分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用分析

● 深圳供電局有限公司 俞 垚 方大川

國(guó)家節(jié)能減排的政策要求大力推廣建設(shè)綠色電網(wǎng)，分布式光伏發(fā)電作為其中重要的一種，受到國(guó)家和地方政府的大力扶持。

簡(jiǎn)化并網(wǎng)流程，為分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電鋪平了道路。比如分布式光伏發(fā)電應(yīng)用在變電站站用電源中，構(gòu)成一個(gè)站用電微網(wǎng)系統(tǒng)，形成一種變電站輔助設(shè)備新型高效節(jié)能用電的解決方案，能有效為變電站提供一個(gè)高效、可靠、安全、經(jīng)濟(jì)的供電環(huán)境。

1 分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)工作原理

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)一般由太陽(yáng)能電池組件、并網(wǎng)逆變器等組成。有些系統(tǒng)還包括匯流箱、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)、運(yùn)行顯示和監(jiān)控等設(shè)備。光伏并網(wǎng)發(fā)電方式是將太陽(yáng)能電池陣列所發(fā)出的直流電通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)變成交流電能輸送到電網(wǎng)中。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)原理示意圖如圖1所示。

圖1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)原理示意圖

1.2 太陽(yáng)能電池工作原理

太陽(yáng)能電池是通過(guò)光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。太陽(yáng)能電池工作原理的基礎(chǔ)是半導(dǎo)體PN結(jié)的光生伏特效應(yīng)。其基本原理是當(dāng)物體受到光照時(shí)，物體內(nèi)的電荷分布狀態(tài)發(fā)生變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流的一種效應(yīng)。當(dāng)太陽(yáng)光或其他光照射半導(dǎo)體的PN結(jié)時(shí)，就會(huì)在PN結(jié)的兩邊出現(xiàn)電壓，叫做光生電壓。光能以產(chǎn)生電子空穴對(duì)的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。太?yáng)能電池工作原理示意圖如圖2所示。

圖2 太陽(yáng)能電池工作原理示意圖

1.3 逆變器工作原理

逆變器是一種由半導(dǎo)體器件組成的電力調(diào)整裝置，主要用于把直流電轉(zhuǎn)換成交流電。逆變器主要由晶體管等開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成，通過(guò)有規(guī)則地讓開(kāi)關(guān)元件重復(fù)開(kāi)-關(guān)（ON-OFF），使直流輸入變成交流輸出。一般還需采用高頻正弦脈寬調(diào)制，使靠近正弦波兩端的電壓寬度變狹，正弦波中央的電壓寬度變寬，并在半周期內(nèi)始終讓開(kāi)關(guān)元件按一定頻率朝一方向動(dòng)作，這樣形成一個(gè)脈沖波，然后讓脈沖波通過(guò)簡(jiǎn)單的濾波器形成正弦波。

同時(shí)，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)采用的并網(wǎng)逆變器擁有自動(dòng)相位和電壓跟蹤裝置，能夠非常好地配合電網(wǎng)的微小相位和電壓波動(dòng)，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成影響。逆變器工作原理簡(jiǎn)圖如圖3所示。

2 分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

光伏并網(wǎng)發(fā)電方式是將太陽(yáng)能電池陣列所發(fā)出的直流電通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)變成交流電輸送到電網(wǎng)中，無(wú)需蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)能。相比較而言，光伏并網(wǎng)發(fā)電較便宜，而且完全無(wú)污染。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)采用的并網(wǎng)逆變器擁有自動(dòng)相位和電壓跟蹤裝置，能夠非常好的配合電網(wǎng)的微小相位和電壓波動(dòng)，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成影響。

圖3 逆變器工作原理簡(jiǎn)圖

根據(jù)光伏系統(tǒng)是否允許通過(guò)供電區(qū)的變壓器向高壓電網(wǎng)送電，并網(wǎng)發(fā)電又可分為可逆流并網(wǎng)和不可逆流并網(wǎng)2種方式。根據(jù)并網(wǎng)接入點(diǎn)不同,可分為用戶(hù)低壓側(cè)并網(wǎng)（主要為自用）和通過(guò)升壓變后高壓接入并網(wǎng)（可上網(wǎng)賣(mài)電）。

