太阳能光伏发电微电网的探究

王跃龙 ,杜伟 

摘要：随着我国可再生能源发展的不断推进，对太阳能光伏发电系统提出了更高的要求。在传统的分布式电力系统中，由于存在成本高昂、供电可靠性低、对电网冲击大等缺点，因此很难适应发展迅速的微电网市场。本文在深入研究微电网和分布式光伏发电系统中存在问题及解决方案基础上，提出了太阳能光伏发电微电网并阐述了微电网的构建方法及微网运行管理方案。

关键词：光伏发电；微电网；系统模式

1.引言

我国是世界上最大的太阳能资源国，太阳能资源已成为全球第一资源。但是据统计，目前全球50%以上的发电量都集中在发展中国家，这些国家大部分资源丰富却难以发展经济，而且随着我国可再生能源发电成本不断下降，这些国家也逐渐意识到自己国内的电力供应能力不足，开始转向发展能源电力系统。因此积极开展新能源微电网建设与开发将是提高可再生能源电力利用水平、保障能源安全的重要途径。本文基于可再生能源微电网模式设计了太阳能光伏发电微电网及配套建设方案用以解决这些问题，并在此基础上进一步完善了太阳能光伏发电微电网技术模式。

2.研究现状及存在问题及解决方案

随着我国可再生能源政策的不断出台，相关研究也进入了一个快速发展阶段。分布式光伏发电作为一种高效绿色环保的新型分布式电源，在一定程度上缓解了我国电网对电力传输的压力，为传统电网实现微网高效发展提供了有效的支撑。但是，分布式光伏发电系统由于存在系统拓扑结构复杂、电网频率高、受环境影响大以及对电网冲击大等问题，导致系统性能不稳定，对电网的冲击大、成本高等问题很难通过系统设计来解决。基于此种情况和发展现状，本文提出了太阳能光伏发电微电网概念并进行了仿真分析。

3.微网的构建方法及其运行管理方案

光伏微电网是一种多相混合的新型电力系统，由于光伏具有良好的光热特性，所以采用光伏与微电网结合的形式就可以解决太阳能电池板发电效率低、光伏电池阵列能量利用率低等问题。目前，微电网主要有并网型、集控型、储能型等几种类型，在满足发电效率、稳定性等要求外，还需结合分布式电源的特点来构建。在分布式电源发展较快的我国，随着分布式电源及供电容量的不断扩大，供电可靠性逐年降低，而且随着电气化进程的不断推进，能源转型和消费结构转变也将会对供电质量提出更高的要求。为了满足微电网发展面临的问题和挑战，需要设计相应方案。

4.微电网系统的组成

微电网的本质是一种分布式电源系统，由一组储能装置和一组无功补偿装置组成。根据微电网的特点，主要由微动系统、电源系统和负载系统三个部分组成。其中，微动系统由微动电力系统电源以及微电磁场等构成。微电磁场由电网产生并与光伏逆变器(IGBT)产生的磁感应耦合实现。微电磁场由风力发电系统、太阳能光伏发电系统、储能装置以及负载系统组成。微动系统以高电压为前提以太阳能为补充对负载进行电能回收。

5.蓄电池调频解决方案

微电网调频系统以蓄电池为主要电源，对光伏电池充电的频率进行自动控制，从而实现对其充电的一系列控制。由于蓄电池电压不稳定，电池会因充电时间过长而导致损坏电池组。同时由于锂电池的体积较大，其内部元器件和内部参数比较多。为保证锂电池与负载之间的协调工作，可以对电池的工作电流进行实时调整。当负载电流达到一定的阈值时，通过逆变器输出可控硅控制蓄电池的充放电。在太阳能电池板与负载之间建立一种有效的相互通信机制作为控制系统的基础。

6.微电网系统的供电模式及运行控制

微电网系统的供电模式包括负荷直接供电、蓄电池单元电源直接供电、光伏单元电源直接供电三种模式，其主要作用是通过蓄电池与电网进行连接，起到稳定电压，并实现可再生能源的持续供应，如图一所示。由于蓄电池中储存容量有限，因此其最主要的任务是防止蓄电池过充、过放。因此在微电网系统中，蓄电池单元电源必须满足微母线能量平衡需要，在储能、电力电子等方面具有一定技术优势。储能时通常采用交流电的方式来实现，由于储能装置的特性一般为电流谐波对电网干扰小，因此其基本形式主要包括：无功补偿和变压器调频等一系列传统直流输电手段实现的；有功补偿可以通过功率因数自动调节或电压自动调节等方式使电网中有功无功补偿和有功无功自动调整达到规定峰值；可通过电压不平衡抑制策略、变压器功率保护等多种措施对电网进行有效控制。

图一

7.总结和展望

近年来我国电力供应情况和能源结构发生了深刻变化，用电方式也随之发生变化。电力需求已经从传统需求侧管理逐步过渡到供给侧管理，即由电力用户（一般用户）向国家或企业提出用电需求，由电网提供电力来源，企业与用户按照合同约定合理使用电力资源以保证电力系统能够安全稳定运行。国家提出“节约优先、保护环境”等方针并出台了相应的法律法规，将太阳能、风能、生物质能和地热能等可再生能源发展战略新兴产业。随着环境保护与可持续发展理念意识逐渐增强，光伏、风能、太阳能、地热等清洁能源在未来发展中将有广阔的应用前景。特别是微电网技术得到了国家和行业的重视。光伏发电微电网系统的发展将会为经济社会发展带来巨大动力帮助。它将会成为未来能源开发领域最重要且十分有前景和潜力的技术体系之一。也将是世界范围内分布式能源发电领域发展中十分重要的组成部分。

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