对当前太阳能光伏发电并网系统工程设计探讨

[摘 要]目前，将大电网与以新能源为主的分布式电网相结合，被世界许多能源和电力专家公认是节省投资、降低能耗、提高电力系统稳定性和灵活性的主要方式，是 21 世纪电力工业的发展方向。而本文正是以此为背景，对其中应用的太阳能光伏发电并网系统工程设计进行了探讨，希望能够促进我国太阳能光伏发电水平的提高。

[关键词]太阳能；光伏发电；并网系统；工程设计；要点

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0061-01

太阳能光伏系统主要是利用太阳能电池组件与其他辅助设备将太阳能转变为电能的系统，常见的光伏系统主要分为独立系统、并网系统与混合系统等三种。太阳能光伏发电系统的最大特点就是光伏阵列产生的直流电经过并网逆变器转换成符合电网要求的交流电之后直接接入电网网络，并网系统中PV方阵所产生电力除了供给交流负载以外，多余的电力还能及时反馈给电网。而且我国幅员辽阔，日照时间和面积都有很大优势，为太阳能光伏发电系统的应用提供了良好的条件。因此，本文结合笔者的实践工作经验，对光伏发电系统中的并网系统工程设计要点进行了探讨。

1、太阳能光伏发电并网系统概述

太阳能光伏发电并网系统的结构示意图如下所示：

太阳能光伏发电并网系统主要是将太阳能电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成为符合市电电网要求的直流电之后直接接入公共电网。采用并网系统的优势非常明显，一是除了光伏系统所产生的电力供给交流负载之外，多余的电力还能够反馈给电网；二是即使在阴天夜晚光伏系统不能产生电能时或者满足负载要求时，还可以由市电电网供电。这种系统需要专门的并网逆变器，以保证发出的电力满足电压、频率等电性能等指标的要求。由于在逆变器中存在损耗，会有部分的能量损失。这种系统通常能够并行使用市电荷太阳能太阳电池组件阵列作为本地交流负载的电源，从而降低整个系统的负载缺电率；三是该光伏发电系统还有着调峰作用。即使电网负荷变大，能弥补电量缺额。

2、太阳能光伏发电并网系统的核心关键技术

太阳能光伏发电并网系统所运用的核心关键技术主要有最大功率点追踪（MPPT）技术、注入电网的谐波电流控制以及控制与保护。首先，对于太阳能光伏发电系统运用的最大功率点追踪技术来说，英文全称为Maximum Power Point Tracking，简称为MPPT，其主要对光伏系统的电气模块工作状态进行调节，使得光伏板能够输出更多电能，并且将太阳能电池组件产生的直流电有效地在蓄电池中进行储存，光伏电池的输出功率和最大功率点追踪控制器的工作电压有着直接的关系，只有在最为合适的电压之下，其输出功率才有一个唯一的最大值。而当前应用的最大功率点追踪技术主要有在线扰动法、下山法、微分法以及模糊规则法等四种。这些方法能够动态地对太阳能辐射能量进行追踪。其次，为了保证电网中电能的质量，需要对注入电网的谐波电流进行抑制，以保证其始终在最低水平，其主要的方法有提高载波频率、合理整定参数、滤波器设计以及群控技术等等。而对于控制与保护来说，其主要难点在于速度要求、与电网配合方面，其常见的保护措施主要有抗孤岛保护可整定短路、过欠压/频保护以及通讯接口对接。

3、当前太阳能光伏发电并网系统工程设计要点

3.1 设备配置及选型

太阳能光伏发电并网系统工程中需要进行选型的设备主要有光伏阵列、控制器、并网逆变器，除此之外，还需要进行防雷接地设计。首先，由于太阳能资源是一种低密度的平面能源，需要通过布置大规模的太阳能电池阵列来采集太阳能辐射能量。在选择光伏阵列时，需要注意当串联时，需要为每个组件并接旁路二极管，而采用并联时需要在每一条并联线路串接阻塞二极管，同时还需要对组件互连接线最短的原则进行考虑，最后还要严格防止存在着性能变坏的电池组件接入到太阳能电池方阵之内。其次，在对控制器的确定时，需要综合考虑到系统功率、方阵路数、电压、蓄电池组数以及并网要求确定的控制器类型等等，通常情况下，家用太阳能光伏电源系统采用单路脉宽调制控制器，大功率太阳能光伏电站采用多路控制器，而通信和其他工业领域太阳能光伏系统采用有通信功能的只能控制器。最后，由于我国目前所使用的负载大多数均为交流负载，供应直流电力的光伏电源很难作为商品进入市场，所以光伏发出的电力最终应转化为直流实现并网运行。光伏并网逆变器就是太阳能光伏电池发出的电通过这种逆变器变为电网需要的交流电。

3.2 系统的具体设计

对光伏系统的具体设计主要包括对光伏子系统、光伏组件、接线箱、光伏方阵以及储能系统的设计等等，具体来说：

1）光伏子系统设计。光伏子系统的设计主要包括光伏组件、支撑结构、基础、内部电气连接、防护设施以及接地等内容；

2）光伏组件设计。在对光伏组件设计中，需要根据太阳能电池组件的总功率等因素来对太阳能电池组件串联数（）和并联数（）进行确定，其相关的公式分别如下所示：

（1）

在上式中，是指蓄电池处于半浮充工作电压状态；指串联回路线路电压降；是指光伏组件的峰值电压；是指光伏电池的仿真功率；是指光伏组件串联数；是指组件峰值功率。

3）接线箱设计。并网光伏发电系统的接线箱一般处于光伏阵列的输出端，在其输入端是对各组件的子方阵进行连接，输出端则连接控制器，通常情况下具有防反冲和防雷击的功能。

4）光伏阵列设计。对光伏阵列的设计主要包括仿真倾角的计算和设计、方位角选择、方阵间距计算和设计、支架设计以及连接电缆的选择等等。

5）储能子系统设计。在储能子系统的设计中，蓄电池与功率调节器的设计是关键所在。以蓄电池设计为例，尤其需要注意一是需要选择合格的蓄电池，应该出具相应的质检报告，而且蓄电池的工作环境温度应该保持在5-30摄氏度之间，而且还要观察蓄电池的外形是否存在变形、裂纹以及漏液等缺陷。然后根据下列公式计算蓄电池的总容量：

（2）

在上式中，根据当地气象情况采用保证3天阴雨天，表示蓄电池的标称容量，表示用电同时率，表示负荷每天的总耗电量，而表示放电深度。

4、结束语

总之，在我国进行太阳能光伏发电并网系统工程设计具有非常重要的现实意义，当前，光伏发电系统对于解决当前能源短缺和环境污染两个世界性的问题同样非常重要。而我国目前在光伏发电系统的理论研究与实践应用方面还处于起步阶段，仍然有着很长的路要走，不过笔者相信，随着我国未来科学技术水平的进一步提升，光伏发电系统一定能取得良好的应用效果。

参考文献

[1] 张立琴. 光伏发电并网后对电网的影响[J]. 技术与市场，2015，09：185.

[2] 田春筝，蒋小亮，丁岩，关朝杰，金津，胡钋. 考虑电压波动和光照变化的并网光伏发电系统暂态特性分析[J]. 武汉大学学报（工学版），2015，05：680-685.

[3] 吕祖旭，胡永军，胡冰颖. 浅析分布式光伏发电低压并网开关作用[J]. 科技风，2014，18：114-115.