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太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電施工技術(shù)解析論文
摘要：近些年，太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)得到了較快發(fā)展，對(duì)于緩解日益緊張的能源危機(jī)具有非常重要的意義。太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的主要特點(diǎn)是綠色、環(huán)保、安全，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞。為了更好的促進(jìn)太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，文章針對(duì)施工過程中的技術(shù)控制要點(diǎn)進(jìn)行研究，具有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電；并網(wǎng)；技術(shù)
近年來，隨著社會(huì)的迅速發(fā)展，國(guó)家對(duì)電力的需求量也在逐年增加，對(duì)以化石為能源的發(fā)電類企業(yè)的環(huán)境監(jiān)管離地日益增高，這使得太陽能、風(fēng)能等清潔、綠色能源受到了廣泛的認(rèn)可與關(guān)注。當(dāng)前，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)已日趨成熟，能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)與高效運(yùn)行目標(biāo)，有利于推動(dòng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，并且還能夠滿足社會(huì)能源消耗需求，這使得光伏發(fā)電并網(wǎng)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展成為人們高度關(guān)注的對(duì)象。
1.光伏發(fā)電控制系統(tǒng)概述
光伏發(fā)電控制系統(tǒng)是根據(jù)太陽能自身特性，發(fā)生伏特反應(yīng)，將太陽能電池板發(fā)出的電能通過控制器轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)器儲(chǔ)存、電纜傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)變成能分配的電能。光伏發(fā)電是通過太陽電池板把太陽能直接轉(zhuǎn)換為直流電能的一類發(fā)電方式，所以，光伏發(fā)電控制系統(tǒng)即為直接把太陽能變成電能的一款發(fā)電系統(tǒng)。目前光伏發(fā)電控制系統(tǒng)由下面幾模塊組成：光伏電池板（光電轉(zhuǎn)換器件）、控制器（電能轉(zhuǎn)換）、儲(chǔ)存器（存儲(chǔ)多余能量）、上位機(jī)監(jiān)控（控制顯示面板）等。
并網(wǎng)式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)即把光伏發(fā)電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)相聯(lián)系的一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)，把陽光福射得到的直流電直接轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)側(cè)交流電，也就是把光伏發(fā)電系統(tǒng)與電力網(wǎng)通過并網(wǎng)逆變器連接到一起，再分配該系統(tǒng)生產(chǎn)的電量，既可向本地負(fù)載提供電能，也可進(jìn)斤相關(guān)的電為調(diào)峰等。該系統(tǒng)為電為系統(tǒng)提供了有功與無功功率，為電力網(wǎng)的主要組成模塊。目前，并網(wǎng)型光伏發(fā)電是全球光伏發(fā)電的主流，也是光伏發(fā)電的一個(gè)首選。通常由w下幾部分組成：太陽能電池板、直流變換器、并網(wǎng)逆變器、鎖相環(huán)與負(fù)載等。其中并網(wǎng)逆變器是系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。全球主要的光伏系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)均擁有各自的光伏逆變技術(shù)產(chǎn)品，他們的并網(wǎng)逆變器在電路拓?fù)洹⒖刂品椒ㄉ细髯跃哂胁煌奶攸c(diǎn)。
2.并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
①能夠利用清潔干凈的、可再生的自然能源太陽能發(fā)電，不會(huì)耗用不可再生的且資源有限的含碳化石能源。在實(shí)際使用過程中，也不會(huì)產(chǎn)生溫室氣體與污染物，能夠較好的保護(hù)生態(tài)環(huán)境，滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)、和諧發(fā)展需求。②所發(fā)電能饋入電網(wǎng)，以電能為儲(chǔ)能裝置，節(jié)省了蓄電池，相比于獨(dú)立的太陽能光伏系統(tǒng)，可節(jié)省大約35～45%的建設(shè)投資，大大降低了發(fā)電成本。同時(shí)，由于其省去了蓄電池，還可提升系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間與蓄電池的二次污染。③分布式安裝，就近就地分散供電，靈活的進(jìn)入、退出電網(wǎng)，可有效增強(qiáng)電力系統(tǒng)抵御災(zāi)害的能力，改善電力系統(tǒng)自身的負(fù)荷平衡狀況，降低線路損耗。④可發(fā)揮調(diào)峰效用。就目前情況來看，聯(lián)網(wǎng)太陽能是世界上個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家在光伏應(yīng)用領(lǐng)域中競(jìng)爭(zhēng)發(fā)展的關(guān)鍵，是世界太陽能光伏發(fā)電的主要發(fā)展趨勢(shì)，市場(chǎng)較大，發(fā)展前景十分可觀。
