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摘要：曾经，人们将并入电网之后的光伏发电系统看作是一种理想电网，也就是可以完全忽略电网阻抗的影响，所以在设计光伏发电系统的过程中，也没有考虑电网阻抗可能造成的影响，然而，在实际应用中，在光伏发电系统与配电网介入的过程中，电网阻抗产生的影响不可忽视。探讨和分析电网阻抗对光伏发电介入电网的影响，改善和提升光伏发电系统在弱电网情况下的可靠性，对于光伏发电来说，有着十分重要的意义。本文将重点讨论弱电网情况下光伏发电系统运行分析与控制，以期推动光伏发电系统为我国的电力事业做出更大的贡献。
关键词：弱电网；光伏发电系统；运行分析
引言：
人类社会和经济的发展，离不开能源的支持。然而，社会发展至今，人类对于能源的利用，特别是对一次能源的利用，导致能源危机已经逐渐显现，并且制约着人类社会前进的脚步。在新能源的探索过程中，太阳能以其无污染、可再生的特点逐渐在能源行业占据较高地位。随着光伏发电技术的日趋成熟，光伏发电系统在我国的电力系统中的地位也越来越高。基于光照、土地等资源限制，大规模光伏发电站通常都处在半沙漠甚至沙漠地区，光伏产生的电能与地区电网以输电线路和多压升级的方式连接。然而，这些其余的电网结构比较薄弱，所以，一旦接入，原来的电网的联系就会受到较大程度削弱，此时电网阻抗就成为不可忽视的影响因素[1]。在弱电网情况下，并发发电系统的性能会受到电网阻抗、并网点等的影响，甚至会严重影响到光伏发电系统的可靠性。
一、光伏发电的原理
光伏发电，其本质上知识一种能量转化，就是通过光伏发电系统，使得太阳能转化为电能。在光伏发电的过程中，光生伏特效应有着十分关键的作用。光生伏特效应，具体来说，就是在半导体界面的平台上发生的一种物理变化。光伏发电系统中的核心组间是太阳能电池，一定数量的太阳能电池通过串联的方式连接就能够构成太阳能电池组，当前主要用作太阳能电池的材料是半导体硅材料[2]。光伏发电装置，主要就是由太阳能电池组、逆变器、直流交换器、功率控制器等几部分构成的。光伏效应的过程，就是当太阳光照射到太阳能电视后，太阳光会直接被电池界面层吸收，并且在N型硅与P型硅的基础上，光子会激发共价键中的电子，进而发生电子——空穴对。电子——空穴对形成以后，会暂时存留在界面层附近，此时空间电荷所引发的电场作用会将电子、空穴分离，这种分离状态直到电子与空穴复合。处于分离状态的电子——空穴对，电子会逐渐移动到N区，P 区由于有负电荷，因此空穴会逐渐移动到P区。此时，在P区与P区之间，受到界面层电荷分离的影响，就会出现向外可测试电压[3]。通过与电压表连接，这电压是能够测试出来的，当然需要建立在硅片两边加上电极的基础上。当前，晶体硅是作为太阳能电池最常用的材料，能够产生0.5v到0.6v的开路电压。在这个过程中，太阳光直接照射半导体P-N结上，进而形成电子——空穴对，于是，电流就此形成了。在空穴从N区流动至P区的过程中，电子也会同时从P区流动到N区，于是，在半导体P-N结内，就形成了微小的电场，流动的电流也就此出现。电流的大小，直接决定于电子——空穴对的数量。电子——空穴对多，则电流大；电子——空穴对少，则电流小，成正比关系。而电子——空穴对的数量，很大程度上取决于太阳能电池界面层所吸收的光能。通过太阳光照射，界面层吸收光能越多，电子——空穴的数量就越大，产生的电流就越大。这也就是光伏发电的工作原理[4]。
二、弱电网情况下光伏发电系统的控制
（一）光伏逆变电源运行模式
弱电网不仅能够运行于并网状态下，也能够以孤岛模式运行于离网状态下。在并网运行过程中，大电网电压会对弱电网形成一定的影响，使得弱电网采用电流源控制光伏电源的策略，从而实现光伏电源的无电压控制。弱电网中心控制器，不仅能够控制有功功率，还能控制无功功率，这就是PQ逆变电源。一旦弱电网断开与大电网之间的联系，弱电网覆盖的区域内，用电负载的功率需求将全部通过光伏电源来满足。在并网状态下，PQ控制也能够发挥作用，然而当微电网独立运行时，无法全部满足其需求。
