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分布式光伏发电微网控制策略

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[摘要]

随着我国工业经济的快速发展,经济发展与环境保护之间的矛盾日益尖锐,这严重影响了我国经济的持续稳健发展。为此,加快我国经济布局的调整和能源结构的优化升级乃光伏发电产业发展的当务之急。光伏发电作为一种可再生能源,其拥有清洁干净、发电过程简单、能源分布广泛、不产生噪音等诸多优点,因此加快光伏发电技术的应用和推广意义重大。在分析光伏发电原理的基础上,指出分布式光伏发电存在的问题,并提出切实可行的解决策略。

[关键词]

分布式;光伏发电;微网控制;策略

光伏发电作为新型能源之一,其经济环保优势和广阔的发展前景引起了世界各国的广泛关注。我国自2009年以来出台了一系列政策以推动光伏能源产业的发展。目前,我国对光伏能源的利用和开发已步入产业化发展阶段。光伏产业业内有关专家认为,今后十年光伏产业的发展呈井喷之势。预计到2020年光伏发电的电价将与传统能源发电电价相近,到本世纪中叶光伏发电量将占到世界发电总量的一半左右。所以,进一步加快对光伏发电高转换率和低成本的研究工作乃当务之急。而微网技术的出现为光伏发电的推广和应用提供了新思路,如何将二者更好的结合成为亟待破解的难题。

1光伏发电与微网技术

1.1光伏发电光伏发电可以通过光伏效应将光能转化为电能并储存在光伏电池中。光伏发电的本质:光能转变为直流电,再到交流电。需要注意的是,直流电到交流电的过程中,需要借助电力电子装置。与传统能源相比,光伏发电拥有清洁干净、发电过程简单、能源分布广泛、不产生噪音等诸多优点,但是其也存在一些不足之处,比如光照强度和环境温度会严重影响光伏发电的功率输出,而光伏发电功率的波动往往会对用户带来严重的负面影响。所以,克服光伏发电功率的不稳定性是光伏能源推广的关键所在。

1.2微网技术微网能够把分布式电源、储能装置和负荷结合起来,这种新型分布式发电网络结构可形成单一的可控单元,并当电力系统发生严重故障时进行断开。最新的研究结果表明,光伏发电和微网技术相结合,能够提高光伏能源的利用率,并提高电力系统的供电可靠性,不断的增强电力系统的抗自然灾害能力。可见,微网技术为光伏发电的应用和推广提供了新的思路。

2微网技术下分布式光伏发电存在的问题

2.1受外界环境影响严重光伏发电主要依靠太阳辐射转化为电能,但光照发生变化时,会直接影响电能的输出频率,尤其多云天气,光照强度变化剧烈,严重影响微网的电压和频率的稳定性。而且光伏发电会随着昼夜和季节变化呈现周期性变化,光伏发电不具备调峰、调频能力,无法随时满足系统的负荷高峰需求。PQ控制是微网并网运行常采用的一种手段,这种控制可以借助设定某一功率值,来给供给线路提供稳定的电压和功率支持。然而,光伏发电受外界环境影响严重,功率输出极其不稳定,甚至会出现功率输出为零的情况,在这样的情形下,微网就不适宜采用PQ控制,从而降低了微网供电的稳定性和可靠性。同时,对于电压和频率稳定有着较高要求的微网孤岛,也就无法运行。

2.2谐波污染和无功损耗严重光伏发电产生的是直流电,需要电子电力设备进行电流转换,变成可以使用的交换电流。而且光伏发电受光照影响较为严重,导致光伏发电系统带有随机性和间歇性缺陷,使得光伏发电所采用的大量电子电力设备会带来谐波污染和无功损耗,形成所谓的电网公害,从而引发更为严重的电能质量问题。2.3储能设备成本较高目前,我国光伏发电的储能设备使用的是高成本的压缩空气和电池储能。生产储能电池所使用的原料以多晶硅为主,我国由于光伏发电行业起步较晚,多晶硅的生产技术并不成熟,在国内生产1kg多晶硅的成本为70美元,而国外生产等量多晶硅的成本仅为25~30美元,而且质量远远高于国内,这导致中国下游的企业纷纷向国外进口多晶硅生产储能电池。现阶段,薄膜太阳能电池是最成功的储能电池,但是在其生产过程中需要碲化镉。碲作为世界稀有金属,一旦薄膜太阳能电池大量生产,必然加剧碲资源的短缺,导致碲价格的上涨,从而导致储能设备的成本大幅度提高。

3分布式光伏发电微网控制策略

3.1引入蓄电池储能技术蓄电池是一种能将化学能和电能互为转化的一种化学电池。其特点是储能能量密度高、使用寿命长、价格低廉。利用蓄电池,在太阳能充足的时候,可以利用光伏发电为蓄电池充电,在光照强度频繁变化的情况下,蓄电池可以对光伏发电的功率波动进行充放电,以便输出的发电功率能够趋于稳定。分布式光伏发电功率输出具有如下特征:一是这种发电功率的输出容易受光照强度的影响,当光照较为充足的时候,这种分布式发电可以将多余的电能储放在蓄电池中,而当光照强度变化不定的时候,这种分布式发电又可以进行适当的储能和放能,以提高光伏发电系统功率输出的平滑度,提高系统电能质量及供电的可靠性。同时使微网能够持续平稳为负荷提供电能。

3.2多手段减少谐波污染和无功损耗消除微网谐波污染和无功损耗,对于提高电能质量具有重要意义。目前消除微网谐波污染可以采用安装谐波补偿装置来抑制谐波,还可以从源头上入手,对谐波源本身进行改造,减少谐波的产生和注入,这种方法适用于谐波源是电力电子装置的系统。无功损耗多是由产生谐波的电力电子设备产生的,所以在抑制谐波源的同时也可以降低无功损耗。目前,对于谐波源和无功损耗状况的改善,主要采用的是加装补偿装置,如固态切换开关、动态电压恢复器等,另外,柔性交流输电技术的应用、储能设备的更新升级,也能够减少谐波污染和无功损耗。

总之,针对我国化石能源紧缺,环境污染严重的现状,光伏能源发展不仅前景广阔,而且光伏发电的推广及普及势在必行。现阶段,我们要正视微网技术下分布式光伏发电存在的问题,积极推进光伏发电技术的发展与革新,加速产业升级,促进企业联动,降低能耗,使分布式光伏发电在微网中具有更好可控性,以提高微网的功率输出稳定性和电能质量。

[参考文献]

[1]付静.我国光伏产业国际竞争力现状及提升路径[J].河北大学学报(哲学社会科学版),2013(02).

[2]苏玲,张建华,王利,等.微电网相关问题及技术研究[J].电力系统保护与控制,2010,38(19).

[3]邱培春,葛宝明,毕大强.基于蓄电池储能的光伏并网发电平抑控制研究[J].电力系统保护与控制,2011,39(3).

作者:宋伟 单位:大唐山东新兴能源技术有限公司

分布式光伏发电微网控制策略责任编辑:杨雪    阅读:人次