3.光伏發(fā)電并網(wǎng)及關(guān)鍵技術(shù)
3.1光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)
3.1.1最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)
通過運(yùn)用最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，可明確光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)所在的環(huán)境，分析環(huán)境中的溫度、光照等對(duì)并網(wǎng)造成的影響，并且還可繪制光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的特性曲線，然后在依據(jù)曲線的變化狀況，對(duì)并網(wǎng)光伏發(fā)電的最大功率點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的跟蹤。同時(shí)，最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)與光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)自身的運(yùn)行效率之間存在直接的關(guān)聯(lián)，例如常用的兩種跟蹤方法：（1）擾動(dòng)觀察法，在光伏并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，通過設(shè)計(jì)小型擾動(dòng)，可比對(duì)擾動(dòng)前后的并網(wǎng)情況，獲得最大功率點(diǎn)位置，并網(wǎng)擾動(dòng)方式可控制輸出電壓，利用電壓差，還可形成擾動(dòng)，以跟蹤功率狀態(tài)。（2）電導(dǎo)增量法，瞬間電導(dǎo)數(shù)據(jù)與變化量是此類方法運(yùn)用的決定性因素，其能夠通過分析光伏列陣的曲線變化情況，獲得曲線的單峰值，并由此判斷出光伏并網(wǎng)是否處于最大值發(fā)電狀態(tài)。
3.1.2并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)
并網(wǎng)逆變器可確保光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的靈活性，進(jìn)而使得工程的多樣化需求得以滿足，為太陽能始終處于最佳的轉(zhuǎn)換狀態(tài)提供保障。同時(shí)，逆變器還可控制光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的工作模式，為電流提供直接或間接控制的方法。近年來，隨著科學(xué)的迅速發(fā)展，間接與直接控制不斷融合發(fā)展，較好的發(fā)揮了間接、直接電流的控制效果，彌補(bǔ)了雙方的缺陷，融合之后的并網(wǎng)逆變器控制能夠?qū)崟r(shí)跟蹤電流變化情況，以保證電流的穩(wěn)定性。
并網(wǎng)逆變器控制重點(diǎn)技術(shù)主要包括：（1）數(shù)字控制技術(shù)，該技術(shù)是并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)的重要基礎(chǔ)，是一種熱電技術(shù)。（2）PID控制技術(shù)，其主要是采用全量、增量的方法支持逆變器的運(yùn)行，此類技術(shù)相對(duì)成熟。（3）重復(fù)+PI混合控制技術(shù)，此類技術(shù)具有復(fù)合的特征，能夠以復(fù)合的方式控制逆變器的運(yùn)行，從而確保逆變器的穩(wěn)定性。
3.2分布式電源并網(wǎng)技術(shù)的接入方案
DER并網(wǎng)技術(shù)接入配電網(wǎng)之后，需要對(duì)DER并網(wǎng)技術(shù)的容量與配電網(wǎng)之間的匹配程度進(jìn)行全面的考慮，例如當(dāng)DER并網(wǎng)技術(shù)容量小于250kVA時(shí)，將其接入380V或400V的配電網(wǎng)中，通過匹配DER并網(wǎng)技術(shù)容量與配電網(wǎng)，能夠設(shè)計(jì)出科學(xué)的接入方案，接人時(shí)通常采用聯(lián)絡(luò)線的連接方法，DER并網(wǎng)技術(shù)連接配電網(wǎng)的變電所或是接入附近的配電網(wǎng)內(nèi)。同時(shí)，其還能夠設(shè)計(jì)并網(wǎng)保護(hù)，DER并網(wǎng)技術(shù)一般采用孤島保護(hù)方式，孤島裝置提供主動(dòng)式與被動(dòng)式保護(hù)，能夠?yàn)楣夥⒕W(wǎng)系統(tǒng)的安全性提供保障。當(dāng)并網(wǎng)逆變器監(jiān)測(cè)出危險(xiǎn)之后，往往會(huì)自動(dòng)切斷分布式光伏發(fā)電，以保護(hù)人員的安全，逆變器的電壓可由配電網(wǎng)提供。
4.光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用
4.1工程簡(jiǎn)介
