马嘉男
国家电投集团承德新能源发电有限公司 河北省承德市 067000
摘要：在利用太阳能光伏发电供电时，需将太阳能生产的电力并入主供电网，并网技术的应用，直接影响供电效果。基于此，文章从太阳能光伏发电并网技术原理及特点入手，从应用要求、应用方式及常见问题三方面入手，探究如何科学应用太阳能光伏发电并网技术，加大新能源开发力度，实现清洁电力生产。
关键词：太阳能；光伏发电；并网技术；谐波
前言：在传统煤电行业中，存在能耗高、生态效益低的问题，面临能源匮乏、环保压力。新能源的开发利用是解决煤电生产缺陷的有效方法，太阳能光伏发电并网技术可将太阳能转变的电能直接并入主供电网，无需配置蓄电池，且供电系统负载显著下降，具有能耗低、效率高等作用，也为电力系统调度提供便利。
1.太阳能光伏发电并网技术
太阳能光伏发电并网技术是指将太阳能光伏电池组件生产的直流电，通过并网逆变器，转变为满足主供电网运行要求的交流电，使电能并入主供电网。在该过程中，光伏电池组件生产的电能不仅负责供给交流负载，还会反馈给主供电网[1]。基于该原理，太阳能生产的电能直接并入主供电网，无需配电池储存或释放电能，降低电力系统的能耗。同时，在太阳能光伏发电系统中，通过光伏电池组件与公用电网负责电力系统交流负载的供电，可避免电力系统出现负载缺电的问题，还可利用光伏发电系统实施调峰，保障高峰时段的稳定供电[2]。
2.太阳能光伏发电并网技术的应用
2.1应用要求
在太阳能光伏发电并网技术应用中，电力企业应遵循IEEE（电气与电子工程师协会）提出的技术要求，提高光伏发电的可靠性。细化来说，具体要求如下：
第一，接入点电压。在光伏发电系统中，IEEE对接入点电压提出明确要求，需控制在电网额定电压的88%-110%之间。以220V电网为例，接入点电压应控制在193-242V范围内。如接入点电压不处于规定范围，需通过并网逆变器调节，根据异常电压数值，选择合适的切入与切出时间。
第二，电流谐波。在光伏发电系统中，电流谐波含量会影响并网效果，要求总谐波畸变率控制在4%以内，不同谐波次数的电流谐波，谐波含量要求不同。例如，低于11h的谐波次数，谐波含量应低于4%；11-17h的谐波次数，谐波含量应低于2%；17-23h的谐波次数，谐波含量应低于1.5%等。
第三，电压闪变。在光伏发电系统中，接入并网逆变器后，接入点电压可能出现电压闪变现象，导致接入点电压偏离，IEEE要求接入点电压偏离幅度小于额定电压的5%。
第四，电网频率。电网频率要求与接入点电压类似，标准要求范围为49.4-40.5Hz，异常电网频率由并网逆变器调节。
2.2应用方式
就目前技术水平，太阳能光伏发电并网技术应用最为广泛的方式为分布式系统，系统结构包括光伏组件、DC/DC变换器、并网逆变器、控制器等，为电流并网提供支持。在分布式供电系统中，并网技术的应用方式分为以下三种：
第一，单级式PV并网技术。在该技术构成的发电系统中，光伏组件位于并网逆变器的直流侧，两者以串联方式连接，光伏组件间选择串联连接方式；工频变压器位于并网逆变器的交流侧，并与电网连接，实现并网。这种并网技术应用较少，大都用于大容量PV电站中，存在成本高、灵活性低的问题，如太阳光光照强度薄弱，发电效率显著下降，不满足主供电网需求。
第二，两级式PV并网技术。该在技术构成的发电系统中，光伏组件与DC/DC变换器连接，DC/DC变换器负责将直流电转变为稳定直流电压，位于并网逆变器的直流侧，并联连接；并网逆变器通过隔离变压器将交流电并入主供电网。常用DC/DC变换器包括Boost、Buck等。这种并网技术常用于中小容量的PV电站中，和单级式PV系统相比，基于两级式PV并网技术的发电系统具备更强灵活性，且运行效率更高，部署的控制算法更为简单。
