光伏发电并网逆变器控制器控制系统的设计

导读：本辑归纳了分布式并网光伏发电应用前景，并网光伏发电电能质量测试与分析，并网型光伏发电系统控制策略研究，分布式并网光伏发电应用前景，光伏发电系统中蓄电池充电控制研究。

中国学术期刊文辑（2013）

目 录

一、理论篇

多功能光伏发电系统仿真设计 1 分布式并网光伏发电应用前景 6 分布式光伏发电现状及走势 8 分布式光伏发电现状及走势孙李平 10

分布式光伏发电陷迷途奥克股份阳光电源堪忧 12 光伏并网发电若干关键技术分析与综述 14 光伏发电并网标准发展陈志磊 21

光伏发电并网对东莞电网的影响及对策研究 25 光伏发电并网及电能计量问题探究 29

光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望 31 光伏发电并网技术的应用 45

光伏发电并网技术难点及破解办法 46 二、发展篇

光伏发电并网难考验激励机制 49

光伏发电并网逆变器控制器控制系统的设计 51

光伏发电并网系统的仿真建模及对配电网电压稳定性影响 53 光伏发电并网系统跟踪方法的改进 67 太阳能光伏发电的设计应用陈秋宇 1 76 太阳能光伏发电的设计应用陈秋宇 79 太阳能光伏发电技术及其发展前景分析 82

一种新型高效太阳能光伏发电系统的设计及优化分析 84 以光伏发电为代表的微电网的经济运行评估 87

以光伏发电为代表的微电网的经济运行评估杨海晶 90 应用于停车棚的光伏储能微网发电系统研究 93

第２７卷第４期２０１２年１２月

电力科学与技术学报

ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＩＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　　　　　　

Ｖｏｌ．２７Ｎｏ．４Ｄｅｃ．２０１２　

多功能光伏发电系统仿真设计

肖朝霞，刘　东，赵倩宇

（）天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室，天津　３００３８７

／摘　要：提供一种基于Ｍ既可用于系统运行分析和ａｔｌａｂＳｉｍｕｌｉｎｋ的多功能光伏（ＰＶ）发电系统仿真设计方法，控制器设计，又可通过ｄ并对系统运行模式进行分析，采用ｓＳａｃｅ将其用于实验室系统．ｔａｔｅｆｌｏｗ进行运行模式控ｐ／制；给出光伏逆变器和蓄电池充放电控制方法，以及它们在ＭａｔｌａｂＳｉｍｕｌｉｎｋ中的实现方式。该仿真方法的应用可促进分布式发电的实用化进程．

关　键　词：光伏；蓄电池；操作模式控制；状态流

（）中图分类号：ＴＭ３４１　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１６７３９１４０２０１２０４００１２０５－－－ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｄｅｓｉｎｏｆｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌＰＶｉｎｖｅｒｔｅｒｓｓｔｅｍ　　　　　－　ｇｙ

，，ＸＩＡＯＺｈａｏｘｉａＬＩＵ　ＤｏｎＺＨＡＯ　Ｑｉａｎｕ　－－ｙｇ

（ＴｉａｎｉｎＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎａｎｄ　　　　　ｊｙｙｇｙｇｇ　　　　

，）ＴｉａｎｉｎＰｏｌｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔＴｉａｎｉｎ３００３８７，ＣｈｉｎａＥｎｅｒ　　　ｊｙｙｊｇｙ　

：／ＡｂｓｔｒａｃｔＡ　ＭａｔｌａｂＳｉｍｕｌｉｎｋｂａｓｅｄｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌＰＶ）ｉｎｖｅｒｔｅｒｓｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（　　　－　　ｐｙｄｅｓｉｎｍｅｔｈｏｄｉｓｉｎｔｈｉｓｃａｎｂｅｕｓｅｄｆｏｒｓｓｔｅｍｏｅｒａｔｉｏｎａｎａｌｓｉｓａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｒｏｖｉｄｅｄａｅｒ．Ｉｔ　　　　　　　　　　　　　　　－ｇｙｐｙｐｐｐ

ｌｅｒｄｅｓｉｎ，ａｓｗｅｌｌａｓｆｏｒｔｈｅｌａｂｏｒａｔｏｒｓｓｔｅｍｃｏｎｔｒｏｌｂｄＳａｃｅ．Ｔｈｅｓｓｔｅｍｏｅｒａｔｉｏｎｏｓｓｉｂｌｅ　　　　　　　　　　　ｇｙｙｙｐｙｐｐ　　，ａｒｅａｎａｌｚｅｄａｎｄｔｈｅｓｔａｔｅｆｌｏｗｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｏｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅｔｈｅｍｏｄｅｓ　　　　　　　　　　　　ｙｐ

／ｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｓｏｆｔｈｅＰＶｉｎｖｅｒｔｅｒａｎｄｂａｔｔｅｒｃｈａｒｉｎｄｉｓｃｈａｒｉｎａｒｅｒｅｓｅｎｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｒ　　　　－　　　　　　－ｙｇｇｇｇｐ　　／ｒｅｓｏｎｄｉｎｉｍｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｉｎＭａｔｌａｂＳｉｍｕｌｉｎｋ．Ｔｈｅａｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｉｌｌ　　　　　　　　ｐｇｐｐｐ　ｔｈｅｕｔｉｌｉｔｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｅｎｅｒａｔｉｏｎｓ．ｒｏｍｏｔｅ　　　　ｐｙｇ　

：；；ＫｅｗｏｒｄｓＰＶ；ｂａｔｔｅｒｏｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔａｔｅｆｌｏｗ　　ｙｐｙ　　　分布式发电作为智能电网的组成部分之一为供