对于负载需求的实际功率，光伏电压能够实现自动输出，并且可调节弱电网交流母线电压，从而保证弱电网的电压具有一定的稳定性和可靠性。基于下垂特性的电源控制方式由于其所具有的特性，在光伏电源控制中有着十分广泛地运用，在此情况下，电源的有功功率与电压频率形成某种固定联系，从而当光伏电源具有不同输出功率时，电压频率也会发生一定的不同；电源的输出功率一定成熟上决定了输出频率。当输出电源的幅值、频率、相位均保持一致的时候，并联运行的光伏电压就不会形成环流。此时，逆变电源对其实施采样，然后输出电压电流信号，进而可得出输出功率，并以此为依据实施解耦。在下垂特性方程的帮助下，我们可以计算出逆变器参考信号的频率与幅值，从而在完成逆变以后，实施输出功率。
（二）运行控制分析
当前，弱电网的主要控制方式有以下四种，一种是主从控制方式，一种是对等控制方式，一种是系统控制方式，另外还有一种是多代理技术控制方式。当弱电网的运行为离网状态下的孤岛模式时，主从控制方式最为常见。当并网运行以后，与大电网相比，弱电网的容量无疑要小得多，因此大电网对系统频率的稳定性能够有所保障，所以弱电网不必承担频率调整的功能，只要输出有功功率和无功功率即可。在孤岛模式下运行，可以通过v/f模式对主从控制系统中的主控单元实施控制，进而达到维持稳定的系统电压和很定的系统频率的目的。主从控制方式的控制过程通常如下：检测单元检测弱电网与配电网的连接状况，确认二者之间处于断开状态时，则采用孤岛模式运行，于是主从控制策略成为弱电网的控制策略，并以v/f控制的主控源调节弱电网中的电压幅值和电压频率，从而保证其稳定性。一旦弱电网内符合发生变化，则基于负荷的变化方式，主控源调节输出电流，从而改变输出功率。此外，主从控制模式还会检测和计算自身功率的变化状况，并依照当前发电单元对电网中其他系统的输出功率做出适当的调整，从而达到改变输出功率的目的。当其他系统输出功率增加，则主控源输出功率降低，从而使得在任何时候主控源都能具有足够容量来调整瞬时功率[5]。
当弱电网中，可供调节的有功容量或无功容量不足时，就需要通过主控源自身实施调节。当弱电网中符合增加，基于负荷的电压依赖性，需要对电压值做适当的降低；如果这种方式依然无法实现功率平衡，则可通过将弱电网中次要负荷切除的方式来保证弱电网的稳定运行。对等控制方式，对于弱电系统中的频率调节和电压无差调节无法达到理想效果，一旦有外来因素冲击或影响弱电网时，系统频率就会发生一定程度的起伏，从而导致系统的频率质量无法得到有效保障。
三、小结
随着社会的不断发展，能源的重要性越发突显，社会生产和生活的各个领域都对能源有着极高的依赖性。然而，就当前世界对能源的利用状况来看，依然以一次能源为主。然而，一次能源的总量是有限的，在现代社会高耗能的态势下，一方面能源总量持续降低，另一方面对自然环境也造成了较大的破坏，当前能源枯竭以及对自然环境的破坏成为了世界范围内广泛关注的问题。为了有效应对能源危机和环境污染，并保证经济发展对能源的需求，世界各国纷纷在新能源、可再生能源和清洁能源方面展开广泛研究。迄今为止，效果最显著的新能源技术就是光伏发电技术。光伏发电系统清洁、无污染，并且随着该技术的日趋成熟，有更多的优势体现出来，并网成本低、运行方式灵活、供电稳定性高等等。曾经，人们将并入电网之后的光伏发电系统看作是一种理想电网，也就是可以完全忽略电网阻抗的影响，所以在设计光伏发电系统的过程中，也没有考虑电网阻抗可能造成的影响，然而，在实际应用中，电网阻抗对光伏发电系统的影响无法忽略，因此，对电网阻抗对光伏系统的影响展开深入讨论，具有十分重要的现实意义。
参考文献：
[1]王强钢，周念成，颜伟，等.电网电压不平衡下光伏发电系统的改进功率控制[J].中国电机工程学报，2013，（S1）：30-37.
[2]熊远生，俞立，徐建明.光伏发电系统多模式接入直流微电网及控制方法[J].电力系统保护与控制，2014，（12）：37-43.
[3]佟云剑, 沈健, 刘鸿鹏, 等. 光伏发电系统运行模式无缝切换控制策略[J].电网技术,2014(10):2794-2801.
[4]刘杏林，韩肖清，曹增杰，等.微电网光伏发电系统控制与稳定性研究[J].电力学报，2012，（1）：10-14.
[5]裴建楠，康宁，李思佳，李明，任鸿源，李天宝，张东.弱电网情况下光伏并网系统的控制策略研究[J].电测与仪表，2015，52（21）：28-33.