微電網(wǎng)光伏模塊配置的改進論文

　　微電網(wǎng)系統(tǒng)

　　從整個電力系統(tǒng)的角度來看，微電網(wǎng)是一個頗具獨立性的自適應智能單元。通過電力網(wǎng)絡架構層和綜合管理架構層之間鑲嵌式協(xié)作，達到域內(nèi)自治、電力平衡的目標。微電網(wǎng)內(nèi)最典型的能量運行組塊有兩類：微電源和局域負載。兩者通過能量儲存、交換、調節(jié)系統(tǒng)相互匹配。在并網(wǎng)條件下，微電網(wǎng)系統(tǒng)整體又與主網(wǎng)存在電能交換。以上電能運行各部分皆屬于微電網(wǎng)的電力網(wǎng)絡架構層。微電網(wǎng)可劃分成孤島型和并網(wǎng)型兩類。孤島型微電網(wǎng)不與大網(wǎng)產(chǎn)生任何形式的能量交換，系統(tǒng)內(nèi)部能量供應自給自足。圖2是一個典型的對稱可裂解光伏柴發(fā)一體化孤島微電網(wǎng)系統(tǒng)。圖1微電網(wǎng)系統(tǒng)雙層鑲嵌式結構示意圖微電源的接入與切割，域內(nèi)負載的并入和卸除，是微電網(wǎng)系統(tǒng)復雜控制策略的來源。促進能量高效利用，實現(xiàn)系統(tǒng)有效控制與保護的部分屬于微電網(wǎng)綜合管理架構層。微電網(wǎng)雙層結構示意圖如圖1所示，兩層之間存在類似機體與神經(jīng)的交互關聯(lián)。微電網(wǎng)系統(tǒng)設計時需要考慮的最主要因素包括以下幾個方面：微電網(wǎng)系統(tǒng)電能質量最優(yōu)化；可再生能源利用率最大化；降低系統(tǒng)建設造價和運行成本。以上三大要求在某一具體工程中很難做到絕對統(tǒng)一，通常因地制宜尋找折中設計方案。在微電網(wǎng)項目實踐中，根據(jù)不同的基建環(huán)境,并網(wǎng)型微電網(wǎng)則與大網(wǎng)連接，主網(wǎng)與微電網(wǎng)可在特定條件下交換能量。根據(jù)控制策略不同，其運行狀態(tài)又可分為孤島模式和并網(wǎng)模式。當然，即便在并網(wǎng)條件下，也要盡可能減少系統(tǒng)對大電網(wǎng)的依賴程度。這是微電網(wǎng)系統(tǒng)控制策略基本宗旨。圖3是一個單母線多回路光伏水電一體化并網(wǎng)型微電網(wǎng)系統(tǒng)。

　　微電網(wǎng)系統(tǒng)光伏模塊設計

　　理想微電網(wǎng)系統(tǒng)設計中的微電源模塊應具備即時接入與即時退出功能，相應的裂解與并入動作要求平滑可控，從而滿足上文所提到的三點要求。對每一個特定的光伏發(fā)電模塊而言，它本身獨有的接口、控制、保護與微電網(wǎng)系統(tǒng)的運行狀態(tài)息息相關。光伏發(fā)電模塊由組件系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、逆變系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及管理系統(tǒng)組成。光伏支路的設備包括：光伏組件群、匯流配電設備、直交流電壓調節(jié)設備、逆變設備、隔離開關設備、入網(wǎng)接口裝置，以及監(jiān)測、控制、保護裝置。微電網(wǎng)系統(tǒng)光伏模塊設計一般遵循如圖4所示流程，以達到系統(tǒng)設計合理性和功能完備性。不可否認，光伏發(fā)電與傳統(tǒng)發(fā)電相比，存在不少缺點。首先，光伏發(fā)電產(chǎn)出功率與太陽輻射量、太陽光譜特性密切相關，從而具有不穩(wěn)定性和難以平滑調節(jié)的自然缺陷；其次，逆變組團的功率因數(shù)高達0.99，因此，在有功功率不變的情況下，無功功率幾乎不存在可調空間；最后，逆變器換流運行中，由于功率電子器件工作而產(chǎn)生的各次諧波注入電網(wǎng)，嚴重影響電能質量。

