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

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

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

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

光伏發(fā)電系統(tǒng)按照運行方式可分為獨立型、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。目前我國光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)呈現(xiàn)出“大規(guī)模開發(fā)、中高壓接入”和“分散開發(fā)、低電壓就地接入”兩種發(fā)展方式，所以我國的光伏并網(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

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、運行方式靈活等優(yōu)點。主要應(yīng)用在房屋屋頂、建筑物、溫室大棚、魚塘水泵和路燈等場合。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，運行方式靈活，容易參加電網(wǎng)的調(diào)壓、調(diào)頻，運行成本低等優(yōu)點。

2、分布式、集中式光伏系統(tǒng)存在共同的問題

目前，分布式、集中式光伏系統(tǒng)存在共同的問題如下所示：

（1）光伏陣列優(yōu)化配置問題。安裝光伏陣列前應(yīng)該根據(jù)設(shè)計要求和周圍環(huán)境等因素對組件選型、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，隨著時間積累組件表面會積下塵土，甚至有樹葉、鳥類的排泄物，有時組件受到周圍建筑物、樹木等遮擋，遮擋下組件的溫度會明顯升高，隨著組件溫度的升高，其輸出電壓降低和功率會降低。這些情況都會導(dǎo)致光伏陣列處于失配運行狀態(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，有時可能采用不同型號的光伏組件進(jìn)行組合，或者即使組件型號相同，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)量的問題。比如電網(wǎng)中潮流方向會發(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、波動性，會引起電網(wǎng)電壓波動；光伏系統(tǒng)中使用了大量的電力電子器件，會對電網(wǎng)造成諧波污染等。

3、集中式光伏系統(tǒng)存在特有的問題

目前，集中式光伏系統(tǒng)存在特有的問題如下所示：

（1）大面積光伏陣列的清理。光伏陣列長期工作在露天場地，光伏組件的表面會被鳥糞等雜質(zhì)覆蓋，會嚴(yán)重影響光伏組件的輸出功率，所以應(yīng)該及時的清理光伏陣列表面的附著物。對于大型光伏電站有大面積的光伏陣列，靠人力來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逆變器并聯(lián)運行，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特定的最大功率點，為了提高光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率，運用最大功率點跟蹤控制技術(shù)使光伏系統(tǒng)工作在最大功率點處。

（2）全局最大功率點跟蹤控制技術(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跟蹤控制技術(shù)實現(xiàn)全局尋優(yōu)。

（3）光伏陣列熱斑檢測技術(shù)。針對熱斑效應(yīng)會對光伏電池產(chǎn)生嚴(yán)重的損害，需要熱斑檢測技術(shù)實現(xiàn)組件熱斑檢測和準(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)的一個發(fā)展方向；對于大容量系統(tǒng)光伏系統(tǒng)的逆變器除了實現(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、電壓等級高，輸出電能質(zhì)量好，抗干擾能力強等特點。

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

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，光伏電站并不立即退出運行，而是繼續(xù)與電網(wǎng)相連，并對電網(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)。對于大型光伏電站必須有孤島檢測和低電壓穿越功能，但是這兩項功能相互之間具有一定的矛盾，如何共同實現(xiàn)這兩項功能值得去研究。

（2）逆變器集群統(tǒng)一控制技術(shù)。通過對多臺逆變器進(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、低電壓穿越、通信等功能。