電氣自動(dòng)化在集中式并網(wǎng)光伏電站中的應(yīng)用及發(fā)展

張海軍

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化；集中式；并網(wǎng)光伏電站

社會(huì)發(fā)展和人們?nèi)粘Ｉ顚?duì)能源的需求進(jìn)一步擴(kuò)大，這在一定程度上對(duì)我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提出了更加嚴(yán)苛的要求。因此，以太陽(yáng)能光伏發(fā)電綠色能源為代表的相關(guān)發(fā)展方向越來(lái)越受到國(guó)家的關(guān)注。然而，由于我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電仍處于發(fā)展初期，為了更好地解決光伏發(fā)電系統(tǒng)中的實(shí)際問(wèn)題，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)一步革新工作觀念，以國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的電氣自動(dòng)化知識(shí)為理論基礎(chǔ)，建設(shè)新型集中并網(wǎng)光伏電站。

1光伏發(fā)電原理和并網(wǎng)形式的特點(diǎn)

1.1光伏發(fā)電原理

在傳統(tǒng)光伏發(fā)電過(guò)程中，通過(guò)太陽(yáng)能光纖對(duì)半導(dǎo)體材料的持續(xù)照射，使半導(dǎo)體表面產(chǎn)生相對(duì)穩(wěn)定的光伏效應(yīng)，在這種反應(yīng)中，光源可以不斷轉(zhuǎn)化為電能，并通過(guò)相應(yīng)的儲(chǔ)能裝置進(jìn)行儲(chǔ)存和傳輸，從而發(fā)揮發(fā)電產(chǎn)能的實(shí)際作用。在光伏發(fā)電中，有幾個(gè)關(guān)鍵要素，首先是有效儲(chǔ)存電能的太陽(yáng)能電池，其次是控制整體效果的相關(guān)控制器[1]。作為綠色可持續(xù)發(fā)電的重要代表，太陽(yáng)能發(fā)電不僅是對(duì)傳統(tǒng)能源發(fā)電的有效補(bǔ)充，對(duì)綠色能源的發(fā)展也起著至關(guān)重要的推動(dòng)作用。

1.2并網(wǎng)形式的特點(diǎn)

在太陽(yáng)能光伏發(fā)電的實(shí)際并網(wǎng)過(guò)程中，需要一定的基礎(chǔ)條件來(lái)保證整體的并網(wǎng)質(zhì)量，這就要求在實(shí)際輸出過(guò)程中接人正弦波電流的逆變器的頻率要保持在一定的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，同時(shí)要考慮實(shí)際電壓頻率波動(dòng)和電網(wǎng)相位的整體值，從而可以將二者的數(shù)據(jù)保持在一定的通信范圍內(nèi)。在傳統(tǒng)并網(wǎng)過(guò)程中，往往有兩種形式：首先是集中并網(wǎng)[2]。這種并網(wǎng)形式的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在將太陽(yáng)能光伏發(fā)電的相關(guān)電能進(jìn)一步整合，從而統(tǒng)一輸送到大電網(wǎng)進(jìn)行電力資源配置，最終實(shí)現(xiàn)居民日常使用的電力資源供應(yīng)過(guò)程。因?yàn)殡娋W(wǎng)的電力傳輸是單向的，這也決定了供電管道較大，更適合遠(yuǎn)離電力負(fù)荷的大型光伏電站或遠(yuǎn)離城市的光伏電站[3]。其次是分散式并網(wǎng)。這種并網(wǎng)形式的太陽(yáng)能光伏發(fā)電主要是將自身的電力資源直接供應(yīng)給指定的電力負(fù)荷使用，電力輸送中不穩(wěn)定的部分由電網(wǎng)進(jìn)行平衡和調(diào)整。并網(wǎng)形式與電網(wǎng)之間的供電方向往往是雙向的，因此適用于供電量較小的小型光伏電站。由于目前我國(guó)建筑業(yè)與光伏產(chǎn)業(yè)的融合發(fā)展，建筑區(qū)域的群集光伏發(fā)電可以更方便、更快捷地為建筑主體的相關(guān)電力設(shè)施提供電力，從而更好地解決電力資源的能耗問(wèn)題。

2光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)和自動(dòng)化應(yīng)用

2.1光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，光伏發(fā)電單元的設(shè)計(jì)是影響系統(tǒng)性能最關(guān)鍵的部分，不僅影響系統(tǒng)的發(fā)電效率，而且直接影響光伏發(fā)電的并網(wǎng)質(zhì)量。在光伏發(fā)電的實(shí)際工作過(guò)程中，光伏發(fā)電單元的運(yùn)行可以使太陽(yáng)能電池在陽(yáng)光照射下實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存。只要太陽(yáng)能充足，就可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電裝置的穩(wěn)定供電[4]。逆變器的有效使用不僅可以更好地連接電網(wǎng)系統(tǒng)，還可以連接光伏發(fā)電系統(tǒng)的質(zhì)量控制單元。當(dāng)光伏發(fā)電機(jī)組的數(shù)量不斷增加日寸，就需要相關(guān)的電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)揮作用，從而更好地完成多臺(tái)逆變器并網(wǎng)的相關(guān)線路要求。

