光伏发电并网技术在电力系统中的应用

农 芒

赛富电力集团股份有限公司，广西 南宁 530000

0 引言

随着我国经济飞速发展及工业化进程的不断加快，电力作为我国绝大多数企业的主要供应能源，在实际生活中给予了人们诸多便利。现阶段，我国能源面临极度紧缺的情况，因此需要积极调整一些能源节约及高效利用有关的策略，尽可能地实现可持续发展的战略目标。光伏发电产业在这样的时代背景下迎来了黄金发展时期。我国的光伏发电将并网技术综合应用到日常工作过程中，从而调整了我国的能源利用格局，在一定程度上推动了我国能源的可持续发展[1]。

1 光伏发电基本工作原理与模型

新型的利用太阳能进行发电的环保电池，其工作原理是利用阳光收集设备将光能收集起来，在机器内部利用半导体材料将光能转化成电能[2]。这种新型电池正常开展工作的基本条件如下：首先，要在能充分收集到太阳光的环境下进行，即阳光的供给必须能满足发电需求；其次，在太阳光进入半导体材料的管子时，粒子必须具备可以快速激发电子的能量。同时，在光能转化成电能的过程中必须有势垒电厂的存在。在电厂的作用下，电子和空穴相互分开，电子集中与空穴集中相互分离，这样就可以借助电厂中的磁场，帮助分开的电子和空穴完成对接。当然，分开的电子和空穴也要能够在静电作用下继续发生变化，直至产生电流。因此，可以将太阳看作太阳能电池正常运转过程中的稳定能量来源，其基本模型如下。

上述公式中，Iph为伴随光产生的电流值（单位：A）。Iph的大小由太阳能光伏电池面板表面积及太阳光射入设备中的辐射度这两个因素决定，与这两个数值的大小成正比关系。同时，Iph还会受到周围环境温度的影响，当周围温度上升时，其值也会随之上升。

太阳能电池在制作时，通常采用的是稳定性能较强的PN结构二极管零件，这种零件可以随着工作中工作电压的加大，在零件内部产生一种二极管材料独有的电流，这在太阳能电池内部被称为暗电流，即公式中的ID值。ID的大小反映出了当前环境温度下，光伏电池PN结构自身所能产生的总扩散电力的变化情况。

Rsh为在电路形成过程中其他路线形成的无用电阻值的大小（单位：Ω）。这样的电阻若长时间存在，容易在电路运转过程中引发漏电现象。多余电阻的出现通常是由于工作人员没有及时清洁电路内部的硅片，导致硅片表面或边缘存在杂物，从而引发电阻漏电造成的。Rs为串联电阻（单位：Ω）。该电阻值表示在太阳能电池正常工作的电路中，电池材料表面、电路中线路长短等共同作用产生的电阻，这个电阻是无法避免的，但可以通过技术手段不断减小。I0为PN结反向饱和电流（单位：A）。q为电子电荷。A为PN结曲线常数，正偏电压大时，其值为1；正偏电压小时，其值为2。K为玻耳兹曼常数。T为绝对温度（单位：℃）。V为电压（单位：kV）；IL为负载电流（单位：A）；VD表示二极管电阻（单位：Ω）。

设置参照情况下，短路电流为Isc，开路电压为V0c，最大功率点电流与电压分别为Im、Vm，则当光伏阵列电压为V时，其对应点电流为I，则有

式中：C1、C2为常数，参数Isc、Voc、Im、Vm的值由供应商提供。

考量到太阳辐射变动与温度影响时：

式中：Sref、Tref为太阳辐射和光伏电池温度参考值，一般取为1 kW/m，25 ℃；a为日照强度下的电流温度系数，A/℃；β为日照强度下的电压温度系数，V/℃。

