光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)存在的問(wèn)題及其關(guān)鍵技術(shù)

隨著全球能源危機(jī)和環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，開(kāi)發(fā)和利用清潔的可再生能源勢(shì)在必行。太陽(yáng)能作為一種新型的綠色可再生能源，具有儲(chǔ)量大、利用經(jīng)濟(jì)、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。因此，太陽(yáng)能的利用越來(lái)越受到人們的重視，而太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)是當(dāng)前世界上最清潔、最現(xiàn)實(shí)、最有大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用前景的可再生能源之一。太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電是太陽(yáng)能光伏利用的主要發(fā)展趨勢(shì)，已成為世界各國(guó)研究的重點(diǎn)，必將得到快速的發(fā)展。

隨著當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的能源對(duì)于社會(huì)需求很難滿足。面對(duì)這種現(xiàn)狀，人們開(kāi)始積極的研究開(kāi)發(fā)新能源，太陽(yáng)能就是其中的一種可再生能源，尤其其擁有較為獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用前景非常廣闊，因此，利用太陽(yáng)能并網(wǎng)光伏電站不斷的成為一個(gè)研究重點(diǎn)。

光伏發(fā)電系統(tǒng)按照運(yùn)行方式可分為獨(dú)立型、并網(wǎng)型和混合型三種類型的光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)與獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，前者可以利用電力系統(tǒng)中的輸電線路實(shí)現(xiàn)電能的遠(yuǎn)距離傳輸，有電網(wǎng)電能支撐，基本不需要考慮負(fù)載特性的影響等優(yōu)點(diǎn)。目前我國(guó)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)呈現(xiàn)出“大規(guī)模開(kāi)發(fā)、中高壓接入”和“分散開(kāi)發(fā)、低電壓就地接入”兩種發(fā)展方式，所以我國(guó)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可以分為集中式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)兩種類型。

1、分布式、集中式光伏系統(tǒng)的特點(diǎn)

分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)位于用戶側(cè)，發(fā)電供給當(dāng)?shù)赜秒娯?fù)荷，具有占地面積小、運(yùn)行方式靈活等優(yōu)點(diǎn)。主要應(yīng)用在房屋屋頂、建筑物、溫室大棚、魚(yú)塘水泵和路燈等場(chǎng)合。集中式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要是指大型的光伏發(fā)電站，作為大容量的電源直接給高壓輸電系統(tǒng)進(jìn)行送電。一般建設(shè)在沙漠之中，具有選址靈活，建設(shè)周期短，出力穩(wěn)定，運(yùn)行方式靈活，容易參加電網(wǎng)的調(diào)壓、調(diào)頻，運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。

2、分布式、集中式光伏系統(tǒng)存在共同的問(wèn)題

目前，分布式、集中式光伏系統(tǒng)存在共同的問(wèn)題如下所示：

（1）光伏陣列優(yōu)化配置問(wèn)題。安裝光伏陣列前應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)要求和周圍環(huán)境等因素對(duì)組件選型、組件安裝傾斜角、陣列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面加以優(yōu)化，從而提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率。

（2）光伏陣列的溫升、失配和熱斑現(xiàn)象。光伏系統(tǒng)所處的工作環(huán)境比較復(fù)雜，隨著時(shí)間積累組件表面會(huì)積下塵土，甚至有樹(shù)葉、鳥(niǎo)類的排泄物，有時(shí)組件受到周圍建筑物、樹(shù)木等遮擋，遮擋下組件的溫度會(huì)明顯升高，隨著組件溫度的升高，其輸出電壓降低和功率會(huì)降低。這些情況都會(huì)導(dǎo)致光伏陣列處于失配運(yùn)行狀態(tài)，嚴(yán)重情況下發(fā)生熱斑效應(yīng)，降低了組件的使用壽命。

（3）光伏陣列的輸出特性多峰值特征。光伏電站有大面積的光伏陣列，有時(shí)可能采用不同型號(hào)的光伏組件進(jìn)行組合，或者即使組件型號(hào)相同，由于云層、塵土和老化等原因?qū)е陆M件之間不匹配，從使其輸出特性呈現(xiàn)多峰值特征，降低了光伏陣列發(fā)電效率。

