高子元
（河北工程大学，河北 邯郸 056000）
引言光伏发电就是通过利用光电技术来实现太阳能向电能的转化，以此来提供绿色清洁能源。光伏发电与传统发电方式相比，具有更高的安全性可靠性，并且不会产生污染和大量的噪声，还可以广泛应用于沙漠、戈壁等环境恶劣的地区。为大幅度降低电力损耗，保护电力资源，完善电网系统，光伏发电和并网技术相结合成为我国电网建设的重要措施[1]。
1 光伏发电并网技术概述1.1 光伏发电简介光伏并网发电系统主要是由继电保护装置、太阳能光伏列阵、控制器、逆变器、储能装置、配电柜以及最大功率点跟踪装置等部分组成。
太阳能光伏阵列是光伏发电系统的核心装置，太阳能光伏阵列由太阳能光伏电池串并联形成。最初的光伏电池原材料为硅，用硅作为衬底，成本高、损耗大，故对光伏电池进行改进后，当前普遍应用的光伏电池内部由薄膜电池和晶体硅构成，不仅可以减小损耗，还可以提高光伏转化效率[2]。最大功率点装置是为了能够高效利用太阳能源，使光伏阵列在系统运行过程中时刻保持最大功率输出。储能装置的主要作用就是对电能进行控制，例如当太阳能源充足时，可以利用储能装置将电网中多余的电能储存起来，当太阳能源匮乏时，通过逆变器再将储存的电能释放出去，以此来保证发电系统稳定运行[3]。逆变器可以将直流电转化为交流电，再通过变压器转化成供人们日常使用的标准交流电压和频率。
1.2 光伏系统并网技术设计介绍1.2.1 子系统
光伏发电系统是由光伏模块子系统、逆变器并网子系统、直流配电子系统等多个子系统组成[4]。其中，逆变并网子系统起着核心作用，这个子系统可以将系统中产生的380 V 三相交流电，通过升压变压器进行电能并网转换。
1.2.2 主设备
作为光伏发电系统的核心部件，对于主设备的选择要进行多方面考量。一方面，为降低成本，可以选择容量大的器件。另一方面，减小主设备发生故障时对系统的冲击，又不可以选择容量过大的器件。故综合考虑，选择容量相对较大且与系统的适配性较高的设备。并网逆变器作为主设备的核心设备，还应具有过电压保护、过电流保护、频率保护等保护功能。光伏电池组件与并网逆变器之间的“桥梁”，是直流配电监测装置，它可以保证系统工作的安全性。同时，并网逆变器最好独立分散成并网的形式[5]，用来提高系统稳定性和安全性。
1.2.3 增压系统
通过增压系统中的升压变压器可以将电网电压转换成满足需求的交流额定电压。升压变压器的变比和类型选取要根据实际发电量来决定，一般选取箱型干式变压器。升压变电站采用分层设计的原理，上层作为监测逆变器的逆变工作室，下层是配电工作室[6]。对于高压进线柜一般选取中置式空气绝缘开关柜，对于低压进线柜一般选取低压抽出式开关柜，同时，引入计算机网络对系统进行监测，通过分析利用监测得到的线路电压、电流以及频率、温度等信息，控制升压系统。
1.2.4 保护措施
为保证整个系统的稳定性和可靠性，需要有一系列的保护措施。例如：通过安装能够实现自动保护的安全装置，保护高温跳闸时的开关柜和变压器。安装测控保护装置，可以应对电压过高或过低、频率过高或过低现象的发生[7]。
1.2.5 防雷接地
电气设备要安装接地装置、避雷带等避免雷击，保护工作人员的安全。
1.3 光伏发电并网光伏发电并网就是把太阳能和电能联系在一起，把光伏发电和并网技术联系在一起，给电力系统提供有功功率和无功功率，实现太阳能资源向电能资源的转化。在变压器的作用下，使电能资源和电网电压相一致，保证电压在电力系统中的正常传送。
光伏发电需要利用电网供给电能，在并网过程中存在一系列问题，会导致电能稳定性、可靠性受到一定的影响。以下着重从电网质量问题、对配电网的影响、电网的调度问题三个方面来进行分析。
2 电网质量问题光伏发电并网技术将太阳能转化成电能供人类使用，在实际并网过程中要求电流要和电力系统的电流、频率及相位保持一致。但在并网和电网的互相影响下会产生谐波，当谐波的量积累到一定程度时，将会演变成谐波污染。现阶段，我国针对电压（相电压）和谐波畸变率对应关系有着明确的标准，如表1 所示。