针对单晶硅及多晶硅太阳电池，其测值为

结果表明：太阳能电池板在对外输出时，光伏电池随太阳辐射变化而发生变化，其温度也随环境温度发生变化。

2 光伏发电并网系统创建的仿真模拟解析

2.1 光伏电站并网系统架构

太阳能电池作为一种新型能源利用形式，其技术发展还具有很多局限性，因此现在大多数的光伏电站在建立时采用了将传统蓄电池和电容超大的能量储存技术相结合的并网系统。这种系统内部的基础单元结构为光伏设备促成的列阵，通过这些列阵的排列，在内部将光能转化为电能。

2.2 储能系统关联性

传统发电过程中常用的蓄电池与电容超大的能量储存器可以在使用过程中直接与光能发电过程中使用的光伏电源并联在一起，因而二者之间的电压应该是一直保持一致的。将传统蓄电池的电能存储功能与目前较为先进的光能转换电池相结合，同时借助能够双向通电的功率转换器，可以实现光伏电站充电功能和放电功能的灵活转换，并且能通过这种反系统，实现在电能运用过程中的功率、电压等方面的统一，确保了用电企业在生产过程中的安全[3]。

2.3 系统仿真模拟解析

要想准确评估光伏系统，就需要通过仿真技术对系统运行过程进行模拟，通过模拟评估系统的稳定程度和效率。同时，也可以将系统运行前后的各项具体数值进行对比分析，根据比较的结果分析系统运行过程的有效性。另外，结合运行前后的能量储存效率，也能够分析出结论。因为传统的超级电容在运行过程中功率变化的幅度很小，所以通过系统运行可以有效补充并网之后系统运行过程中高频分率的波动所需能量，而低频分量的能量补充则可以通过传统的蓄电池进行补充。

3 光伏发电并网技术在电力系统中的应用

3.1 并网逆变模式与独立逆变模式的转化

太阳能光伏发电系统主要有两种运行模式，即并网逆变模式和独立逆变模式。在系统处于开机状态后，若要实现两种不同工作模式之间的有效转化，需要工作人员对电网、蓄电池和太阳能电池电压进行细致、精确的检测，保证三者的运行状态正常。要实现并网发电，技术条件和环境条件缺一不可，即电网与太阳能电池的电压必须处于正常状态，而且蓄电池的电压必须饱和，只有满足这些条件，才能够确保并网发电的正常运行。并网技术不仅可以做到对实际工作过程中相关光电机组的运行状态和方法进行模拟仿真，还能够通过关键的主设备有效预测实际工作过程中光电机组的运行功率。在并网发电的同时，逆变器需要输出电压提供的能量对电网和交流负载进行供给，可一旦电网出现问题，就需要进行系统检测。在进行系统检测时，必须将并网逆变模式转化为独立逆变模式，在独立逆变模式下向负载持续供电，起到不停止电源供电的作用，然后修复电网。在电网修复后，光伏发电系统由独立逆变模式转化为并网逆变模式，继续进行并网供电。

3.2 光伏板开关控制转换

在太阳能光伏发电系统中，进行自动化检测和相关的并网发电操作需要逆变器设备。换言之，就是需要确保太阳能光伏发电系统能够正常运行。在进行计划性退网时，必须先断开光伏板侧的直流开关，确定逆变设备停机后，再断开其侧的交流开关，然后结合实际情况依次对设备进行停电操作。重复以上操作，直至断开光伏电源。如果光伏电源的并网容量较小，可以不选择对光伏板侧直流开关进行断开操作，而是先保证开关处于打开状态，然后直接对逆变设备进行停机操作。另一个可行的操作方案是断开逆变设备侧的交流开关。如果发电装置或电网体系发生事故，光伏电源可以选择进行非计划退网，此时需由逆变设备和保护装置自动进行检测操作，其中包括自动完成解合环。另外，要隔离事故点，尽可能遏制事故造成的影响，将事故损失降至最低。

4 结束语

综上所述，我国光伏发电产业对并网技术的应用能够在极大程度上提高光电机组在运行过程中的稳定性和安全性，提高能源的转化率，进而给企业带来良好的经济效益。对此，相关的技术人员和工作人员需要加强对这些领域的探索和研究，推动我国光伏发电产业长久稳定发展。