光伏发电与风力发电的并网技术分析.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 02 月 01 日 作者简介：许滢（1986），男，汉族，江苏泰州人，研究生，高级工程师，电力电子与电力传动。-129-光伏发电与风力发电的并网技术分析 许 滢 国电南京自动化股份有限公司，江苏 南京 210000 摘要：摘要：在新能源技术领域内，发电技术与并网技术的组合应用，是保障电能供应与输送状态稳定性的关键手段。在光伏发电系统、风力发电系统中，电能的生产和供应总量存在差异，普遍呈现出周期性等核心特征。在运用并网技术的过程中，光伏系统与风能系统的电能输出功率是重点监测对象，并对本地配电网和电能输送线路产生一定影响。本文将着重分析光伏发电与风力发电的并网技术。关键词：关键词：光伏发电；风力发电；并网技术 中图分类号：中图分类号：TM614 光伏发电与风力发电系统，均能够输出大量清洁、可循环利用能源，但是两类发电系统中的关键技术与设备，其成本造价相对较高，若引入并网技术，则可以显著提高电能生产效率和经济效益。两类发电系统的并网技术，普遍受限于孤岛效应、效益不均衡等问题，因此需要优化设计并网系统线路，对直流和交流电的实际输出和输送量进行动态监测。1 光伏发电的并网技术 1.1 光伏并网逆变技术 在不同地区的光伏发电系统中，并网逆变技术，是保障电流频率与相位一致性的关键。逆变器会将直流电转换成交流电，并利用能源电池进行实时储能与发电等系统操作。光伏并网逆变技术能够保障电能传输的安全与稳定性，但是对相位转换和电流频率提出更加严格的要求1。电池输出的是直流电压，因此接入逆变器之后，确保交流频率与相位符合技术标准的要求。光伏逆变器设备，其功能类型普遍存在差异，例如集中式逆变器、组串式以及微型逆变器。在进行并网系统设计和规划的过程中，专业人员会根据发电机组系统设备、电源设备的峰值效率、额定输出功率与追踪电压等技术参数，及时调整逆变器的安装位置和电气参数。光伏并网逆变技术，被广泛应用在光伏组件和电能转换的安装测试环节中，并对发电机组设备的实际输出参数进行动态监测和可视化分析。光伏逆变器与电能转换需求息息相关，因此会直接影响相位、频率功率等电气参数的监测结果。1.2 光伏并网监控技术 在并不稳定的光伏发电系统中，应用并网监控技术是非常必要的。受到外界环境条件的影响与限制，光伏发电系统的并网效果并不稳定，因此需要引入并网监控设备和元件2。部分光伏发电系统会额外配置传感器、电气元件等技术资源，将电池组件、逆变器和电力设备作为并网状态监控、质量评估的主要对象。在实际应用光伏并网监控技术的过程中，需要根据光伏组件、逆变器和电力设备的实际配置数量、建设规模，将气象仪、辐照仪等设备安装在特定区域，利用安全节能的数据线，将上述设备与控制系统连接在一起。上述传感类设备，能够实现数据采集和通信传输等基础功能，并通过以太网、卫星系统实现网络连接操作功能。若光伏发电系统的电压输出频率与电力系统不一致，则会将监控数据同步传输到计算机设备上进行可视化分析3。光伏并网监控技术可以满足远程监控需求，对多个电力设备进行监控监督，保障运行数据分析结果的准确度。1.3 最大功率点跟踪技术 在不同建设规模的光伏发电系统中，最大功率点跟踪技术，是保障并网运行效率的重要措施。从太阳能发电的基本技术原理进行分析，其能量源的周期性变化规律，会导致光伏组件的输入和输出功率产生明显变化，因此实际并网运行效率偏低4。在光伏并网系统规划与设计过程中，逆变器、外部电网和光伏电池组件等系统资源，在连接过程中的负载要求存在差异。其中，电池功率与当地光照条件存在变量关系，因此需要运用最大功率点跟踪技术，对系统信息进行实时中国科技期刊数据库 工业 A-130-记录，才能确定光伏发电工作状态中的最佳负载条件，并为后续发电管理工作奠定数据基础。最大功率点跟踪技术，会对电压、电流的三相曲线进行逻辑分析，并强化数据采集、通信传输与实时计算等系统功能。此项技术手段，能够快速分析出转换器在光伏电池组件中获取的最大功率峰值，并运用增量电导法、扰动观察法，优化并网系统的规划设计方案和运维策略。