（4）光伏系統(tǒng)并網(wǎng)后引發(fā)電能質(zhì)量的問(wèn)題。比如電網(wǎng)中潮流方向會(huì)發(fā)生變化，造成線路損耗增加和繼電保護(hù)需要重新整定；光伏發(fā)電系統(tǒng)具有隨機(jī)性、波動(dòng)性，會(huì)引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)；光伏系統(tǒng)中使用了大量的電力電子器件，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染等。

3、集中式光伏系統(tǒng)存在特有的問(wèn)題

目前，集中式光伏系統(tǒng)存在特有的問(wèn)題如下所示：

（1）大面積光伏陣列的清理。光伏陣列長(zhǎng)期工作在露天場(chǎng)地，光伏組件的表面會(huì)被鳥(niǎo)糞等雜質(zhì)覆蓋，會(huì)嚴(yán)重影響光伏組件的輸出功率，所以應(yīng)該及時(shí)的清理光伏陣列表面的附著物。對(duì)于大型光伏電站有大面積的光伏陣列，靠人力來(lái)完成組件的清洗任務(wù)，效率太低、安全性較差。

（2）逆變器的非理想性特性。集中式大型光伏電站需要多臺(tái)逆變器并聯(lián)運(yùn)行，但是由于逆變器的非理性特性產(chǎn)生環(huán)流、諧波放大等現(xiàn)象，降低了逆變器的轉(zhuǎn)換效率。

4、分布式、集中式光伏系統(tǒng)共有的關(guān)鍵技術(shù)

為了保證分布式、集中式光伏系統(tǒng)安全、可靠和穩(wěn)定運(yùn)行，需要一些關(guān)鍵技術(shù)，兩者共同具有的關(guān)鍵技術(shù)如下所示：

（1）最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)。光伏電池的輸出特性具有非線性特征，在任意工況下其P-U輸出特性曲線都一個(gè)特定的最大功率點(diǎn)，為了提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率，運(yùn)用最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù)使光伏系統(tǒng)工作在最大功率點(diǎn)處。

（2）全局最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù)。在局部陰影下光伏陣列的功率輸出特性呈現(xiàn)多峰值特征，提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率，需要全局最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)全局尋優(yōu)。

（3）光伏陣列熱斑檢測(cè)技術(shù)。針對(duì)熱斑效應(yīng)會(huì)對(duì)光伏電池產(chǎn)生嚴(yán)重的損害，需要熱斑檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)組件熱斑檢測(cè)和準(zhǔn)確定位。

（4）光伏變換控制技術(shù)。主要包括逆變、并網(wǎng)控制和安全保護(hù)等技術(shù)，對(duì)于容量較小的光伏系統(tǒng)，如何提高逆變器的工作效率，減小能量損失也是光伏變換控制技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向；對(duì)于大容量系統(tǒng)光伏系統(tǒng)的逆變器除了實(shí)現(xiàn)基本逆變、并網(wǎng)和保護(hù)等功能外，還要求逆變器具有單體容量大、電壓等級(jí)高，輸出電能質(zhì)量好，抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

（5）孤島檢測(cè)技術(shù)。具備孤島保護(hù)功能是光伏系統(tǒng)能否并網(wǎng)一個(gè)關(guān)鍵條件，要求孤島檢測(cè)技術(shù)具有較小的檢測(cè)盲區(qū)和較強(qiáng)抗干擾能力。

5、集中式光伏系統(tǒng)特有的關(guān)鍵技術(shù)

集中式光伏系統(tǒng)特有的關(guān)鍵技術(shù)主要有：

（1）低電壓穿越技術(shù)。對(duì)于大型光伏變電站，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障造成電壓跌落時(shí)，光伏電站并不立即退出運(yùn)行，而是繼續(xù)與電網(wǎng)相連，并對(duì)電網(wǎng)提供一定的支持，幫助電網(wǎng)電壓恢復(fù)，具備低電壓穿越能力將成為了并網(wǎng)逆變器的核心技術(shù)。對(duì)于大型光伏電站必須有孤島檢測(cè)和低電壓穿越功能，但是這兩項(xiàng)功能相互之間具有一定的矛盾，如何共同實(shí)現(xiàn)這兩項(xiàng)功能值得去研究。

（2）逆變器集群統(tǒng)一控制技術(shù)。通過(guò)對(duì)多臺(tái)逆變器進(jìn)行統(tǒng)一控制與協(xié)作減小逆變器之間不利的影響，完成孤島檢測(cè)、低電壓穿越、通信等功能。