］１－２

能提供了一种新方式［通过逆变器接口的可再．生能源发电由于可以采用不同的控制方法而具有更

］３－４大的灵活性［多功能光伏发电系统采用光伏发．

能质量提高、无功功率补偿、谐波抑制、为电网ＵＰＳ、

］５－７

／提供电压和频率支持等功能［采用Ｍ．ａｔｌａｂ

既可用于系Ｓｉｍｕｌｉｎｋ进行该系统的软件部分设计，

也可将其应用于统运行模式和控制器设计的仿真，

［］１

，控制实验室系统的ｄ这种设计方法Ｓａｃｅ上８－１ｐ

电与蓄电池的组合，通过对逆变器和蓄电池的充放电控制，可以实现向电网提供更多的电能、负荷侧电

　　　　　　　　　　收稿日期：２０１２－１１－１５

可减少从仿真到实际系统的流程和错误概率．

）；基金项目：国家自然科学基金（天津市资助选派优秀博士后国际化培养计划（５１１０７０８８２０１２年）

，：通讯作者：肖朝霞（女，博士，副教授，主要从事分布式发电系统及其控制等方面的研究；１９８１－）Ｅ－ｍａｉｌｘｉａｏｚｈａｏｘｉａｔｕ．ｅｄｕ．ｃｎ＠ｊｐ

第２７卷第４期

肖朝霞，等：多功能光伏发电系统仿真设计

１３　

笔者详细介绍利用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ进行多功能光伏发电系统的设计流程．对实验室多功能光伏发电系统进行详细介绍，分析该系统各种可能的运行模式，给出运行模式控制采用Ｓｔａｔｅｆｌｏｗ（状态流）实现的方法和应用于该系统的控制器结构，并给出其在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中的实现方法．

１　系统模型多功能光伏系统

多功能光伏系统实验系统结构如图１所示，实验室系统如图２所示．该系统由功率为１００ｋＷ的光伏发电单元组成，蓄电池出口电压为３８４Ｖ，由１９２个电池串联而成，总容量为８００Ａｈ．系统的运行模式控制及对光伏和蓄电池充放电控制由ｄＳＰＡＣＥ　ＤＳ　１４０１ＭｉｃｒｏＡｕｔｏＢｏｘ完成．通过基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ进行该系统的软件部分的设计，既可用于系统运行模式和控制器设计的仿真，也可将其应用于控制实验室系统的ｄＳｐａｃｅ上，同时成熟后可用于控制实际系统．

图１　多功能光伏系统

Ｆｉｇ

ｕｒｅ　１　Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ＰＶ　ｓｙｓｔｅｍｓ图２　多功能光伏实验室系统

Ｆｉｇｕｒｅ　２　Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　

ｓｙｓｔｅｍ通过对开关和ＤＣ／ＡＣ及ＤＣ／ＤＣ的控制，多功能光伏系统主要提供以下功能．

１

）向电网提供更多的电能．逆变器的容量可满足光伏和蓄电池同时输出电能，光伏单元一般运行在ＭＰＰＴ模式．

２）子网内电能质量的提高．通过连接电感的引入，

子网内负荷点电压可免受主网电压波动的影响．３

）ＵＰＳ（不间断供电）功能．由于蓄电池设计的容量可单独为子网内负荷提供电能１ｈ，所以当主网出现故障，

该系统可提供持续供电．４

）尖峰共享功能．当子网内工业负荷用电处于用电尖峰时，该系统起削峰功能，可有效降低电网成本．

５

）无功功率补偿．由于光伏发电的间歇性，因此可利用对逆变器的控制为子网内工业负荷提供无功功率．

６

）谐波抑制．通过对光伏侧逆变器的控制，有效抑制谐波．

７）为电网提供电压和频率支持，参与主电网运行．

　系统的主要运行模式

系统通过控制断路器Ｓ１，Ｓ２和Ｓ３，主要有联网运行、运行和只有蓄电池与ＰＶ的工作模式．系统主要运行模式如表１所示，在ｓｔａｔｅｆｌｏｗ里操作模式控制如图３所示．

１

）对于联网运行，由电网是否处于尖峰运行、Ｖ能否提供电能和负荷对无功的要求情况，

又可分为５类：①电网可提供足够电能，ＤＣ／ＡＣ处于逆变状态，ＰＶ运行于最大功率点，将更多电能送给电网，蓄电池由ＰＶ充电；②电网可提供足够有功，

Ｃ／ＡＣ处于整流状态，蓄电池由电网充电；③电网可提供足够有功，

光伏输出有功功率未达到逆变器额定功率，逆变器可向子网内负荷或主电网提供无功，ＤＣ／ＡＣ处于逆变状态，子网与主电网连结点功率恒定或功率因数恒定，蓄电池由ＰＶ充电；④电网处于尖峰运行，ＤＣ／ＡＣ处于逆变状态，ＰＶ运行于最大功率点，蓄电池放电为负荷提供电能；⑤电网处于尖峰运行，ＤＣ／ＡＣ处于逆变状态，ＰＶ为蓄电池和负荷提供电能．

２）对于运行，系统由ＰＶ是否可以提供足够电能情况分为２类：①Ｐ

Ｖ恒电压运行为蓄电池和负荷提供电能；②ＰＶ运行于最大功率点，蓄电池放电为负荷提供电能．

３）对于仅有蓄电池和ＰＶ情形，也有２种运行模式：①ＰＶ为蓄电池充电．②ＰＶ运行于开路电压，不提供电能．

２ＰＤ１４

电力科学与技术学

报　　　　　　　　　　　　　２０１２年１２月

表１　系统的主要运行模式Ｔａｂｌｅ１　Ｓｓｔｅｍ　ｍａｉｎｏｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓ　　　ｙｐ

开关状态

／ＤＣＡＣ状态

逆变整流

（）或ＳＳ１和Ｓ２３闭合（联网运行）

逆变逆变逆变

Ｓ２且Ｓ３打开，运行）Ｓ１闭合（

逆变逆变ｏｆｆｏｆｆ　

ＰＶ运行模式ＭＰＰＴ（０ｋＷ）ＰＰＶ＞１ＭＰＰＴ（０ｋＷ）ＰＰＶ＞１ＭＴＴＰ（０ｋＷ）ＰＰＶ＞１

；恒电压（ＭＰＰＴ（０ｋＷ）０ｋＷ）ＰＰＶ＞１ＰＰＶ＜１

由蓄电池充电控制决定由蓄电池充电控制决定

；恒电压（ＭＰＰＴ（０ｋＷ）０ｋＷ）ＰＰＶ＞１ＰＰＶ＜１

由蓄电池充电控制决定

ｏｆｆ　

逆变器电压或电流控制电压或电流控制恒功率因数控制电压或电流控制电压或电流控制

电压控制电压控制ｏｆｆｏｆｆ　

蓄电池运行模式（充电ｏ满）ｒ０　

充电充电放电（尖峰共享）充电（尖峰共享）（充电ｏ满）ｒ０　

放电充电（满）０

Ｓ１打开

图３　运行模式控制

Ｆｉｕｒｅ３　Ｏｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｃｏｎｔｒｏｌ　　　ｐｇ

３　主要控制方式

／对于Ｄ恒ＣＡＣ逆变器主要采用恒电压控制、分别如图４～６所示．电流控制和恒功率因数控制，

图５　电流控制Ｆｉｕｒｅ５　Ｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌ　　ｇ

图４　电压控制Ｆｉｕｒｅ４　Ｖｏｌｔａｅｃｏｎｔｒｏｌ　　ｇｇ

图６　功率因数控制Ｆｉｕｒｅ６　Ｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｃｏｎｔｒｏｌ　　　ｇ