第三，多级式PV并网技术。在该技术构成的发电系统中，包括三级电能变换，一级变换为光伏组件与DC/DC变换器间的电能转变，将直流电转变为交流电；二级变换为DC/DC变换器与AC/DC变换器间的电能变换，将交流电转变为稳定直流电压；三级变换为AC/DC变换器与并网逆变器间的电能转变，将稳定直流电压转变为稳定交流电压。该技术常用于中小功率且并网逆变器直流侧电压较低（即太阳光强度薄弱）的电站，具有较高的灵活性，但由于部署电能转换设备多，成本偏高。
在分布式光伏发电系统设计中，设计人员应根据发电系统的建设需求和实际条件，选择合适并网技术应用方式，保障光伏发电系统的经济性及可靠性。
2.3常见问题
就光伏发电系统应用现状而言，太阳能光伏并网技术应用时存在一定缺陷，影响主供电网的正常供电，需采取针对措施控制。细化来说，常见问题及解决方案如下：
第一，谐波污染。并网逆变器在将直流电转变成交流电时，会形成谐波，如谐波含量过大，加大并网损耗，并对电网产生电磁干扰，影响电网功率平衡。为规避该问题，技术人员应在光伏发电系统中部署谐波检测装置，按照IEEE对谐波的技术要求，评估并网产生的谐波是否符合要求，一旦发现谐波超标，立即调节并网逆变器的逆变桥输出，使输出电流波形出现变化，减少谐波的产生，保障安全并网，也可在光伏发电系统中部署无源滤波器或有源滤波器，消除谐波。
第二，电压波动。太阳能光伏发电并网技术的应用技术在于太阳能与电能间的相互转化，太阳光的强度越大，产生的电能输出功率越高。由于太阳能的强弱难以控制，所以光伏发电系统的电能输出功率处于动态变化状态，引发电压波动，如直接将电压波动的电流并入主供电网，影响供电稳定性。为规避该问题，技术人员应根据电压波动状况，实施电压补偿，确保并网后电压符合主供电网运行要求[3]。
第三，无功平衡。通常来说，太阳能光伏发电系统的无功平衡功率应超过0.98，但在实际并网技术应用中，存在功率因数下降现象，导致无功失衡，严重时会使发电系统崩溃。为规避该问题，技术人员应在光伏发电系统中部署无功补偿装置，按照光伏组件装机容量的60%，调节发电系统的无功平衡功率，使其维持在0.85-0.98范围内，提高电能供应可靠性。
以某光伏发电系统为例，技术人员考虑到并网技术应用面临的问题，引入PI级联准谐振PR控制器，负责管控光伏发电系统的并网逆变器，规避其对主供电网谐波、电压、功率的影响，取得理想控制效果，为并网技术的可靠应用提供支撑。细化来说，该控制器是在dq坐标系下实施PI控制，按照公式计算逆变电流，结合系统控制框图，计算有功电流及无功电流；考虑滤波器应用缺陷，于dq坐标系中部署电网电压前馈，提高光伏发电系统谐波抑制能力；基于传统PR谐振控制器的缺陷，选择准PR控制方式。在实践应用中，该控制器可有效抑制7次谐波，增益达到40dB，谐波含量减少约50%，总谐波畸变率为1.21%，符合技术要求，可在光伏发电并网技术中推广应用该控制器。
结论：综上所述，太阳能光伏发电并网技术优势显著，电力企业应遵循IEEE的要求，控制接入点电压、电流谐波、电压闪变及电网频率，合理设计分布式太阳能光伏发电系统，并注重谐波污染、电压波动及无功平衡问题的控制，保障太阳能光伏发电并网技术科学应用，发挥其供电优势及作用。
参考文献：
[1]贺金山,李雪.太阳能光伏发电并网技术的应用分析[J].科技风,2020(05):18.
[2]董强.光伏发电与并网技术分析[J].中国设备工程,2020(03):196-197.
[3]范秩玮.太阳能光伏发电并网系统运行继电保护研究[J].产业科技创新,2019,1(18):67-68.