黎倍坚
中国能源建设集团广东火电工程有限公司 广东广州 510735
摘要：在社会经济飞速发展的大背景下，现代人越来越认识到自然资源短缺的严峻性，开始将研究和关注的焦点集中到可再生能源上面，其中太阳能光伏发电是当前最受青睐和认可的清洁能源之一。太阳能属于可再生能源，而且其在各个领域都有着非常广阔的应用空间和发展潜力，加之太阳能资源所具备的清洁、无污染等优势，让其成为了现代人眼中最为看好的可再生利用资源。在太阳能光伏发电系统安全、高效运行中，电气自动化应用技术起到了必不可缺的作用。
关键词：电气自动化；太阳能；光伏发电；具体应用
一、太阳能光伏发电的发展现状
如何制定能源与环境可持续发展战略，是今天世界各国面临的普遍问题。发展绿色能源，推行节能环保，是解决这问题的重要途径，也是当前各种新能源受到世界广泛关注的原因。太阳能光伏发电，就是利用光伏效应将太阳能转化成为电能，从而将不可控的太阳能转化成为可控的电能，以满足人类能源需求。太阳能光伏发电具有显著优势：首先，太阳能是一种不会枯竭的能源；其次，太阳能利用能够突破地域限制而展开最广泛的利用；再次，太阳能光伏点基本都是静态的，这也使其硬件维护非常便捷，设备寿命有较长的保障。光伏发电技术已日趋成熟，并逐渐从过去的独立系统，朝大规模并网方向发展。在西方国家太阳能光伏发电技术已经非常成熟，我国在太阳能利用方面也处于世界前列。本文将根据作者从事光伏电站建设方面多年的一些实践经验，谈谈自己的对光伏发电系统的理解，与同行进行探讨。
二、太阳能光伏发电的原理
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，关键元件是太阳能光伏电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。
如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的光子能够在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激发，以致产生电子空穴对。界面层附近的电子和空穴在复合之前，将通过空间电荷的电场作用被相互分离。
通过光照在界面层产生的电子空穴对越多，电流越大。界面层吸收的光能越多，界面层即电池面积越大，在太阳能电池中形成的电流也越大。
在大型光伏并网电站中，太阳能光伏组件阵列应用其光电特性，将太阳能转化为电能，并以直流电形式输出，然后经过三相逆变器（DC-AC）转换成电压较低的三相交流电，再通过升压变压器转换成符合公共电网电压要求的交流电，此外还涉及到保障系统安全的一些辅助测控设备，最终接入公共电网，供公共电网用电设备使用和远程调配。
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三、光伏发电系统部分设备
3.1光伏组件
太阳能光伏发电系统中，最关键、投资概算占比最大的是光伏组件。在光伏电站建设前期，建设方会根据各种因素对光伏组件进行综合比选，选型原则：在产品技术成熟度高、运行可靠的前提下，结合电站站址的气象条件、地理环境、施工条件、交通运输等实际因素，综合考虑对比确定组件型式。然后根据光伏电站所在地的光照资源状况和选用的光伏组件类型，测算出光伏电站的发电量，通过分析对比选择综合指标最佳的光伏组件。
一般商用光伏组件主要有以下几种类型：单晶硅组件、多晶硅组件、非晶硅组件等，目前市场使用率较高的类型及性能参数如下表：
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3.2 光伏阵列汇流箱
光伏阵列汇流箱是保证光伏组件有序连接和汇流功能的接线装置。该装置能够保障光伏系统在维护、检查时易于分离电路，当光伏系统发生故障时减小停电的范围。汇流箱内装有直流输出开关、避雷元件、防逆流元件及端子板等。
避雷元件是防止雷电浪涌侵入到太阳能光伏组件阵列或逆变器的保护装置。为了保护光伏组件阵列，通常会在每一个组件串中安装避雷元件，也有在光伏组件阵列总输出端上安装。
如果光伏组件阵列的组串之间产生输出的电压不平衡，当这个不平衡电压达到一定值以上时，在组串之间会出现反向电流。为防止这种反向电流，在每个组串上安装防逆流元件。防逆流元件一般使用二极管。
3.3光伏逆变器
一般光伏并网发电系统中的逆变控制技术是有源逆变，其运行条件需依赖强大的电网支撑。为了获得更优的控制性能，并网逆变器采用输出电流源的方式并网，具有一定的抗干扰能力、环境适应能力、瞬时过载能力及各种保护功能如在故障情况下，逆变器自动从主网解列。按是否带变压器可分为无变压器型和有变压器型，对于无变压器型逆变器，最大效率98.5%和欧洲效率98.3%；对于有变压器型逆变器，最大效率97.1%和欧洲效率96.0%。