第２７卷第４期

肖朝霞，等：多功能光伏发电系统仿真设计

１５　

当采用连接电感时控制器结构如图４所示，控制的目的是维持负荷点电压恒定且尽可能将直流侧电能输送到电网，＿ＶＤＣｌｉｎｋｓｅｔ由光伏最大功率跟踪算法确定；当没有连接电感时控制器结构如图５所示，控制的目标为从逆变器看进去的系统为恒流源；

当负荷或电网需要大量无功而光伏逆变器没有满载时，可以通过控制逆变器向负荷或电网提供无功，控／控制器在Ｍ制器如图６所示．ａｔｌａｂＳｉｍｕｌｉｎｋ中仿真如图７所示．

／图７　控制器在ＭａｔｌａｂＳｉｍｕｌｉｎｋ的实现

／Ｆｉｕｒｅ７　ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｍｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｗｉｔｈＭａｔｌａｂＳｉｍｕｌｉｎｋ　　　　ｐｇ

／对于ＤＣＤＣ的控制如图８　　当蓄电池放电时，所示．当直流母线电压低于设置的最小值（０．９倍的）时，蓄电池开始放电，光伏最大功率处电压Ｖ＿ｍｐｐ当光伏输出功率大于１控制目的是使光伏０ｋＷ时，维持在ＭＴ当光伏输出功率小于１维ＴＰ；０ｋＷ时，持直流母线电压恒定并保护蓄电池不会过度放电．该控制器考虑蓄电池的放电状态，当蓄电池端口电蓄电池停止放电．压小于Ｖｂａｔｔ．ｍｉｎ时，

当直流母线电压大于其最大值（１．１倍的光伏

）最大功率处电压Ｖ＿时，蓄电池开始充电．根据ｍｐｐ如图９所示．当蓄电池蓄电池充电特性设计控制器，

）），图９（随着蓄端口电压较低时采用恒电流控制（ｂ电池电能增多，充电状态（发生变化，蓄电池端ＳＯＣ）口电压升高，当达到９由５％的蓄电池电大电压时，））恒电流充电转换为恒电压充电（图９（当蓄电池ｃ．电压达到其最大电压且充电电流小于其最小电流蓄电池充电已满，停止充电．时，

图８　蓄电池放电控制

Ｆｉｕｒｅ８　Ｂａｔｔｅｒｄｉｓｃｈａｒｅｃｏｎｔｒｏｌ　　ｙｇｇ　

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电力科学与技术学

报　　　　　　　　　　　　　２０１２年１２月

图９　蓄电池充电控制Ｆｉｕｒｅ９　Ｂａｔｔｅｒｃｈａｒｅｃｏｎｔｒｏｌ　　ｙｇｇ　

　结语

笔者提供了一种既可用于系统运行模式和控制器的设计，又可通过ｄＳｐａｃｅ将其用于实验室系统的基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的多功能光伏发电系统仿真设计方法．多功能光伏系统包括９种主要运行模式，各操作模式的控制通过ｓｔａｔｅｆｌｏｗ完成．通过对系统开关、ＤＣ／ＡＣ和ＤＣ／ＤＣ的控制，

系统可实现向电网提供更多的电能、负荷侧电能质量提高、ＵＰＳ、无功功率补偿、谐波抑制以及为电网提供电压和频率支持等功能．笔者详细介绍了光伏逆变器和蓄电池充放电控制方法，并给出了它们在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕ－ｉｎｋ中的实现方式．该仿真方法的应用可促进分布式发电的实用化进程．参考文献：

［１

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学与技术学报，２０１１，２６（１）：８２－８５．ＬＩＵ　Ｄｏｎｇ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａ－ｔｉｏｎ　ｂａｓｅ　ｏｆ　ｓｍａｒｔ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｇｒｉｄ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃ－ｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，２６（１）：８２－８５．［３

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ｏｆ　Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ，２００９，２０（４）：４－７．［４］马琳，孙凯，Ｒｅｍｕｓ　

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ａｌ．Ｃｏｍ－ｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｔｏｐｏｌｏｇｉｅｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　

ｎｅｕｔｒａｌ　ｐｏｉｎｔｃｌａｍｐｉｎｇ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆＣｈｉｎａ　Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，２０１１，２６（２）：１９－２５．［５］Ｇｅｉｂｅｌ　Ｄ，Ｊａｈｎ　Ｊ，Ｊｕｃｈｅｍ　Ｒ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　

ｂａｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ａ　ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ＰＶ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｃ］．１２ｔｈ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ａａｌｂｏｒｇ

，Ｄｅｎｍａｒｋ，２００７．［６］Ｇｅｉｂｅｌ　Ｄ，Ｂｒａｕｎ　Ｍ，Ｌａｎｄａｕ　Ｍ，ｅｔ　

ａｌ．ＭｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌＰＶ－ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ｉｎ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｇｒｉｄｓ［Ｃ］．１３ｔｈ　ＫａｓｓｅｌｅｒＳｙｍｐｏｓｉｕｍ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋａｓｓｅｌ，ＴｈｅＦｅｄｅｒａｌ　Ｒｅｐｕｂｌｉｃ　ｏｆ　Ｇｅｒｍａｎｙ

，２００８．［７］Ｇｅｉｂｅｌ　Ｄ．Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　ＰＶ　ｉｎｖｅｒｔｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ－ｅｎｅｒｇｙ

ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｒｅ－ｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｉｎ　ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ［Ｃ］．ＩＥＥＥ　ＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　Ｃｏｎｇｒｅｓｓ　ａｎｄ　Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ，Ｂｅｒｌｉｎ，Ｔｈｅ　Ｆｅｄ－ｅｒａｌ　Ｒｅｐｕｂｌｉｃ　ｏｆ　Ｇｅｒｍａｎｙ

，２００９．［８

］杨秀媛，刘小河，张芳，等．大型太阳能并网发电模型及应用［Ｊ］．中国电机工程学报，２０１１，３１（Ｓ１）：１９－２２．ＹＡＮＧ　Ｘｉｕ－ｙｕａｎ，ＬＩＵ　Ｘｉａｏ－ｈｅ，ＺＨＡＮＧ　Ｆａｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ＰＶ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＣＳＥＥ，２０１１，３１（Ｓ１）：１９－２２．［９

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，２０１２，３４（１１）：１１－１５．［１０］Ｓｕｎ　Ｋ，Ｘｉｎｇ　

Ｙ，Ｇｕｒｒｒｅｒｏ　Ｊ　Ｍ．Ａ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＤＣ　ｂｕｓ　ｓｉｇｎａｌｉｎｇ　ｆｏｒ　ｍｏｄｕｌａｒ　ｐｈｏｔｏ－ｖｏｌｔａｉｃ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｗｉｔｈ　ｂａｔｔｅｒｙ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０１１，２６（１０）：１６－２３．［１１

］周德佳，赵争鸣，吴理博，等．基于仿真模型的太阳能光伏电池阵列特性的分析［Ｊ］．清华大学学报：自然科学版，２００７，４７（７）：５－９．ＺＨＯＵ　Ｄｅ－ｊｉａ，ＺＨＡＯ　Ｚｈｅｎｇ－ｍｉｎｇ，ＷＵ　Ｌｉ－ｂｏ，ｅｔ　ａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　ａｒｒａｙｓ　ｕｓｉｎｇｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：Ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