2.2光伏電站中自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于我國(guó)區(qū)域因素對(duì)整體光伏電站的使用影響很大，因此目前我國(guó)光伏電站中自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）在逆變器的實(shí)際使用過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員經(jīng)常利用自動(dòng)化技術(shù)來(lái)更好地提高逆變器的自動(dòng)檢測(cè)性能，不僅可以更好地結(jié)合電網(wǎng)整體數(shù)據(jù)對(duì)不同逆變器的匹配問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)一檢測(cè)和預(yù)警，還可以配合自動(dòng)化設(shè)備的暫停和運(yùn)行控制，從而更好地實(shí)現(xiàn)逆變器的動(dòng)態(tài)綜合控制和使用，一方面大大節(jié)省了人力資源成本，另一方面也降低了設(shè)備故障率。

（2）對(duì)于整體電站后臺(tái)的自動(dòng)化應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)人員不僅可以將海量的設(shè)備和電力數(shù)據(jù)直觀的呈現(xiàn)在屏幕上，還可以提高相關(guān)檢修人員的工作效率。同時(shí)，也便于相關(guān)維修和保養(yǎng)人員更好地整合光伏合成器箱、逆變器等設(shè)備的數(shù)據(jù)，從而更好地提高整體線路故障問(wèn)題的處理效率，進(jìn)一步提高整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性[5]。

（3）通過(guò)進(jìn)一步加強(qiáng)電力控制系統(tǒng)的電氣自動(dòng)化應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)人員不僅可以大大提高光伏電站的發(fā)電效率和能耗控制精度，還可以根據(jù)并網(wǎng)需求優(yōu)化相應(yīng)的功率區(qū)間，從而更好地提高并網(wǎng)傳輸質(zhì)量[6]。

（4）在太陽(yáng)能光伏電站的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，電壓控制系統(tǒng)的電氣自動(dòng)調(diào)節(jié)不僅可以更好地滿(mǎn)足相應(yīng)的電壓調(diào)節(jié)要求，而且可以提高電壓穩(wěn)定性。

（5）光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)可以有效提高基于光譜信息相關(guān)性分析的短期天氣預(yù)測(cè)精度，經(jīng)過(guò)相關(guān)技術(shù)人員對(duì)電氣自動(dòng)化的優(yōu)化，可以更好地提高光譜信息的接收頻率，從而進(jìn)一步提高天氣變化的預(yù)測(cè)精度，也對(duì)光伏發(fā)電的整體運(yùn)行質(zhì)量起到更好的控制作用。

3電氣自動(dòng)化在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用和發(fā)展

3.1兩級(jí)式光伏發(fā)電系統(tǒng)的總體控制策略

在實(shí)際光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，由于相關(guān)技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電過(guò)程中電壓、電流數(shù)據(jù)經(jīng)常出現(xiàn)波動(dòng)，導(dǎo)致整體光伏發(fā)電輸出在頻率和相位上始終與總電網(wǎng)實(shí)際輸出存在一定程度的誤差。這在一定程度上造成并網(wǎng)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，整體電力資源傳輸質(zhì)量也受到一定程度的影響。為了避免此類(lèi)問(wèn)題，相關(guān)技術(shù)人員通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)的有效應(yīng)用，結(jié)合兩級(jí)光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體控制策略，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的精確控制。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員不僅可以更好地獲取相關(guān)電壓和電流的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，還可以通過(guò)對(duì)光伏儲(chǔ)能電池進(jìn)行更全面的檢測(cè)，調(diào)整和優(yōu)化后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換質(zhì)量。結(jié)合數(shù)字濾波裝置的有效使用，過(guò)濾電力傳輸過(guò)程中的低頻噪聲，保留高頻部分的相關(guān)信息，不僅更好地實(shí)現(xiàn)了傳輸過(guò)程中整體電力資源的信號(hào)和數(shù)據(jù)跟蹤功能，還進(jìn)一步優(yōu)化了并網(wǎng)過(guò)程中整體電力輸出的傳輸質(zhì)量。當(dāng)相關(guān)技術(shù)人員檢測(cè)到電壓和電流值與電網(wǎng)要求有一定差異時(shí)，可以通過(guò)相關(guān)的自動(dòng)控制設(shè)備進(jìn)行并網(wǎng)調(diào)整，從而更好地滿(mǎn)足并網(wǎng)輸電過(guò)程的頻率和相位要求，也增加了整體輸電過(guò)程的質(zhì)量穩(wěn)定性。由于整體太陽(yáng)能光伏信號(hào)是由傳輸過(guò)程中電流的相關(guān)值與正弦信號(hào)的乘積決定的，為了更好地調(diào)整整體并網(wǎng)輸出的電流數(shù)據(jù)，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)數(shù)字信號(hào)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確比較，并將調(diào)整過(guò)程中的誤差控制在小數(shù)點(diǎn)后一位以?xún)?nèi)。兩級(jí)光伏發(fā)電系統(tǒng)的整體控制策略不僅有助于運(yùn)營(yíng)商對(duì)整體發(fā)電資源進(jìn)行更全面的數(shù)據(jù)檢測(cè)和傳輸控制，而且結(jié)合電氣自動(dòng)化技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用，提高了并網(wǎng)傳輸過(guò)程中與總電網(wǎng)的匹配度。不僅提高了并網(wǎng)結(jié)構(gòu)的運(yùn)行質(zhì)量，而且對(duì)增加電力資源在光伏發(fā)電總電網(wǎng)傳輸中的份額具有積極作用。