3.4 SVG 无功补偿装置
SVG可分为电压型桥式电路和电流型桥式电路，由于电流型结构效率不高，现阶段多使用电压型，在讨论工作原理时，电压型SVG的通过连接电抗器将自换相逆变器并联在电网上，通过控制装置输出电压的幅值和相位来调节SVG发出或吸收目标无功功率。其工作原理图如图1（a）所示，其中，电网电压用SU表示，SVG输出的交流电压用IU表示，电抗器L上的电压用UL表示，系统电流用符I来表示。由于连接电抗器与SVG本身会有一定的损耗，电压UI和电流I之间仍旧差900，但是电网电压和电流之差不是900，而是90°—δ。该δ角即为电网电压US与SVG的交流侧电压UI之间的相位差。通过相位差与UI幅值的改变，即可改变输出电流的相位与幅值，如此便控制了SVG吸收的无功的性质和幅度。
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四、电气自动化在光伏发电系统中的应用
4.1电气自动化在光伏发电系统中的意义
一个光伏电站系统中，往往千千万万个光伏组件组成，一个光伏组件在意义上就是一个小发电系统。为保证发电系统能持续在安全、高效状态下运行，引用电气自动化系统具有必不可缺的意义。它可以有效降低人工操作强度，预防人为误判、疲劳、延迟等各种因素造成的发电系统失效、低效问题，维护整个电力系统的安全性及稳定性。
4.2电气自动化在变压器差动保护中的应用
在变压器的各侧均装设电流互感器，把变压器各侧电流互感器副边按差接线法接线，即各侧电流互感器的同极性端都朝向母线侧，将同极性端子相连，并联接入差动继电器。在继电器线圈中流过的电流是各侧电流互感器的副边电流之差，也就是说差动继电器是接在差动回路的;从理论上讲，正常情况下或被保护区域外故障时，流入变压器的电流和流出的电流(折算后的电流)相等，差动回路中的电流为零。（要使主变高低压测电流互感器二次侧电流值一致，必须选择不同变比的电流互感。）但因各种因素流过差动回路中存在不平衡电流，电气自动化技术可以有效监测回路中异常情况，高效准确地捕捉和判断的数据信息，一旦差动电流大于差动保护装置的整定值时，启动保护动作，将被保护变压器的各侧断路器跳开，使故障变压器断开电源。
4.3电气自动化在光伏发电系统逆变控制的应用
逆变器是光伏并网系统中技术研发占投入比例最大的设备，如何实时地调节光伏模块的输出功率，在任何外界环境下实现最大功率点跟踪（MPPT）是技术研发的主攻方向。
电气自动化控制技术在其中起的作用十分关键，为了使得逆变器转化效率提高，更加智能化的逆变器控制方式也随之快速发展，研发人员采用了最大功率点跟踪（MaximunPowerPointTracking,MPPT）技术，MPPT 技术是在光伏组串的等效内阻与发电负载之间加入了一个 DC-DC（直流）变换器，经过内部控制程序监测光伏组串的电压与电流，计算出发电功率，判断是否在最大功率点电压值的位置，如果达不到最大功率则需要不断调整 Boost 电路的占空比，使得输出电压接近最大功率点的电压值，通过这样不断的调整从而实现时刻保持最大功率点输出，以此提高发电效率。
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4.4电气自动化在无功补偿控制中的应用
太阳能光伏发电，理论上非常简单然而实际上的装置十分复杂，而且其中有大量的电子元器件组成。所以在系统运行过程中，容易出现各种谐波，这会在很大程度上影响电力系统稳定性，使得光伏发电所得的电能质量不高，这对于太阳能的利用是非常不利的。同时，各种电子元件在工作过程中，还必然会发生无功损耗，这也进一步影响了太阳能的利用效率。通过应用电气自动化技术，能够确认无功功率的具体的需求，从而针对性的给与相应的补偿，这样就能够对这两方面都予以有效改善，提升系统稳定性，这对于推动光伏发电的大规模应用非常重要。
五、结束语
本文主要介绍了太阳能光伏发电系统中的主要组成设备，分析了电气自动化在太阳能光伏发电中的运用，进而阐述了电气自动化在太阳能光伏发电中的重要地位。通过对其实际的运用策略进行分析推断，可通过不断提高电气自动化在太阳能光伏发电中的运用，从而使太阳能光伏清洁能源可以更好地服务社会各个领域，助力践行绿水青山就是金山银山的理念。
参考文献
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