　　光伏模塊配置改進探索

　　基于對上述缺點的考慮，微電網(wǎng)系統(tǒng)中的光伏模塊配置需要做相應改進。

　　1光伏支路設備成本降低。微電網(wǎng)工程建設成本中的重要份額主要落在光伏支路上。光伏支路各環(huán)節(jié)中設備的成本控制仍舊是今后微電網(wǎng)項目的重要課題。

　　2太陽電池轉換效率提升。工業(yè)化太陽電池轉換效率提升的價值是不言而喻的。成本穩(wěn)定前提下的器件效率提升會產(chǎn)生一系列的連環(huán)增益。

　　3太陽電池的短波相應增強。和大型光伏電站相比，微電網(wǎng)光伏支路的設計環(huán)境要復雜很多。在緊密關聯(lián)負載的人居環(huán)境中，良好的短波相應能有效提高微電網(wǎng)系統(tǒng)的整體能源利用效率。

　　4陣列失配改進。太陽電池生產(chǎn)雖然采用較為精密的微電子制造工藝，但最終成型的組件狀態(tài)一致性不佳。在同一逆變組團內(nèi)，不均勻的光伏陣列會發(fā)生運行失配。雖然導致失配的原因是多方面的，但從生產(chǎn)工藝上研究改進是最根本的方法。除此之外，單組件MPPT控制也是解決陣列失配的可行性方案。

　　5監(jiān)測系統(tǒng)智能化。光伏支路的監(jiān)測目標除陣列本身的輸出外，還應考慮到溫度、太陽輻射強度、太陽輻射量、太陽光譜特性等相關量。采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)量和光伏輸出，經(jīng)由特殊算法，可有效支持光伏發(fā)電支路的智能化。

　　6電能質量改善。電能質量控制是光伏模塊的軟肋，是光伏發(fā)電無法從輔助能源轉變?yōu)樘娲�能源的最大瓶頸。光伏支路運行中的電能質量問題主要有：滲入的直流分量、電力電子器件運行產(chǎn)生的諧波污染、電壓波動閃變、波形畸變以及三相不平衡。基于儲能設備和電能質量管理設備的綜合治理在目前看來是最有效的方案。

　　7設備標準化。光伏支路相關設備標準化將有助于簡化控制系統(tǒng)的工作，有利于微電網(wǎng)智能化運行的實現(xiàn)。微電網(wǎng)融合技術將對光伏設備的標準化提出更高要求。

　　8提高擴展延伸性。由于負荷變動的需要，微電網(wǎng)光伏支路在規(guī)劃布局上必須充分考慮擴展延伸能力。在微電網(wǎng)工程初期，就得充分預留電力和通訊接口。監(jiān)控平臺的設計也要考慮系統(tǒng)的可能延伸范圍。

　　9功率調節(jié)和功率預測。在功率檢測基礎上的功率調節(jié)和預測是光伏模塊控制與保護的核心技術。另外，并網(wǎng)型微電網(wǎng)還必須同時具備孤島保護和低電壓穿越能力。

　　結語

　　微電網(wǎng)的發(fā)展將從根本上改善以往電力負荷畸形增長帶來的不穩(wěn)定因素，在節(jié)能減排、提高電力系統(tǒng)可靠性和靈活性方面具有巨大潛力，是電網(wǎng)智能化的關鍵策略之一。接入微電網(wǎng)系統(tǒng)的光伏發(fā)電模塊，由于其本身的自然屬性和電力系統(tǒng)的特殊環(huán)境，存在配置失調問題。探求這些問題的解決方案是微電網(wǎng)系統(tǒng)逐步走向成熟的先決條件。

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