光伏發(fā)電系統(tǒng)包括模擬光伏太陽(yáng)能板、DC-AC變換電路、驅(qū)動(dòng)電路、欠壓過(guò)流保護(hù)、電壓電流采樣電路、系統(tǒng)狀態(tài)顯示等主要部分。全橋式逆變電路是核心部分，控制部分利用閉環(huán)反饋法實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定，采用增量導(dǎo)納法逐步調(diào)節(jié)SPWM波的調(diào)制比實(shí)現(xiàn)MPPT控制，采用頻率跟蹤法和沿觸發(fā)同步跟蹤法實(shí)現(xiàn)頻率和相位的跟蹤功能。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到輸入欠壓或輸出過(guò)流動(dòng)作時(shí)，通過(guò)控制繼電器切斷光伏太陽(yáng)能板輸出，當(dāng)故障解除后，系統(tǒng)利用試觸法實(shí)自動(dòng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)的功能。光伏并網(wǎng)模擬裝置結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

圖4 光伏并網(wǎng)模擬裝置結(jié)構(gòu)框圖

我國(guó)是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)，能源將近70%由煤炭供給，這種過(guò)度依賴(lài)化石燃料的能源結(jié)構(gòu)已經(jīng)造成了很大的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)負(fù)面影響，大量的煤炭開(kāi)采、運(yùn)輸和燃燒，對(duì)我國(guó)的環(huán)境已經(jīng)造成了極大地破壞，大力開(kāi)發(fā)太陽(yáng)能、風(fēng)能、生物質(zhì)能等可再生能源利用技術(shù)是保證我國(guó)能源供應(yīng)安全和可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。光伏發(fā)電是我國(guó)重要的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，大力推進(jìn)光伏發(fā)電應(yīng)用對(duì)優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全、改善生態(tài)環(huán)境、轉(zhuǎn)變城鄉(xiāng)能耗方式具有重大戰(zhàn)略意義。

小資料

太陽(yáng)能利用“十三五”規(guī)劃征求意見(jiàn)稿摘要

國(guó)家能源局于2015年12月15日向各省 （自治區(qū)、直轄市）發(fā)改委能源局等有關(guān)部門(mén)下發(fā)《太陽(yáng)能利用“十三五”發(fā)展規(guī)劃征求意見(jiàn)稿》（簡(jiǎn)稱(chēng)意見(jiàn)稿），該意見(jiàn)稿內(nèi)容涵蓋光伏發(fā)電、光熱發(fā)電和太陽(yáng)能熱利用3個(gè)產(chǎn)業(yè)的“十三五”發(fā)展規(guī)劃意見(jiàn)。

對(duì)“十三五”期間的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展指標(biāo)，意見(jiàn)稿提出，到2020年底，太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到1.6億千瓦，年發(fā)電量達(dá)到1700億千瓦，年度總投資額約2000億元。其中，光伏發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到1.5億千瓦，分布式光伏發(fā)電規(guī)模顯著擴(kuò)大，形成西北部大型集中式電站和中東部分部式光伏發(fā)電系統(tǒng)并舉的發(fā)展格局。太陽(yáng)能熱發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到1000萬(wàn)千瓦，太陽(yáng)能熱利用集熱面積保有量達(dá)到8億平方米，年度總投資額約1000億元。太陽(yáng)能熱發(fā)電建設(shè)成本要達(dá)到20元/瓦以下，發(fā)電成本接近1元/千瓦時(shí)。

對(duì)于結(jié)構(gòu)指標(biāo)，意見(jiàn)稿指出：到2020年底，太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)規(guī)模在電力結(jié)構(gòu)中的比重約7%，在新增電力裝機(jī)結(jié)構(gòu)中的比重約15%，在全國(guó)總發(fā)電量結(jié)構(gòu)中的比重約2.5%，折合標(biāo)煤量約5000萬(wàn)噸，約占能源消費(fèi)總量比重的1%，為15%非化石能源比重目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供支撐。在太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量中，光伏發(fā)電占比94%，光熱發(fā)電占比6%；西部地區(qū)占太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量的35%，中東部地區(qū)占比65%。