.2 独立光伏发电系统 在独立光伏发电系统中， 主要涉及到不和电网进行连接的光伏发电系统， 这样就可以把输出功率能够直接有效地提供给本地负载， 这种发电系统必须配置储能系统， 确保光伏系统不间断供电， 根据系统配置不同， 可以分为直流母线独立光伏系统和交流母线独立系统， 后者可以独立组成独立微网系统，提高了系统的可靠性，但成本较高，为今后发展的方向。1.3 集中式光伏发电系统 根据国家电网办【 2012】 1560 号文件规定，以 10kV 以上电压等级接入，或以 10kV 接入但需要升压送出， 单个并网点总装机容量超过 6MW 的光伏发电系统统称为集中式光伏发电系统。 集中式光伏发电系统一般为地面光伏电站， 主要集中在我国的太阳能资源丰富的西部地区，具有规模大、建设周期长、接入电压等级高、参与电网调度等特点。1.4 分布式光伏发电系统 分布式发电（ Distributed Generation ，简称 DG）通常是指发电功率较小、分散式、布置在用户附近、就近消纳、非外送型的发电单元。主要包括以液体或气体的内燃机、微型燃气轮机、热电联产机组、燃料电池发电单元、太阳能光伏发电、风力发电、生物质能发电等。分布式光伏发电是指位于用户附近，所发电能就地利用，以 10kV 及以下电压等级接入电网，且单个并网点总装机容量不超过 6MW 的光伏发电系统， 2014 年国家能源局对上述定义做了部分修订， 根据国能新能 [2014]406 号文件， 以 35 千伏及以下电压等级接入电网 （东北地区 66 千伏及以下） 、 单个项目容量不超过 2 万千瓦且所发电量主要在并网点变电台区消纳的光伏发单系统。分布式光伏发电系统一般为屋顶光伏电站，具有规模小，建设周期短，接入电压等级低，所发电能就地消纳，基本不参与电网调峰等特点。2 分布式光伏发电的关键技术分析 2.1 网络拓扑结构及其优化配置问题 对于包括太阳能的可再生能源来说， 其具有较强的随机性以及较低的能量密度， 相比于传统的集中式发电系统， 其网络拓扑结构在分布式发电系统中具有明显的差异性， 所以在进行基于可再生能源的分布式发电系统的网络拓扑设计以及研究过程中， 应该充分重视当地的可再生能源的分部预测、 负荷水平的合理评估以及可用性、 随机性方面的较为准确的评价方面内容，在实施分布式光伏发电区域，首先需要对当地电网、负荷等做深入的了解和分析，确定本地区最佳的分布式光伏实施容量， 做出总体规划后分步实施， 避免出现负荷过小， 光伏出力较大，改变地区电网潮流和正常运行方式，降低电网运行的可靠性。2.2 分布式光伏发电系统的电能质量控制 并网逆变器在运行过程中不可避免会产生谐波以及直流分量， 对电网造成污染， 降低电网的电能质量， 特别是用户侧电网直接与负载连接， 微小的谐波和直流分量对负载的影响也是非常大， 甚至会损坏负载。 如果一个区域感性负载较多， 接入自发自用的分布式光伏发电系统后，发现功率因数比原来降低很多，感性负载无法正常运行，发热量增大很多，这主要是分布式光伏发电系统基本上只输出有功功率， 以及原有的无功补偿装置与分布式光伏系统之间不匹配所致。 分布式光伏发电系统电能质量控制关键是逆变器质量输出电能质量， 如采用可调功率因数输出三电平组串逆变器比较适宜， 必要时还应配置动态无功补偿装置以及电能质量综合装置，改善分布式光伏发电系统输出的电能质量问题。2.3 分布式光伏发电系统的能源管理 充分考虑分布式光伏电源的周期性和波动性问题， 以及分布式发电单元所涉及到的负荷变化、投切以及敏感负荷可靠、高质量供电等问题，充分考虑涉及到电网间的供购电计划，如何安排才能有效避免出现配电线路拥塞情况。 另外， 为了能够更好满足经济运行需要， 应该对于分布式系统中的各个分布式发电单元的布置进行充分考虑， 还应该进一步优化负荷和储能单元间的能量优化。 目前我们实施的分布式光伏发电系统都是独立单元， 无法实现分布式光伏电源之间以及分布式光伏电源与用户需求之间的信息交换，无法对能源实现综合管理。解决方案就是以某一区域电网为单元，依托并网逆变器的智能化、智能电表、以及网络为载体， 分层分区构建分布式光伏发电系统的能源管理系统， 实现能源产生和消纳完全匹配，实现了分布式光伏系统的智能化、自动化、网络化。2.4 分布式光伏发电系统的并网控制 由于多并网逆变器并网以及多能量来源则是分布式光伏发电系统的特点， 所以， 应该充分考虑到相应的并网控制方面的影响因素。 具体包括， 分布式发电系统具有多并网逆变器多能源特点， 应该重视其相互藕合影响在并网运行中的机理， 以及涉及到的并网协调的控制问题； 为了能更好实现负荷稳态的合理且动态分配， 应该重视如何协调控制多个逆变器在独立运行中的电压和频率的有效控制； 在考虑到多并网逆变器并网以及多能量来源则是分布式发电系统的特点基础上， 对于防孤岛技术以及涉及到的能够适合于并网逆变器的无盲区孤岛检测内容进行研究和探讨；在分布式发电系统中，针对上述的多能源多并网逆变器分布特点，对于独立并网控制模式以及涉及到的协调控制切换策略进行研究。3 结语 在概述分布式光伏发电系统基础上， 就其中涉及到关键技术问题进行论述， 希望能够今后的分布式光伏发电系统发展起到一定借鉴作用。参考文献 [1] 奚南 . 分布式光伏发电系统接入电网的设计要求分析 [J]. 电力需求侧管理 ,2014,163. [2] 刘洁 , 袁松振 , 杨海柱 . 分布式光伏发电系统对电网的影响与对策 [J]. 通信电源技术 ,2013,302.