光伏并网发电问题研究

　　节能和环保是推动光伏并网发电系统发展的不竭动力，光伏并网发电技术在不断完善，发电的成本也在不断降低。因此，在技术方面解决设备的安全、高效运转问题是促进光伏并网发电系统走向成熟的标志，也是光伏并网发电大规模投入应用的个关键环节。

　　光伏并网发电是新能源的重要表现形式之一，具有乐观的发展前景。本文首先介绍了光伏并网发电系统的概念及类型，然后分析了仿真技术装备和电网监测、保护、控制装备存在的问题，最后有针对性地提出相应的解决方案，并对全文进行总结。

　　一、光伏并网发电系统的概念及类型

　　光伏并网发电系统的概念。光伏并网发电系统指的是太阳能光伏发电系统和普通电网相连，二者共同为供电系统服务[1]。在有太阳时，逆变器把光伏系统的直流电逆变为正弦交流电，形成的交流电直接由交流负载，继而把剩余的电能输进电网，或把产生的电能全部输入电网。在没有阳光时，负载用电则全部来源于电网。

　　光伏并网发电系统的类型。光伏并网发电系统可以分为以下四类：

　　有逆流并网光伏发电系统。当太阳能光伏系统能提供较多电能时，可以把多余的电能输进公共电网，为公共电网提供电能；当太阳能光伏系统无法提供充足的电能时，则公共电能会向其供电。以上两个过程正好互逆，因此被称为有逆流光伏发电系统。

　　无逆流并网光伏发电系统。当太阳能光伏无法提供充足的电能时，公共电网会给予帮助，相反，太阳能光伏发电系统即使在可以提供充足的电能时，也不对公共电网输电。此过程不能互逆，因此被称为无逆流并网光伏发电系统。

　　切换型并网光伏发电系统。这种系统在双向切换时可以自动运行。一方面，在阴雨、多云等恶劣天气或系统出现故障时，不能提供充足的电能，切换器可以进行自动切换，使公共电网为其提供电能。另一方面，在突然停电时，光伏系统能通过自动切换与电网隔离，独立进行工作。部分切换型光伏发电系统可以在普通负载与应急负载之间转换供电，而且切换型并网发电系统具备储能的功能。

　　第四，有储能装置的并网光伏发电系统。这种系统可以在普通的光伏并网发电的基础上配置不同的储能装置，因而具有较强的主动性，在限电、停电或系统出现故障时，可以独立向负载提供电能。因此，有储能装置的并网光伏发电系统能为加油站、医疗设备、避难场、紧急通信电源等场所的照明、指示进行应急负载供电。

　　二、光伏并网发电存在的问题

　　仿真技术装备。仿真技术可以为电网正常运行与安全控制提供保障。与传统发电相比，光伏并网发电系统具有动态特点与稳态特点。因此，光伏并网发电可以对理论、设计、规划、运行和控制等过程进行深入地分析研究[2]。由于光伏并网发电原理较为复杂，还存在安全稳定和电能质量等问题，因而需要建立相应的试验基地，减少实验环境等不良因素给试验研究带来的干扰。光伏并网发电系统工作原理及动态干扰、系统安全检测和控制设备等问题的研究都离不开仿真技术的介入，仿真实验、数据分析及技术设备的开发对光伏并网发电具有重要的指导意义。

　　电网监测、保护和控制装备。发电系统电网调度运行的关键环节是运行工况，光伏发电系统以中低压的配网形式接入到发电网之中，扩大了电网监测的范围，而且光伏并网发电有实时监测信息类别与传统模式有较大差距，这对电网的监测设备提出了更高的要求。电力电子装置与多样化的类型的应用，使得微网与普通输电系统、配电系统存在较为悬殊的差异。此外，微网的独立运行与并网运行之间需要频繁的进行切换，给光伏并网发电带来了较为复杂的控制和保护问题。因此，只有对传统的控制和保护系统进行大幅度调整才能符合科技更新发展对光伏并网发电提出的严格要求[3]。

　　三、光伏并网发电的应对策略

　　（一）构建发电系统的研究实验与验证环境

　　建模研究与仿真对比。对于光伏并网发电系统的研究，首先应该了解发电系统的发电和控制特征，然后在软件系统中建立相应的动态与静态模型，在理论与实践的对比中建立系统完善的发电模型。仿真技术的运用极大地发挥了其测算分析作用，为光伏并网发电的实验研究提供了技术上的支持，促进了光伏并网发电的改革与发展。

　　仿真实验环境。基于光伏并网发电系统建立的模型，建立光伏发电系统典型运行方式、典型光伏发电系统、典型控制措施、典型故障场景和典型并网方式等典型案例，运用仿真技术对其测算，通过系统分析与积累经验，建立光伏并网发电系统的数据库，进而为未来的实验研究提供良好的数据平台和实验环境，促进光伏并网安全稳定的进行发电。

　　影响发电系统安全稳定的因素。建立光伏并网发电系统的实验基地，借助RTDS仿真技术工具处理接口问题，构建安全稳定的实验环境，设置光伏并网发电系统的典型故障场景、并网方式和典型的运行方式，最终借助仿真技术对影响光伏并网发电系统安全稳定的条件进行测验。

　　扰动对光伏发电的影响。建立电力系统与光伏并网发电系统的仿真软件数据接口，根据光伏并网发电系统的并网方式和运行方式对光伏并网发电系统的运行特点进行观察、分析、研究，进而确定影响光伏并网发电系统的扰动因素，为光伏并网发电系统研究提供实验支持。

　　（二）光伏并网发电接入公共电网运行的相关问题研究

　　配电系统的保护原理和技术。光伏并网发电系统接入微网之后，使配电系统的故障特点发生了改变，并对电气量的变化造成了严重影响。因此，在传统的光伏并网发电模式下，故障检测系统面临着新的威胁与挑战，需要研制新的配套保护措施来实现故障检测方法和检测技术的变革。

　　孤岛检测与继电保护。光伏并网发电系统在发生故障时，会采取孤岛运行的方式自动切断电网，独立对当地负荷提供电能。为了使用电的安全和质量得到保障，应该迅速对孤岛进行检测，并对孤岛和与系统分离的部分采取相应的措施，尽快解决系统故障，使光伏并网发电系统恢复到正常工作的状态中来。对于孤岛优化、切除负荷、无缝切换控制技术、配电网控制与保护技术的研究，可以有效地使光伏并网发电系统对电能的供应[4]。

　　配电系统电能质量分析与控制。光伏并网发电系统具有不确定性和功率波动的特点，可能会影响电能的质量，而且逆变器产生的谐波也会对配电系统的谐波造成冲击。此外，光伏并网发电传统还可能通过单相电源的配网来增加配电系统的不平衡性[5]。因此，对光伏并网发电的配电系统和电能质量的综合研究与分析必不可少，需要相关专家提高科研水平，对光伏并网发电系统进行创新。

　　配电系统的实时监视、控制和调节。由于原配电网具有无源放射性特点，开关操作、信息采集和能源调度等工作较为容易，因此，原配电系统供电部门负责实时监视、调度和控制等多种职责。然而，新型的配电网较为复杂，需要增加检测信息的范围和类型，而且还需要增加协调控制对象。

　　总之，光伏并网发电系统既具有许多优点，也存在一定的问题，应该利用高新技术客观地分析解决问题，例如光伏并网发电的电能质量、稳定性、孤岛效应和电网监测控制设备等问题，推动光伏并网发电系统朝着安全、高效、稳定的方向发展。

　　林景芳 文