刘海晨
国家电投集团（北京）新能源投资有限公司，北京 100032
摘要：光伏发电系统主要依靠太阳能将太阳能转化为电能。光伏发电并网系统中形成了许多技术要素，结构十分复杂。该技术的关键是实现太阳能的转化，解决电力消耗的一些问题，将清洁能源更多地应用到企业和工程建设中。在此过程中，光伏并网发电系统的技术起着重要的作用，因此有必要加强对系统运行环境的控制。
关键词：光伏发电；并网关键技术
1 光伏发电及并网技术
1.1 光伏发电
光伏发电的本质是利用太阳光照射光伏组件。在光伏效应的作用下，电荷积累产生电动势，并最终转化为电能。以分布式光伏发电系统为例，该系统由太阳能电池阵列、直流配电柜、控制器、逆变器和交流配电柜组成。每个部分的功能各不相同，其中逆变器和太阳能电池阵列是最重要的。在设计中，要求太阳能电池阵列串联，并将所有电池模块有效地组合在一起，以获得更大的电压，确保充分满足输出要求。由于光和温度的控制，外界条件的变化会对光伏发电的效率产生重要影响，因此整个过程控制度低，随机性强。此外，光伏电源输出直流，必须转换成交流电源才能正常应用。光伏发电技术还具有变化快、功率小的特点。如果应用于生产和生活中，应采取一些处理措施。
1.2 光伏发电并网技术
1.2.1 集中式并网技术
集中式并网是指光伏发电电能直接输送给公共电网，由公共电网经过统一调配后供用户使用。整个过程与大电网保持单向电力交换，且电压等级在10kV以上。集中式发电系统一般由几千个光伏组件、光伏开关站等构成。充分利用广袤的农田、荒漠地区丰富和相对稳定的太阳能资源构建大型光伏电站，接入高压输电系统供给远距离负荷使用，这就是集中式并网发电。集中式发电规模很大。以某40兆瓦农业光伏（应用于农作物）项目为例，其总规划用地面积为1090亩，共分为40个单元，每个发电单元布置4532块光伏组件，建有35kV开关站一座，建成后预计年均上网电量达5200多万千瓦时。一般情况下，集中式光伏发电需要依赖长距离输电线路送电入网，由于供电量较大，也是电网的一个较大的干扰源，存在着电压跌落、输电线路损耗、无功补偿等问题。大容量的光伏电站由多台变换装置组合实现，这些装置协同工作、信息系统、远程处理等技术尚不成熟。为保证电网安全，大容量的集中式电量接入需要有LVRT（低电压穿越）等功能，。LVRT是指当光伏电站并网点电压跌落时，光伏电站能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网电压恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间（区域）。这样才能保证公共电网稳定性。
1.2.2 分布式并网技术
分布式并网是指光伏发电电能被直接分配到用电负载，若电力多余或不足，则连接大电网进行调节。整个过程与大电网保持双向交换。分布式光伏发电的构成主要包括：（1）太阳能电池组件；（2）保护装置；（3）电路；（4）逆变器；（5）电网接口。其中太阳能电池组件是光伏系统中的核心部件，其作用是把太阳能转化成电能。逆变器是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池组件产生的电为直流电，而实际应用过程中绝大部分负载都是交流负载，因此需要此装置将直流电转换成交流电以供负载使用，且可并网向国家大电网供电。在分布式系统的并网技术中，发电与用电并存。针对发电，地面电站要将多余电量升压、变频后接入配电网，实现区域就地消纳原则，而不是公共电网。根据配电网中的潮流方向要调整变化，逆潮流导致额外损耗，相关的保护都需要重新整定，变压器分接头需要不断变换。要装配电压和无功调节控制技术以及防止短路技术的设备。需要配电网级的能量管理系统，在较大规模电量接入的情况下进行负载协同管理；对二次转换设备和通讯提供了新的要求，系统较复杂。在分布式光伏系统设计时，其系统要与公共电网衔接很关键。在设计电网接口时，要关注光伏(PV)系统电网接口特性（国家标准GB/T20046-2006）中的关键指标，使得系统设计规范，并网性能优良。