某光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)項(xiàng)目由一公司承建，主要建于公司大樓三樓樓頂上。光伏系統(tǒng)總設(shè)計(jì)峰值功率為3360Wp，與公司電網(wǎng)并接，當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，可獨(dú)立給公司負(fù)載供電，還可為展示臺(tái)液晶電視供電。電池板均采用6mm鋼化超白玻璃+E-VA+電池片+EVA+6mm鋼化超白玻璃雙玻光伏組件。投入運(yùn)行之后，一直處于安全可靠、發(fā)電穩(wěn)定、并網(wǎng)良好的狀態(tài)，并且滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)項(xiàng)目所處地理位置及氣象氣候條件，并且通過相應(yīng)的計(jì)算，確定太陽能電池板應(yīng)當(dāng)擺放在正向朝南方向，當(dāng)傾角處于25-30°范圍時(shí)，能夠接受到的太陽輻射最多，發(fā)電量最大，為方便工程施工以及太陽能電池支架的制作，選取傾角270，光伏安裝面積130m2。
4.2光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)
4.2.1電氣設(shè)備系統(tǒng)
此項(xiàng)目電氣設(shè)備系統(tǒng)主要由太陽能電池方陣、蓄電池組、雙向逆變器、并網(wǎng)逆變器和控制設(shè)備組成。
4.2.2光伏系統(tǒng)工作原理
光伏電池7塊串聯(lián)，通過二極管集線箱將12組并聯(lián)組成一組輸出給逆變器。逆變器逆變的交流電與公司電網(wǎng)并接，中間連接雙向逆變器加蓄電池組儲(chǔ)電，以便市電停電時(shí)切換至蓄電池組，然后供電給負(fù)載。當(dāng)太陽能電池正常發(fā)電時(shí)，首先通過雙向逆變器向蓄電池組充電。當(dāng)蓄電池組處于充滿電狀態(tài)時(shí)，太陽能電池發(fā)出的電直接逆變至電網(wǎng)。當(dāng)市電停電時(shí)，失壓脫扣器脫扣，失壓脫扣器脫扣之后，發(fā)送信息至雙向逆變器，雙向逆變器逆變啟動(dòng)，蓄電池組投入使用，供電給負(fù)載使用。
4.2.3數(shù)顯監(jiān)控系統(tǒng)
該項(xiàng)目監(jiān)控系統(tǒng)主要涉及以下設(shè)備：輻射照度儀、溫度計(jì)、風(fēng)速計(jì)、控制器、調(diào)制調(diào)解器、終端控制（顯示）設(shè)備、數(shù)據(jù)纜線等。同事，其還可通過電腦等相關(guān)終端的顯示，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控相關(guān)數(shù)據(jù)的目的。通過程序轉(zhuǎn)換相關(guān)的界面，可輕易轉(zhuǎn)換終端（電腦、電視等）所顯示的界面，并且還能夠在界面中顯示例如系統(tǒng)溫度、直流電壓、直流電流、直流功率、交流電壓、交流電流、交流功率、日發(fā)電量、總發(fā)電量、氣象數(shù)據(jù)等信息，從而體現(xiàn)出系統(tǒng)真實(shí)運(yùn)行效果。
5.光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展前景
近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，我國(guó)在光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)方面已經(jīng)研發(fā)出了一些新型技術(shù)，在光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的控制與切換方面依舊需要繼續(xù)、深入研究分析。為了提升光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的工作效率，必須全面掌握光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的控制，并且還需妥善解決并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的切換問題，以確保光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)能夠大規(guī)模的運(yùn)用于普通用戶。光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)是太陽能發(fā)電的應(yīng)用系統(tǒng)，具有太陽能發(fā)電系統(tǒng)的所有優(yōu)勢(shì)，但其還具備價(jià)格貴、投資高、發(fā)電量受氣候變化影響等方面的缺陷，是現(xiàn)階段并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行存在的主要問題，但隨著日后科技的不斷進(jìn)步，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)必將成為全民的發(fā)電系統(tǒng)。
6.結(jié)語
綜上所述，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)目前正向成熟化方向發(fā)展，并且逐漸成為電網(wǎng)系統(tǒng)的重要組成部分。在運(yùn)用光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)時(shí)，需要依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行一定的規(guī)劃設(shè)計(jì)，以避免其對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行效率的影響，并且還需落實(shí)相應(yīng)的安全保護(hù)技術(shù)，避免光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生。
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