表1 公用电网谐波电压限值
为避免谐波危害，在并网运行前应提前做好谐波的计算和检测工作，可以安装滤波设备来避免谐波污染。同时，在光伏发电并网技术中，要对谐波进行实时监测，控制谐波畸变率在规定范围内，可以从以下两个方面对电流谐波含量进行控制：一是在逆变器中运用谐波抑制电路和功率因素校正电路，二是在供电设备处对高次谐波进行处理[8]。
光伏发电极易受到环境因素的影响，而产生电压波动。例如：在阴雨天气里，太阳被云层遮挡，导致太阳光照减弱，则光伏电源的功率就会大幅度降低。反之，在晴朗天气太阳光照强烈时，光伏电源的功率就会大幅度升高。此类情况的出现导致电网电压出现大频率的波动。
在并网正式运行过程中，要根据外界温度、光照、季节和气候等因素的影响，进行相应的调节，对电压波动进行严格的计算和记录，结合实际情况对电压波动进行控制和补偿。
3 配电网影响3.1 潮流配电网是在电力系统中起分配电能作用的网络，一般采用闭环设计，开环运行，结构一般呈辐射状。潮流是用来表示电力系统的一个稳态运行状态，支路潮流电压具有单向流动的特性，即随着与发电厂距离的增大，电压功率等参数逐渐下降。但是，当电网中接入光伏电源后，情况有所不同。当接入电源后，线路上的传输功率减少，可能会使节点电压升高，导致潮流方向的变化变得不可预测，即电压降落和电压调整难以计算，致使电压调整设备出现错误，同时，还可能导致变压器电压、容量超量程等问题，这些情况都会使发电系统的稳定性、可靠性、安全性受到影响。
为应对光伏发电过程中的随机性和波动性，需要发电系统中具备足够的调峰电源和调频机组，当出现末电压升高引起潮流方向变逆，电压倒送情况时，通过调整变压器的调压开关，并与光伏发电系统和无功补偿装置配合使用，降低伤害。
3.2 孤岛效应孤岛效应就是在电力系统稳定运行时，因出现突发状况强迫电网中断供电，但发电系统不会突变，仍旧维持着负载供电模式，一直向外界输出电能，此种情况被称为“孤岛效应”。当发电系统在“孤岛状态”运行时，将对配电网和负载造成极大的危害。
1）电网内部的电压和频率变得不稳定且无法控制，会给设备运行带来威胁。
2）由于处于孤岛状态中的供电系统依然带电，可能会给工作人员的安全造成危害，从而导致安全事故的发生。
3）当故障解决、恢复正常工作时，光伏发电系统需要重新并网，此时可能会因相位等参数不一致，引起极大的电流冲击[9]。
针对孤岛效应，研究其解决方法和保护措施显得尤为必要。保护措施可以采用反孤岛保护技术，这种技术可以在危险出现时及时控制电网进入停止状态，避免了电压不稳的情况出现。孤岛检测方法可以分为主动型和被动型。主动型检测法主要包括有源频率偏移法（AFD）、滑膜频率偏移法（SMS）和带正反馈的有源频率偏移法（AFDPF）等。被动型检测法主要包括高低频检测、相位突变检测和电压谐波检测等。
4 电网调度问题现有的光伏发电系统没有自动调度功能，不能控制和参与电网频率、电压的调整，从而加大了电网调度的难度。在实际运行中，可能会有大规模、大容量甚至不同类型的分布式光源接入配电网。因此，要提高配电网对此类光伏电源的消纳能力，也可以利用风光储互补发电系统，对分布式光伏电源和分布式电源进行协调运行[10]。在高级配电网运行时，可以对新能源分布式发电系统的互联、接口、光伏发电系统并网在不同用户、不同电压波动下的情况进行研究。
5 结语光伏发电作为新能源发电形式的一种，因其独特的优势和特点具有广阔的发展前景。但是，在光伏发电与并网技术结合时，会产生一系列问题，接入电网后引起的电压波动和孤岛效应将会给配电网带来不小的影响。针对以上问题，可以通过安装滤波设备、运用校正电路、调整电压开关和运用反孤岛技术等方法，确保电能质量，实现电网稳定、安全、可靠运行。