[科普中國]-并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)

簡介

與公共電網(wǎng)相連接的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)稱為并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如下圖1所示，該系統(tǒng)包括太陽能電池陣列、DC/DC變換器、DC/AC逆變器、交流負載、變壓器等部件。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可以將太陽能電池陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓同幅、同頻、同相的交流電，并實現(xiàn)與電網(wǎng)連接并向電網(wǎng)輸送電能。這種發(fā)電系統(tǒng)的靈活性在于，在日照較強時，光伏發(fā)電系統(tǒng)在給交流負載供電的同時將多余的電能送入電網(wǎng)；而當(dāng)日照不足，即太陽能電池陣列不能為負載提供足夠電能時，又可從電網(wǎng)索取電能為負載供電。過去，由于太陽能電池的成本居高不下，光伏發(fā)電大多只是應(yīng)用在一些專用的獨立運行的系統(tǒng)中，如航天、邊防海島或是邊遠地區(qū)的示范工程等。隨著新型光伏材料的出現(xiàn)，產(chǎn)品價格的不斷下降，轉(zhuǎn)換效率得到不斷提高，先進的電力電子器件、微處理器的推出以及先進的控制策略的應(yīng)用，都使得光伏并網(wǎng)技術(shù)的研究和大量推廣日益成為可能，光伏利用也逐步向城市并網(wǎng)光伏電站、小區(qū)光伏建筑集成及小功率戶用光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的方向發(fā)展。1

光伏與建筑相結(jié)合的形式光伏與建筑相結(jié)合的初始形式是在建筑物的屋頂或陽臺上安裝一般的太陽能電池陣列，并為其配備蓄電池進行獨立供電，或通過逆變控制器和變壓器輸出端與公共電網(wǎng)并聯(lián)，使電網(wǎng)和光伏方陣共同向建筑物供電。光伏與建筑相結(jié)合進一步的形式是使光伏組件與建筑材料融為一體，并采用特殊的材料和工藝手段，將光伏組件做成屋頂、外墻、窗戶等部件。這樣光伏組件既能直接作為建筑材料使用又能發(fā)電，進一步降低了發(fā)電成本。1

光伏發(fā)電系統(tǒng)和建筑相結(jié)合應(yīng)用時，通常采用并網(wǎng)發(fā)電的形式，這類系統(tǒng)與獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，具有以下五大突出的優(yōu)點：（1）在陰雨天或晚間，由電網(wǎng)給負載供電，這樣，系統(tǒng)不必配備儲能裝置，既可以降低系統(tǒng)造價，又免除了維護和更換蓄電池的麻煩，還增加了供電的可靠性；（2）在有日照時所發(fā)出的電能，既可供給建筑物內(nèi)負載使用，如果有多余還可反饋給電網(wǎng)；（3）在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，不受蓄電池荷電狀態(tài)的限制，可以隨時向電網(wǎng)存取電能；（4）在設(shè)計太陽電池方陣傾角時，可以取全年能收到最大太陽輻射量對應(yīng)的角度，最大限度地發(fā)揮太陽電池方陣的發(fā)電能力；（5）夏天的太陽輻射強度大，太陽電池陣列所發(fā)的電能相對較多，而夏季也是用電的高峰期，空調(diào)等制冷設(shè)備的利用率高，耗電量大，這正好能起到為電網(wǎng)調(diào)峰的作用。1

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的保護和孤島問題保護為了保證光伏發(fā)電系統(tǒng)可靠安全地運行，系統(tǒng)中需要接入保護裝置。該裝置要做到一旦檢測到異常就迅速做出動作從而保護系統(tǒng)的安全。為此，該保護裝置應(yīng)具有如下功能：功率器件驅(qū)動欠壓保護、功率器件過流保護及速斷保護、功率器件過熱保護、光伏電池陣列輸出欠壓保護、電網(wǎng)電壓過壓和欠壓保護等。保護裝置要保證光伏逆變系統(tǒng)發(fā)生異常時，不會對所并聯(lián)的電網(wǎng)產(chǎn)生較大的不良影響，反過來也要保證并聯(lián)電網(wǎng)發(fā)生故障時，電網(wǎng)同樣不對光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生損壞。1

孤島問題孤島效應(yīng)是指當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)所并的電網(wǎng)因故障、事故或停電維修跳閘時，用戶端的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)未能及時檢測出電網(wǎng)的停電狀態(tài)，沒有迅速將光伏發(fā)電系統(tǒng)切離所并聯(lián)電網(wǎng)，從而形成了由光伏發(fā)電系統(tǒng)和周圍的負載形成的自給供電孤島。孤島現(xiàn)象發(fā)生時電網(wǎng)的運行方式如下圖2所示。1

孤島效應(yīng)發(fā)生后，電壓波動、頻率波動、諧波可能會同時出現(xiàn)，或都不出現(xiàn)，這受負載、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)置、結(jié)構(gòu)、運行狀態(tài)及其他一些情況的影響。所以定義任何一個能總是伴隨孤島效應(yīng)出現(xiàn)的現(xiàn)象是不可能的，但是必須在盡可能短的時間內(nèi)阻斷孤島的產(chǎn)生。這是因為孤島效應(yīng)會產(chǎn)生一系列問題：非三相運行、有較大的諧波含量以及頻率不穩(wěn)，都將使孤島現(xiàn)象擴大；孤島的電壓相量會相對于主網(wǎng)趨向漂移，當(dāng)電網(wǎng)快速恢復(fù)時，可能會干擾重合閘；對在孤島電網(wǎng)中進行檢修工作的人員形成安全危害；可能出現(xiàn)由單相并網(wǎng)系統(tǒng)給三相負載供電的情況，造成三相負載的缺相運行，形成危害。1

采用必要的反孤島保護可以很好地解決這個問題，在檢測到電網(wǎng)失電后立即停止工作；當(dāng)電網(wǎng)恢復(fù)供電時，聯(lián)網(wǎng)逆變器不會立即投入運行，而是繼續(xù)檢測電網(wǎng)信號，直至在一定時間內(nèi)完全正常才會重新投入運行。1