，２００７，４７（７）：５－９．４ｌ科学之友FriendofSCienCeAm81eUrS2012年11月分布式并网光伏发电应用前景张紫涛.,常(1.山西省电力公司送变电工程公司,山西太原300006;慧.2-山西省电力建设四公司,山西太原30201)摘要:通过分析某地区建设分布式并网光伏发电的必要性,提出建设分布式并网光伏发电的设计思路与系统构成,并分析预计项目的节电效益和社会效益,认为分布式并网发电是一种有发展前途的电力工业前沿发电技术,有广泛的应用前景\"关键词:分布式并网光伏发电;设计思路;系统构成;效益中图分类号:TM92文献标识码:A文章编号:10()一80652012)26一0012一(2)在山西,冶炼行业和火力发电行业主要依靠地方丰富的煤炭资源\"这些行业为地方经济和社会作出了巨大贡献,在贡献的背后也存在一些不可避免的矛盾,那就是排放污染问题,其污染物直接影响着当地的空气质量\"现在,越来越多的人认识到保护环境的重要性,环境保护已成为摆在我们面前的一个严肃的课题,所以建设分布式并网光伏发电站成了一个必然的选择\"用线路(备用容量为sookvA),两路电源一路工作,一路备用\"10kv及0.4kV系统均采用单母线分段的接线方式,10kV电源一路工作,一路备用,分段开关合闸运行\"厂内采用10kV和380220V配电,变电室低压38/0V采用三相四线制中性点直接接地系统,放射式配电\"根据厂区内的工艺构筑物布置,厂内设2座配电站:1/配电站及马达控制中心MCCI设在鼓风机房附近,作为全厂供电及动力中心,供粗格栅及进水泵房!细格栅及旋流沉砂池!水解酸化池!鼓风机房!深度处理车间!加氯加药间!出水泵房等用电,采用2台1600kVA变压器\"尹配电站及马达控制中心MCCZ设在生物池附近,供污泥回流泵房!二沉池!生物池及厂前区构筑物等用电\"采用2台400kVA变压器\"全厂预计总用电负荷为凡2527kw,口二1026kvAR综合上述可知,建筑物屋顶300kw光伏电站的发电量远小于该厂的用电量,所以该电站的容量设计是可行的\",1.1建设分布式并网光伏发电的必要性案例概况某地区一污水处理厂占地6.29h时\"工程建设规模:近期为2013年送叫漠达到7.5万msd;远期为2020年,规模达到11万m3/d./污水处理工艺为改良A/A/O工艺辅以混凝!过滤\"污水处理后,出水排人厂附近河流\"污泥经浓缩脱水后,进行电厂焚烧或填埋,回用水主要用于电厂冷却等\"1.2污水处理厂能源消耗情况污水处理厂进线电源采用10kV电源进线,工作电源由附近供电部门110kV变电站引来专用线,备用电源取自厂区附近公2建设分布式并网光伏发电的设计思路与系统构成均载系数周期变化的原因\"其中,太阳轮的制造!安装误差对外啮合的均载系数影响较大\"5结束语上述应用当量啮合误差原理,根据动力学方法建立了3石MW风电齿轮箱行星轮系的动力学微分方程,并分析了各误差对系统均载性能的影响,具体结论为:按照均载系数公式计算得到外啮合的均载系数为1.0865,内啮合的均载系数为1.0839.行星架由于承受输人载荷!扭转切向微位移较大.所以在所有微位移中值最大,太阳轮的微位移最小;行星轮的微位移按照右!上!左!下的位置依次减小;行星轮的沿啮合线位移!径向位移!切向位移!轴向位移值依次增大;行星轮的轴向微位移最大,沿啮合线的微位移最小\"对于内啮合,内齿圈的制造和安装误差是造成均载系数周期变化的最主要原因;对于外啮合,太阳轮的制造!安装误差和太阳轮轴承误差是造成均载系数周期变化的最主要原因\"(编辑:边瑶)AnalysisofLarge一ScaleWindTurbineGearboxPlanetaryContainedhuWangangZAbstart:Tcheinputst哪oflarge一sealewindpower罗arh1)xdriveusuallyZK一Hplanet卿罗artraintrnasmissionehaarGearTrainaresmissioninp一ItspeedfmmtlleplanetealTierandsun罗aroutputspeedandfixedinternalringgear,thetrnaeteri;tiesforlow一sPeed,hea叮一duty.TheIargewindturbine罗abroxafeet,itfsnoiseduringoperitaon,operationstabiliryandreliahilityofthemainfaetorsandontheestablshmentofaPlane一叼罗artiar罗artrain:wereoverloadaetorfnsetmodel.Keywords:windpowergearbox:planet卿一12一科学之友FriendofSCi6nCeAmateUFS2012年11月.2,总体设计思想发电收人(节约电费):按年发电量42万度算,如果从电网针对目前的发电系统,总体设计思想为:分块发电采用就近采购,若每度电的价格为0.9元,相当于节约电费37.8万元\"集中并网方案,并网发电就近接入厂区楼宇0.4kv低压配电柜\".32利润测算.22单晶硅太阳能电池的应用经测算,项目实施后7一8年即可收回投资\"自太阳能发电应用于地面的二十多年来,在各国和企.33发电t计算业集团的支持和扶植下有了很大的发展\"随着太阳能电池制造安装角度为巧\"面向南方,该电站全年有效日照时间为174Oh,技术的不断改进,产量逐年上升,应用范围也从航标灯!铁路信考虑电站损耗,折合满功率运行时间为1400h,电站整体转换效号等特殊用电场合,发展到通信中继站!石油及天然气管道阴极率为80%\"保护电源系统等较大规模的工业应用\"在无电地区的乡村,太阳全年发电量:1740hj年x300kwx80%=42万度/年能家用电源!光电水泵等已经广泛使用,并且有了很好的社会效总计全年发电量为42万度(保守值)\"益和经济效益\"中小型太阳能光伏电站正在迅速增加,在不少地.34节约能源方已经可以取代柴油发电机,以上这些类型属于光伏系统本项目利用太阳能发电,符合国家5再生能源法6的要求\"的应用\"并网的太阳能发电系统也已在很多地区推广应用\"全世300kw容量太阳能电站建成投产后,年发电42万度电\"按1/电界太阳光电能发电系统自1990年后增速惊人,1990年总发电容能平均消耗3349标煤(按2007年全国6000kw及以上机组发量为30MW;到了1997年首次超过100MW大关,向120MW迈进;电标准煤耗计算),相当于每年节省标煤约14028t.每燃烧lt标到2002年年底,全球太阳光电能发电系统总发电容量已达煤排放Cq约2.6t,减少排放CO:约3.728t.每燃烧It标煤排200)(MWo放502约24kg,氮氧化物约7kg计算,减少排放502约3.37t,氮氧198一1996年,全球太阳能电池组件产量平均年增长率为化物约0.98t,此外,还减排粉尘和烟尘\"以每燃烧lt标煤排放21.6%,而1997年后又以30%左右的速度增长\"随着各国屋顶620kg煤渣计算,可减少排放煤渣36卜计划的实施,需要的光伏组件数量激增,相应的价格也将进一步下降\"由于单晶硅电池转换效率较其他电池高,故其他成本投人4结束语较低,例如支架!占地面积和人工等\"从以上可以看出,300kw光伏通过在某地区建设分布式光伏发电并网的案例,阐述了分电站采用单晶硅电池是合理的!可行的\"布式发电是一种有发展前途的电力工业前沿发电技术\"它既能.23系统的构成运行,也能与配电网并联运行\"与配电网并联运行的用户有固定式安装的太阳能光伏并网发电系统主要包括:单晶硅时在满足本身电力需要外,尚有多余电力向电网输送,有时需要光伏组件,光伏组件的安装支架,防水接线盒,光伏阵列防雷汇电网供电\"分布式电源具有分布广泛!容量小!间歇性强等特点\"流箱,直流防雷配电柜,光伏并网逆变器(带工频隔离变压器),分布式发电并网运行的随机性对配电网的结构和安全稳定运行环境监测仪,通讯及监控装置,现场土建!配电房等基础设施建有很大影响\"设,系统的防雷接地装置,系统的连接电缆及防护材料\"在新能源多样化进程不断加快的形势下,分布式电源具有3项目的节电效益和社会效益分析巨大的潜在市场和广阔的应用前景,分布式电源与配电网并联是今后分布式发电的发展趋势,但还需要进一步的研究和试验,3.1投资效益分析建设示范工程,取得运行经验,适时推广,以产生重要的经济效本项目为300kw单晶硅太阳能光伏用户侧并网电站项目,益和社会效益\"由于光伏发电时间与电价峰值段吻合,工业用电峰值电价为0.9(编辑:衷圣敏)元人民币\"DistributedGrid一connectedPVAPPlicationProsPeetsZhangZitao,ChangHuiAbstract:卫确ughanal015ofaregionalbuildingdistirb\":edand罗d一eonneetedPhotovol面e即wer罗nearUonOftheneeesityOfbuildingdis-tirbutedandghd一eonnectedphootvo>atic罗nerationdesignideasandsystemstruetuerandan吻515ofener盯一savingandsoeialbeneiftsofthepro-jeet15expeetedtothinkdistirbutedand幼d山eforefron-of-he脚werindus娜i,apromisingpowergeneartionteehnologyhasbroad叩汕eationProsPects#Keywords:distirbu阁幼d一cnoneetedphotovOltaiep!er罗neratlon;desi剖idesa;systemstUreture;efefetive13电力百科Encyclopedia

2012年11月1日，《国家电网公司关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》正式实施。分布式光伏发电这一新型发电模式更加火热。分布式光伏发电到底是什么，它在国内外的发展情况是怎样的？国网能源研究院新能源与统计研究所的相关专家对此进行了阐述。分布式光伏发电现状及走势