最大功率点跟踪技术将光伏电池组件和逆变器作为监测对象5。2 风力发电的并网技术 2.1 异步机组并网技术 在不同地区的风力发电系统中，异步并网技术与同步并网技术，主要取决于发电机组的工作原理，发电厂可以根据经济效益层面上的需求进行选用。异步发电机是风力发电站的重要组成部分，其属于交流发电机组，在实际运行过程中依赖于定子与转子等主要零部件所形成的感应电流。异步发电机组并网技术，其经济优势比较显著，并集中体现在安装与运维成本费用等层面上。针对异步风力发电机组所选用的并网技术措施，主要涵盖直接并网技术、降压并网技术与晶闸管软并网技术等。若风力发电系统与电网之间的相位频率时序等要素基本相同，则可以选用直接并网技术，并交由空气开关设备进行自动控制，但是会受到局部电流冲击产生不稳定的电压。降压并网技术需要借助于电抗器、电阻等设备，降低并网连接操作瞬间产生的电气参数幅值，会明显消耗设备功率。晶闸管软并网技术的适用范围比较有限，需要对额定电流值的安全范围进行提前设置。2.2 同步机组并网技术 区别于异步风力发电机组的并网技术，同步机组并网技术普遍选用三相连接方式，才能满足空载和负载运行的实际需求。风力发电过程中对能源的转换要求相对较高，需要在恒定速度、恒定频率和变频等工作模式下，确保并网连接的电网系统负载情况与技术标准基本一致。在并网连接同步发电机组的过程中，基本会选用变频装置+发电机并联的方案，并将频率控制过程中采集的电气参数，作为安全监控的主要对象。同步风力发电机组，其作业模式是直流和交流循环转换，因此需要将风轮的转速进行动态控制，将发电频率与电网频率进行对比分析。同步风力发电机组设备的工作频率，与电网频率是相互独立的，因此可以避免失步问题的产生。但是在并网连接的过程中，需要充分考虑电力设备的实际负荷情况和电压电流特性，对逆变器等控制设备进行重点监控，避免发电机散热条件受到影响。同步机组并网技术的应用重点在于保障空载和负载运行的安全与稳定性。2.3 并网控制技术 在不同建设规模的风力发电系统中，并网控制技术需要以实际运行工况作为监控依据，运用电压矢量、电流矢量控制模型，精准处理并网接入瞬间和后续运行过程中产生的故障问题。基于电网电压矢量的控制方式，需要运用一组虚拟旋转坐标系，分解目标电网电压的相位，将其转换为风力发电机的电流和有功功率，并根据风力发电机组的无功补偿、谐波消除需求，保持电网电压输出状态的稳定性。基于电网电流矢量的控制方式，则侧重于采集和分析电流信号，跟踪电流的相位变化趋势，由于每个电机之间存在显著差异，因此需要根据所在线路位置，采取相应的处理方式。多数风力发电厂会选用 PI 控制方式，精准处理风力发电机设备之间的电气参数输出差异，但是需要合理设置 PI 参数，才能精准跟踪电流矢量数据的变化趋势。风力发电系统适用的并网控制技术，其数据采集和信号传输效率，会直接影响并网问题的现场处理难度。3 光伏与风力发电并网存在的问题 在新能源技术领域内，不同发电系统之间进行并网连接，其安全隐患和故障问题不容小觑。光伏与风力发电系统的并网连接问题，集中体现在孤岛效应、调峰调频问题、效益问题等层面上。风力发电机组、光伏组件与电力设备，与本地电网之间普遍存在相位差等安全隐患，因此容易产生火灾和爆炸事故。若部分发电机设备产生突发故障，但是并不能在第一时间断开与电网系统之间的连接，安全保护作用失效，电能运输效率会受到严重影响。产生孤岛效应的主要原因，集中于并网技术应用实践经验不足、相位监测力度不足、端口设备与电网不适配等层面上。光伏和风力发电系统，均具有随机性与间歇性等特征，尤其在观察负荷曲线的过程中，其在特定环境条件下的运行稳定性，会直接影响并网连接的安全性。不论是风力发电，还是光伏发电，其效益问题会严重制约电网系统的运行负载稳定性，因此在并网连接之后，故障维中国科技期刊数据库 工业 A-131-修成本会显著提高。4 光伏发电与风力发电的并网技术应用要点 4.1 加强并网孤岛效应检测 在光伏发电系统与风力发电系统中，加强对并网孤岛效应的检测力度，需要将主动频率偏移法、被动相位偏移法作为主要检测手段。