3.2孤島檢測(cè)技術(shù)的有效應(yīng)用

太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，由于光伏發(fā)電的孤島效應(yīng)，往往存在一定的全線傳輸不順暢的問(wèn)題。此類(lèi)問(wèn)題不僅大大降低了整體光伏發(fā)電的效率，還會(huì)導(dǎo)致部分線路的電流和電壓出現(xiàn)較大波動(dòng)，最終影響整體并網(wǎng)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和出現(xiàn)設(shè)備使用風(fēng)險(xiǎn)[7]。為了避免此類(lèi)問(wèn)題，相關(guān)技術(shù)人員通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)的有效應(yīng)用，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了孤島效應(yīng)檢測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，并通過(guò)以下兩個(gè)方面進(jìn)行應(yīng)用和擴(kuò)展。

（1）被動(dòng)式檢測(cè)。相關(guān)技術(shù)人員可以對(duì)線路中的傳輸電壓進(jìn)行檢測(cè)和判斷，也可以對(duì)整體電網(wǎng)公共節(jié)點(diǎn)的電壓頻率進(jìn)行檢測(cè)和判斷[8]。這樣的判斷方法能夠更好地提升對(duì)于整體并網(wǎng)輸出的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，從而更好地調(diào)整并網(wǎng)電壓和電流的數(shù)據(jù)傳輸速度。

（2）主動(dòng)檢測(cè)。這種監(jiān)測(cè)思路主要是通過(guò)人工手段進(jìn)行，結(jié)合相關(guān)人員攜帶設(shè)備檢測(cè)異常信號(hào)位置的方式，利用設(shè)備數(shù)據(jù)的反饋來(lái)判斷故障異常的范圍，并找出相對(duì)的孤島范圍以進(jìn)行相應(yīng)的修正。近年來(lái)，光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)逐步發(fā)展起來(lái)。在實(shí)際的孤島檢測(cè)過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員經(jīng)常使用過(guò)壓和欠壓的被動(dòng)檢測(cè)方法，可以更好地捕捉和反饋線路中的電壓與頻率變化。記錄并統(tǒng)計(jì)同一區(qū)域不同檢測(cè)時(shí)間段的電壓差，并繪制相應(yīng)的數(shù)據(jù)圖進(jìn)行輔助分析，最終判斷該區(qū)域是否存在孤島效應(yīng)，但這種檢測(cè)方法存在一定的盲區(qū)風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)椴⒕W(wǎng)處逆變器的相關(guān)負(fù)載往往與正常電壓變化頻率相近，會(huì)在一定程度上影響相關(guān)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。主動(dòng)檢測(cè)頻率偏移的具體方法可以通過(guò)人為添加相應(yīng)的電流頻率來(lái)防止發(fā)電系統(tǒng)頻率波動(dòng)，檢測(cè)公共耦合點(diǎn)的電壓和頻率波動(dòng)，從而準(zhǔn)確判斷整體數(shù)據(jù)是否在正常范圍內(nèi)。這種檢測(cè)方法不僅可以高效地找到孤島效應(yīng)的相關(guān)位置，還可以根據(jù)并網(wǎng)檢測(cè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全線孤島保護(hù)。

3.3安全保護(hù)技術(shù)的進(jìn)一步深化應(yīng)用

在太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員可以通過(guò)電氣自動(dòng)化技術(shù)的有效應(yīng)用，更好地提高發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行性能。這不僅需要加強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用中負(fù)荷數(shù)據(jù)的進(jìn)一步自動(dòng)檢測(cè)和質(zhì)量分析，還應(yīng)該結(jié)合數(shù)據(jù)分析來(lái)提高相關(guān)線路故障問(wèn)題的預(yù)測(cè)精度。此外，加強(qiáng)逆變器的自動(dòng)控制還可以進(jìn)一步提高相關(guān)人員的故障響應(yīng)和調(diào)整效率，最終對(duì)提高整體系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性起到深遠(yuǎn)的作用。

4結(jié)束語(yǔ)

集中并網(wǎng)光伏電站如今備受關(guān)注，電氣自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用可以促進(jìn)其發(fā)展。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)進(jìn)一步提高電氣自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用能力，從而在集中并網(wǎng)光伏電站的應(yīng)用和管理過(guò)程中更好地提升供電運(yùn)輸質(zhì)量。此外，這對(duì)提高太陽(yáng)能電池的利用率和性能也起到積極作用，最終有助于為國(guó)家和社會(huì)發(fā)展提供更多更優(yōu)質(zhì)的清潔能源。