文／孙李平 李琼慧 黄碧斌

分布式光伏发电是什么？

分布式光伏发电通常是指利用分散式资源，装机规模较小的、布置在用户附近的发电系统，它一般接入低于35千伏或更低电压等级的电网。分布式光伏发电特指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。目前应用最为广泛的分布式光伏发电系统，是建在城市建筑物屋顶的光伏发电项目。该类项目必须接入公共电网，与公共电网一起为附近的用户供电。如果没有公共电网支撑，分布式系统就无法保证用户的用电可靠性和用电质量。分布式光伏发电有以下特点：一是输出功率相对较小。传统的集中式电站动辄几十万千瓦，甚至几百万千瓦，规模化的应用提高了其经济性。光伏发电的模块化设计，决定了其规模可大可小，可根据场地的要求调整光伏系统的容量。一般而言，一个分布式光伏发电项目的容量在数千千瓦以内。与集中式电站不同，光伏电站的大小对发电效率的影响很小，因此对其经济性的影响也很小，小型光伏系统的投资收益率并不会比大型的低。二是污染小，环保效益突出。分布式光伏发电项目在发电过程中，没有噪声，也不会对空气和水产生污染。但是，需要重视分布式光伏与周边城市环境的协调发展，在利用清洁能源的时候，考虑民众对城市环境美感的关切。三是能够在一定程度上缓解局地的用电紧张状况。分布式光伏发电在白天出力最高，正好在这个时段人们对电力的需求最大。但是，分布式光伏发电的能量密度相对较低，每平方米分布式光伏发电系统的功率仅约100瓦，再加上适合安装光伏组件的建筑屋顶面积的，因此分布式光伏发电不能从根本上解决用电紧张问题。　　我国分布式光伏发电发展现状是怎

样的？

光伏产业产能过剩的矛盾由来已久。我国光伏组件产量自2007年以来，连续5年位居世界第一。2011年，我国光伏组件产量是当年新增安装容量的10倍，90%的光伏组件需要销往国外。我国光伏产业严重依赖国外市场的风险在欧美“双反”时暴露无遗。为挽救我国光伏产业，国家连续出台支持分布式光伏发电发展。为了响应国家，国家电网公司发布分布式光伏发电相关管理办法，为促进分布式发电的快速发展奠定了坚实的基础。分布式光伏发电近3年呈现爆发式增长。我国从2009年开始实施特许权招标，推动地面大型光伏电站建设。同年，开始了“金太阳”工程和光电建筑示范项目，给予分布式光伏发电系统补贴，并按照投资规模的大小，确定补贴额度。截至2011年年底，国家已公布的光电建筑示范项目规模约为30万千瓦；“金太阳”工程已公布的规模约为117万千瓦。分布式光伏发电爆发式增长，但与之相关的规划、设计、施工、管理和运行的标准、规范不责任编辑：韩晓英

健全，导致问题集中显现。国家公布的相关规划提出，2015年分布式光伏发电要达到1000万千瓦。同时，明确提出鼓励在中东部地区建设与建筑结合的分布式光伏发电系统。因此，分布式光伏发电是未来的重要发展方向。　　国外发展分布式光伏发电，有哪些经

验可供借鉴？

从国外的发展经历看，有几点经验可供借鉴：采取经济杠杆保证光伏发电装机容量持续稳定增长。德国可再生能源法规定了光伏发电的补贴办法，对于屋顶光伏和地面光伏等各类光伏发电的应用模式，其规模不同，补贴力度不同。该国2012年最新修改的法律规定，光伏发电的上网电价从17.94欧分每千瓦时到24.43欧分每千瓦时。该国还规定，未来12个月内如果安装容量超过350万千瓦，上网电价下降3%；如果超过750万千瓦，上网电价下降15%。我国目前急于挽救国内的光伏企业，准备迅速启动光伏市场，但也应考虑未来如何采取合理的策略保证其稳步发展。制定合理的分布式光伏发电管理方式，保证电网的安全运行。西班牙要求某一区域安装的分布式电源的容量为该区域的峰值负荷的50%以下，尽量避免分布式电源反送电。德国要求100千瓦以上的分布式电源必须安装远程通信和控制装置，以便调度实时了解其出力，并且可以进行调度。目前，西班牙的电网调度尚不具备远程监控和控制大规模光伏发电的能力，原因是输电运营商仅要求1万千瓦以上的光伏发电项目安装遥测装置，而西班牙还没有如此大规模的光伏项目。随着兆瓦级项目的增多，这些项目缺乏遥测设备将对电网运行产生显著影响。分布式电源的大规模发展，需要投入大量资金升级电网。目前，德国已经开始采取一些间接措施来满足分布式电源接入配电网的要求，如升级改造接入点的上级变压器，重新配置馈线的电压条件和控制设备等。德国的研究机构认为，要满足德国的光伏发展目标，需要额外新建19.5万至38万千米高压和中压配网线路，相应的投资为130亿欧元～270亿欧元。全社会分摊分布式光伏发电接入引起的电网改造成本。国外通过征收电价附加，来支持必要的电网改造和分布式电源的接入。C（摘自《国家电网报》）

分布式光伏发电对电网产生哪些影响？

不论是集中式发电还是分布式发电，都需要供电稳定、可靠。分布式光伏发电利用太阳能，是人们利用清洁能源的重要手段。但是，日夜更替，天气无常，分布式光伏发电的出力不具备规律性，在接入公共电网后，需要公共电网作为备用。分布式电源接入后对电网的影响包括几个方面：一是对电网规划产生影响。负荷预测是电网规划设计的基础，能否准确地预测负荷是电网规划的前提条件。分布式光伏的并网，加大了其所在区域的负荷预测难度，改变了既有的负荷增长模式。大量的分布式电源的接入，使配电网的改造和管理变得更为复杂。二是不同的并网方式影响各不相同。离网运行的分布式光伏对电网没有影响；并网但不向电网输送功率的分布式光伏发电会造成电压波动；并网并且向电网输送功率的并网方式，会造成电压波动并且影响继电保护的配置。三是对电能质量产生影响。分布式光伏接入的重要影响是造成馈线上的电压分布改变，其影响的大小与接入容量、接入位置密切相关。光伏发电一般通过逆变器接入电网，这类电力电子器件的频繁开通和关断，容易产生谐波污染。四是对继电保护的影响。我国的配电网大多为单电源放射状结构，多采用速断、限时速断保护形式，不具备方向性。这种保护方式在现有的辐射型配电网上，能够有效地保护全部线路。但是，在配电网中接入分布式电源后，其注入功率会使继电保护范围缩小，不能可靠地保护整体线路，甚至在其他并联分支故障时，引起安装分布式光伏的继电保护误动作。　　电力百科Encyclopedia

2012年11月1日，《国家电网公司关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》正式实施。分布式光伏发电这一新型发电模式更加火热。分布式光伏发电到底是什么，它在国内外的发展情况是怎样的？国网能源研究院新能源与统计研究所的相关专家对此进行了阐述。分布式光伏发电现状及走势