2 光伏发电并网技术现存问题
2.1 对系统无功电压特性的影响
由于日照时间和强度的影响较大，光伏电站通常位于荒地、戈壁、沙漠等海拔高、日照时间长的地区。但这些地方存在人口少、负荷水平低、用电需求低等问题。因此，光伏发电的大部分电能都是通过高压远距离传输到负荷中心的。这样，有功输出的随机波动会影响电网的无功平衡特性，导致输电线路母线沿线电压出现较大波动。此外，由于大规模光伏电源并入电网的无功功率和电压支持水平有限，进一步增加了电压质量超标甚至不稳定的风险。
2.2 对电网运行控制的影响
因为光伏发电主要利用阳光,它将受到天气的影响,有很大的不确定性,这使得在短期负荷预测的准确性下降,但也会增加发电计划和分配操作的难度在传统模式下,并增加截面开关电源的控制。光伏发电系统并入电网后，电网中功率点的数量会增加，而这些功率点的分布并不是任何规律，而且功率点的单点规模也非常小。这些问题增加了电力控制和电网运行控制的难度。
3 光伏发电并网关键技术策略分析
3.1 合理开发利用光伏资源
近年来，国家大力倡导发展光伏发电产业，积极推进“光伏扶贫”工程，探索了产业扶贫、生态扶贫、清洁能源建设扶贫的新途径。光伏扶贫清洁环保、技术可靠、效益稳定。既开发新能源，又实现扶贫增收。为贫困地区培育新型扶贫产业，为加强贫困村集体经济建设开辟了新路，为解决贫困人口稳定脱贫提供了新思路。然而，新能源项目选址与电网建设衔接不够，无序发展问题严重。电力公司应该进行干预和提前计划,理顺光伏发电的管理过程,彻底实现国家光伏政策,实现政府的双赢局面,贫困家庭和电网发展和合理利用现有条件,如土地、车间或者仓库屋顶,水库、湖泊等来源,为光伏产业的发展铺平道路。
3.2 建立健全光伏并网的相关标准以及规范
在正式进行并网之前，电网首先要对光伏并网发电系统相关的技术参数、基本控制性能和电网能够承受的扰动能力的相关标准进行充分的研究分析，制定出光伏并网的相关技术标准（主要包括接入电压等级、光伏发电的规模、无功配置以及电能质量等等），同时也要对大规模接入光伏发电系统所需要具备的条件等相关技术标准以及规范进行研究。通过相关标准和规范的制定，从制度层面来保证并网后不会对原有电网安全运行造成损害。
3.3 电网运行控制
对于并网之前的配电系统，其调度和监控均由电力组织进行管理。原始的配电网络结构属于无源辐射类型，因此在开关操作，信息收集和能量调度方面相对简单。然而，在集成了光伏发电系统之后，该过程变得非常复杂。为了有效地控制电网的运行，有必要对光伏电站的发电情况进行远程监控，并对分布式光伏发电的信息和对象进行远程监控，以充分掌握和控制输入分布式电源的投入、退出以及功率的流动。
3.4 完善防雷系统
防雷系统的应用是专门用于解决光伏并网发电技术中的防雷问题。电网连接系统遭雷击时，破坏范围非常大。要全面实施防雷系统，规范防雷接地，避免并网系统遭受雷击破坏。例如:变电站的屋顶等结构安装有防雷装置。普通防雷装置均有防雷带。采用环形安装方式，引线独立设计，促进并网系统电气设备合理接地。此外，应实施电气设备特别是变压器的外壳接地，积极提高并网系统的防雷水平，全面保护并网光伏发电技术，提高应用效率。
4 结语
光伏发电作为一种新型能源发电技术，具有巨大的经济和环保优势。但也正因为这项技术诞生不久，仍有很多方面需要改进，尤其是光伏发电系统与大电网相结合，会影响整个电网的性能。因此，在光伏发电中，不仅要加大力度研究并网技术原理，还要保证配电网规范的安全性和合理性，从而促进光伏发电系统和大电网的稳定运行。
参考文献：
[1]辛乳江,魏勇.光伏发电并网关键技术及对策探究[J].工业技术创新.2017(01)
[2]张兴文.光伏发电并网关键技术及对策探究.电力系统装备.2018