在并网连接之前，需要根据光伏和风力发电系统的实际建设规模，对其相位和频率等电气参数进行持续采集，并将逆变器的断点问题，作为孤岛效应检测的主要对象。在运用主动频率偏移法进行检测分析时，专业技术人员需要对反向输出的电压频率进行重点监控，并需要在第一时间将检测结果上传到并网控制系统平台中。在运用被动相位偏移法进行实时检测时，需要将逆变器视为关键设备，并对其偶发故障、突发故障进行提前预测，若发电系统长时间崩溃、断开连接，则会产生大面积用电瘫痪等事故。若逆变器输出的电流与电网电流存在非常显著的相位差，则需要及时检测出差值的具体变化范围，避免影响区域电网的电力设备安全与稳定运行状态。加强对并网孤岛效应的检测力度，会显著降低故障检修成本。4.2 因地制宜建立配电系统 在合力开发风能与太阳能的过程中，发电厂与电力企业均需要因地制宜建立起高效安全的配电系统，并精准把握风力发电与光伏发电的技术特点。在集中建设光伏组件、风力涡轮发电机等设备的过程中，需要充分考虑到电源位置、经济效益等客观影响因素，并对配电系统的运行维护工作进行合理规划。因地制宜建立配电系统，需要着重分析风力发电、光伏发电系统的装机容量、并网方式等技术要素，并对其进行风险评估与安全评价。为保障并网连接过程中端口设备与电压电流功率的稳定性，需要根据发电周期和特性，合理调度光伏发电系统与风力发电系统的技术资源、经济资源。在同步建立配电系统和电气设备的过程中，发电厂和电力企业均需要重视发电机组与电网之间的功能、特性差异，并对输出电压电流、功率等电气参数进行动态化监控和风险预测评估。配电系统的安全开关，需要以逆变器等控制设备的配置需求为基准，避免浪费电力设备等资源。4.3 优化设计并网系统 在光伏发电系统、风力发电系统的并网连接阶段内，优化设计并网系统，是保障发电系统功能独立性的关键。两类发电系统，普遍会受到外界环境和气候条件的影响与限制，因此能源供应和输送状态并不稳定，会直接影响并入的电网质量与安全性能。在优化设计并网系统的过程中，需要对光伏、风力发电系统的所在位置进行全面监测，例如周边地理环境与气候条件等客观因素，才能精准判断并分析并网连接、故障预测等层面上的突出问题。在对现有发电和并网系统进行同步优化改造设计时，需要将并网的大致容量，与对应的配电系统规划设计方案进行对比，以免浪费电力系统和线路等技术资源。优化设计并网系统，其需要将能源不稳定、设备运行故障等问题，视为系统运行监测的重要切入点，才能对发电机组设备和逆变器进行优化配置。部分中小型并网系统和设备线路，会受限于安全开关的切断处理次数。4.4 优化信息网络技术的应用 在并网处理光伏和风力发电系统的过程中，发电厂与电力企业均需要优化信息网络技术的应用模式，最大限度提高电网系统资源的利用效率。若新能源发电系统的资源利用率偏低，则会直接影响本区域内电力资源的实际传输质量和安全稳定性能。在优化应用信息网络技术的过程中，不论是何种发电模式，均需要同步构建信息网络，对并网方案的可行性、经济性和风险系数进行建模评估。优化信息技术、计算机网络技术的应用模式，需要以减少并网功率消耗、减少发电机组运行故障率等目标为导向，才能最大限度提高电能的供应和传输效率。在运用信息技术与网络技术的过程中，发电厂与电力企业均需要重视光伏发电系统、风力发电系统的总容量和建设规模，并对并网处理过程中可能产生的突发故障和安全事故进行重点监控管理。信息技术与网络技术，能够重点监测逆变器、电源、安全开关等设备的实际运行工况，并将实时采集的数据参数实时传输到控制系统平台上进行可视化分析。5 结束语 综上所述，在光伏发电、风力发电系统的并网阶段，发电厂和电力企业均需要从并网方式的选择、并网控制技术的选择等层面上，科学规划与设计并网建设目标。根据光伏和风力发电系统在并网连接中容易中国科技期刊数据库 工业 A-132-产生的问题，相关技术人员需要加强并网检测力度，设计优化并网系统结构，才能提高发电与电网系统的整体运行效益。参考文献 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