文／孙李平 李琼慧 黄碧斌

分布式光伏发电是什么？

分布式光伏发电通常是指利用分散式资源，装机规模较小的、布置在用户附近的发电系统，它一般接入低于35千伏或更低电压等级的电网。分布式光伏发电特指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。目前应用最为广泛的分布式光伏发电系统，是建在城市建筑物屋顶的光伏发电项目。该类项目必须接入公共电网，与公共电网一起为附近的用户供电。如果没有公共电网支撑，分布式系统就无法保证用户的用电可靠性和用电质量。分布式光伏发电有以下特点：一是输出功率相对较小。传统的集中式电站动辄几十万千瓦，甚至几百万千瓦，规模化的应用提高了其经济性。光伏发电的模块化设计，决定了其规模可大可小，可根据场地的要求调整光伏系统的容量。一般而言，一个分布式光伏发电项目的容量在数千千瓦以内。与集中式电站不同，光伏电站的大小对发电效率的影响很小，因此对其经济性的影响也很小，小型光伏系统的投资收益率并不会比大型的低。二是污染小，环保效益突出。分布式光伏发电项目在发电过程中，没有噪声，也不会对空气和水产生污染。但是，需要重视分布式光伏与周边城市环境的协调发展，在利用清洁能源的时候，考虑民众对城市环境美感的关切。三是能够在一定程度上缓解局地的用电紧张状况。分布式光伏发电在白天出力最高，正好在这个时段人们对电力的需求最大。但是，分布式光伏发电的能量密度相对较低，每平方米分布式光伏发电系统的功率仅约100瓦，再加上适合安装光伏组件的建筑屋顶面积的，因此分布式光伏发电不能从根本上解决用电紧张问题。　　我国分布式光伏发电发展现状是怎

样的？

光伏产业产能过剩的矛盾由来已久。我国光伏组件产量自2007年以来，连续5年位居世界第一。2011年，我国光伏组件产量是当年新增安装容量的10倍，90%的光伏组件需要销往国外。我国光伏产业严重依赖国外市场的风险在欧美“双反”时暴露无遗。为挽救我国光伏产业，国家连续出台支持分布式光伏发电发展。为了响应国家，国家电网公司发布分布式光伏发电相关管理办法，为促进分布式发电的快速发展奠定了坚实的基础。分布式光伏发电近3年呈现爆发式增长。我国从2009年开始实施特许权招标，推动地面大型光伏电站建设。同年，开始了“金太阳”工程和光电建筑示范项目，给予分布式光伏发电系统补贴，并按照投资规模的大小，确定补贴额度。截至2011年年底，国家已公布的光电建筑示范项目规模约为30万千瓦；“金太阳”工程已公布的规模约为117万千瓦。分布式光伏发电爆发式增长，但与之相关的规划、设计、施工、管理和运行的标准、规范不责任编辑：韩晓英

健全，导致问题集中显现。国家公布的相关规划提出，2015年分布式光伏发电要达到1000万千瓦。同时，明确提出鼓励在中东部地区建设与建筑结合的分布式光伏发电系统。因此，分布式光伏发电是未来的重要发展方向。　　国外发展分布式光伏发电，有哪些经

验可供借鉴？

从国外的发展经历看，有几点经验可供借鉴：采取经济杠杆保证光伏发电装机容量持续稳定增长。德国可再生能源法规定了光伏发电的补贴办法，对于屋顶光伏和地面光伏等各类光伏发电的应用模式，其规模不同，补贴力度不同。该国2012年最新修改的法律规定，光伏发电的上网电价从17.94欧分每千瓦时到24.43欧分每千瓦时。该国还规定，未来12个月内如果安装容量超过350万千瓦，上网电价下降3%；如果超过750万千瓦，上网电价下降15%。我国目前急于挽救国内的光伏企业，准备迅速启动光伏市场，但也应考虑未来如何采取合理的策略保证其稳步发展。制定合理的分布式光伏发电管理方式，保证电网的安全运行。西班牙要求某一区域安装的分布式电源的容量为该区域的峰值负荷的50%以下，尽量避免分布式电源反送电。德国要求100千瓦以上的分布式电源必须安装远程通信和控制装置，以便调度实时了解其出力，并且可以进行调度。目前，西班牙的电网调度尚不具备远程监控和控制大规模光伏发电的能力，原因是输电运营商仅要求1万千瓦以上的光伏发电项目安装遥测装置，而西班牙还没有如此大规模的光伏项目。随着兆瓦级项目的增多，这些项目缺乏遥测设备将对电网运行产生显著影响。分布式电源的大规模发展，需要投入大量资金升级电网。目前，德国已经开始采取一些间接措施来满足分布式电源接入配电网的要求，如升级改造接入点的上级变压器，重新配置馈线的电压条件和控制设备等。德国的研究机构认为，要满足德国的光伏发展目标，需要额外新建19.5万至38万千米高压和中压配网线路，相应的投资为130亿欧元～270亿欧元。全社会分摊分布式光伏发电接入引起的电网改造成本。国外通过征收电价附加，来支持必要的电网改造和分布式电源的接入。C（摘自《国家电网报》）

分布式光伏发电对电网产生哪些影响？

不论是集中式发电还是分布式发电，都需要供电稳定、可靠。分布式光伏发电利用太阳能，是人们利用清洁能源的重要手段。但是，日夜更替，天气无常，分布式光伏发电的出力不具备规律性，在接入公共电网后，需要公共电网作为备用。分布式电源接入后对电网的影响包括几个方面：一是对电网规划产生影响。负荷预测是电网规划设计的基础，能否准确地预测负荷是电网规划的前提条件。分布式光伏的并网，加大了其所在区域的负荷预测难度，改变了既有的负荷增长模式。大量的分布式电源的接入，使配电网的改造和管理变得更为复杂。二是不同的并网方式影响各不相同。离网运行的分布式光伏对电网没有影响；并网但不向电网输送功率的分布式光伏发电会造成电压波动；并网并且向电网输送功率的并网方式，会造成电压波动并且影响继电保护的配置。三是对电能质量产生影响。分布式光伏接入的重要影响是造成馈线上的电压分布改变，其影响的大小与接入容量、接入位置密切相关。光伏发电一般通过逆变器接入电网，这类电力电子器件的频繁开通和关断，容易产生谐波污染。四是对继电保护的影响。我国的配电网大多为单电源放射状结构，多采用速断、限时速断保护形式，不具备方向性。这种保护方式在现有的辐射型配电网上，能够有效地保护全部线路。但是，在配电网中接入分布式电源后，其注入功率会使继电保护范围缩小，不能可靠地保护整体线路，甚至在其他并联分支故障时，引起安装分布式光伏的继电保护误动作。　　CMYK

