根據運行方式的不同,光伏發電系統可分爲三種類型:獨立型、並網型和混合型。與獨立式光伏發電系統相比,前者可利用電力系統中的輸電線路實現電能的遠距離傳輸,具有電網電能支撐,基本無需考慮負載特性的影響等優點。當前我國的光伏並網發電系統具有大規模開發、中高壓接入和分散開發、低電壓就地接入兩種發展方式,因此我國的
光伏並網發電系統可分爲集中式和分布式兩種。
1.分布式集中光伏系統的特點。
分布式光伏並網發電系統位于用戶側,發電供應當地電力負荷,占地面積小,運行方式靈活。主要用于屋頂、建築、溫室、魚塘水泵、路燈等場合。集中光伏並網發電系統主要指大型光伏發電站,作爲大容量電源直接供高壓輸電系統。一般建在沙漠,選址靈活,施工周期短,輸出穩定,運行方式靈活,易于參與電網調壓調頻,運行成本低。
2.分布式和集中式光伏系統存在共同問題。
目前,分布式和集中式光伏系統存在以下常見問題:
(1)光伏陣列的優化配置。在安裝光伏陣列之前,應根據設計要求和周圍環境等因素對組件選擇、組件安裝傾斜角度、陣列拓撲結構等進行優化,以提高光伏系統的發電效率。
(2)光伏陣列的溫度上升、不匹配和熱斑。光伏系統的工作環境相對複雜。隨着時間的推移,組件表面會積聚灰塵,甚至樹葉和鳥類的排泄物。有時組件被周圍的建築物和樹木遮擋,組件的溫度會明顯升高。隨着組件溫度的升高,其輸出電壓和功率會降低。這些情況會導致光伏陣列失配,嚴重時會出現熱斑效應,降低組件的使用壽命。
(3)光伏陣列的輸出特性具有多峰特性。光伏電站有大面積的光伏陣列,有時可時可不同類型的光伏組件組合,或者即使組件類型相同,由于雲、灰塵、老化等原因,組件之間不匹配,使其輸出特性呈現多峰特性,降低了光伏陣列的發電效率。
(4)光伏系統並網後產生的電能質量問題。例如,電網中的潮流方向會發生變化,導致線路損耗增加,繼電保護需要重新調整;光伏系統具有隨機性和波動性,會導致電網電壓波動;光伏系統中使用了大量的電力電子設備,會對電網造成諧波汙染。
3.集中光伏系統存在獨特問題。
目前,集中光伏系統存在以下特殊問題:
(1)清理大面積光伏陣列。光伏陣列長期在露天工作,光伏組件表面會被鳥糞等雜質覆盖,嚴重影響光伏組件的輸出功率,應及時清理光伏陣列表面的附着物。對于大型光伏電站來說,有大面積的光伏陣列,用人力清洗組件,效率太低,安全性差。
(2)變頻器的非理想特性。集中式大型光伏電站需要多個變頻器並聯運行,但由于變頻器的非理性特性,會產生環流和諧波放大,降低變頻器的轉換效率。
4.分布式和集中式光伏系統的關鍵技術。
爲確保分布式、集中式光伏系統的安全、可靠和穩定運行,需要采用以下幾種關鍵技術:
(1)最大功率點跟蹤技術。光伏電池的輸出特性具有非線性特性,P-U輸出特性曲線在任何條件下都具有特定的最大功率點。爲了提高光伏系統的發電效率,采用最大功率點跟蹤控制技術,使光伏系統在最大功率點工作。
(2)全球最大功率點跟蹤控制技術。在局部陰影下,光伏陣列的功率輸出特性呈現多峰特性,提高光伏系統的發電效率,要求全球最大功率點跟蹤控制技術實現全局優化。
(3)光伏陣列熱點檢測技術。針對熱點效應,會對光伏電池造成嚴重損壞,需要熱點檢測技術來檢測和准確定位組件熱點。
(4)光伏轉換控制技術。主要包括逆變、並網控制、安全保護等技術。對于容量小的光伏系統,如何提高逆變器的工作效率,減少能量損失也是光伏轉換控制技術的發展方向;對于大容量光伏系統,除了實現基本的逆變、並網和保護功能外,還要求逆變器具有單容量大、電壓水平高、輸出電能質量好、抗幹擾能力強的特點。
(5)島屿檢測技術。具有島屿保護功能是光伏系統能否並網的關鍵條件,要求島屿檢測技術具有較小的檢測盲區和較強的抗幹擾能力。
5.集中光伏系統獨特的關鍵技術。
集中光伏系統獨特的關鍵技術主要包括:
(1)低電壓穿越技術。對于大型光伏變電站來說,當系統短路故障導致電壓下降時,光伏電站不會立即退出運行,而是繼續與電網連接,爲電網提供一定的支持,幫助電網恢複電壓。
光伏並網發電系統具備低電壓穿越能力將成爲並網逆變器的核心技術。大型光伏電站必須有孤島檢測和低電壓穿越功能,但兩者之間存在一定的矛盾。如何共同實現這兩個功能值得研究。
(2)變頻器集群統一控制技術。通過統一控制多個變頻器,減少變頻器之間的不利影響,完成孤島檢測、低電壓穿越、通信等功能。
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