行业·公司Indust48

ry·Company分布式光伏发电陷迷途

奥克股份阳光电源堪忧

本刊实习记者艾振强

近日，国家向部分机构、相关光伏发电企了业内外名人。让人在欣喜之后，又陷入深思：中国个人业下发

《关于完善光伏发电价格通知》的意见稿（以分布式光伏发电的未来到底在哪里？

下简称《意见稿》），对下一步光伏发电上网电价提出了新的实施方案。

《意见稿》或阻碍分布式推广

《意见稿》对光伏发电，特别是分布式光伏发电的补据本刊记者了解，与以往全国除地区外统一上贴远低于此前预期，让分布式发电前景充满不确定性，奥网电价的不同，新的《意见稿》按照光照情况，将全国克股份（300082）、爱康科技（002610）、阳光电源（300274）划分为4个资源区，分别执行不同的上网电价。同时，新等相关上市公司未来的业绩预期也再度蒙上阴影。

的

《意见稿》对分布式发电和大型地面电站发电进行了区分。自发自用部分给予度电补贴，额度定为0.35元/度；逼不得已的分布式光伏

富余电量上网，并由电网公司按照当地火电脱硫标杆电作为光伏应用的主要模式，居民分布式光伏发电在价收购。0.35元/度的补贴额度远低于此前0.4-0.6元/欧洲诸国已经发展多年，并且造就了德国光伏市场的繁度的预期。

荣。

但受电力的制约，这一模式此前在国内一度无从分布式自发自用的补贴力度显著低于预期，收益率下手。2011年以来，受欧洲各主要光伏装机国纷纷下调严重偏低，表明国家对产业整合、促进成本下行的重视程补贴，欧美光伏“双反”的影响，为拉动内需拯救我国光伏度高于对激活国内市场的重视程度。按照5天自发自用，产业，国家连续出台支持分布式光伏发电发展。为了2天上网，其中自发自用采用合同能源管理电价0.7元/响应国家，国家电网公司发布《分布式光伏发电相关度，上网按照0.35元/度计算。如果按照9%的内部收益管理办法》和《关于做好分布式电源并网服务工作的意率要求，则电站持有成本需从现在的10元/wp下降30%见》

两份文件。至7元/wp左右，如果按照8%的内部收益率测算，成本需个人分布式光伏发电是一个广阔的市场，这个市场要降至7.4元/wp，短期来看分布式推广面临较大压力。

的启动，不仅有可能激活民间巨大的投资潜力，对我国光伏应用以及清洁能源的发展带来巨大的推动，还将对能相关企业前景堪忧

源结构调整以及能源变革产生深刻的影响。

对于在泥沼中苦苦挣扎的中国光伏企业来说，任何分布式光伏发电近3年呈现爆发式增长，可是，个人上的风吹草动都可能让其草木皆兵。十以来，受分布式光伏电站仍然屈指可数。此前已并网的国内首个各种利好因素影响，光伏相关企业的股价一改之前居民分布式光伏电站业主、山东青岛市民徐鹏飞，竟然成

的低迷状态，呈现震荡上行的态势。然而，《意见稿》的公

第11期产业观察责任编辑：

王博文CMYK

行业·公司Industry·Company49布让原本低迷的市场雪上加霜，光伏产业的春天变得更欧盟各主要太阳能光伏装机国下调补贴恐慌中的国内太加遥不可及。

阳能光伏企业纷纷将目光转向光伏电站这棵救命稻草。2013年2月27日，国内主要的切割液厂商，奥克股一时之间，不管有经验的还是没经验的企业，都摩拳擦掌份发布2012年业绩快报，年报显示，2012年公司营业总试图分得一杯羹。在2009年金融危机中深受重创的江浙收入20.77亿元，同比下降19.29%，归属上市公司股东的光伏组件企业甚至抱团进军光伏电站领域，引发不小的净利润9720万元，同比下降42.37%。以中报披露分产品争议。

营收数据来看，

2012年上半年，公司切割液营业收入同国内兴起的光伏电站热潮使得光伏逆变器的需求激比下降超过7成。如果光伏行业能够触底回暖，考虑到奥增，逆变器成为2012年光伏产业链中景气度最佳的环节，克股份部分产品市占率一直稳定，业绩将会有较大的增特变电工（6000）、科士达（002518）等公司纷纷抢滩光伏长。然而，《意见稿》打击了市场对光伏复苏的预期。一位逆变器市场。

可是，喧闹之后，真实的业绩并不像人们当初证券从业人士表示，“分布式光伏发电作为后续国内市场想象的那么夺人眼球。在光伏逆变器需求量暴增的形势最大的增长点，补贴的幅度低于预期，按金额计，今年国下，作为国内光伏逆变器的龙头企业，2012年阳光电源的内市场容量基本无增长，并可能导致2013-2015年期营业总额同比2011年的8.73亿仅上升23.53%，净利润为间，年均市场规模不足10GW。”严重依赖下游市场拉动需7777万，同比上年大幅下挫.93%。《意见稿》若最终确定，求的奥克股份未来业绩堪忧。

必将加剧原本激烈的国内光伏逆变器市场竞争，2013年切割液只是奥克股份业务的一部分，尚且对公司的的光伏逆变器市场行情不容乐观。

业绩造成如此重要的影响。对于那些以光伏及紧密相关3月10日披露的机构改革和职能转变方案产业为主业的企业来说，2012年的业绩更加惨不忍睹。称，将重新组建国家能源局———将现国家能源局、国家电据本刊记者了解，自2011年下半年以来，光伏企业之间，力监管委员会的职责整合，重新组建国家能源局，由国家“谁亏得少谁就是赢家”已经成为一种常态。江苏爱康太发展和改革委员会管理。这预示着国家将继续坚定不移地阳能科技股份有限公司最新发布的2012年财务数据显推进电力改革，现存高度垄断的电力利益集团或面临拆示，2012年公司营业收入13.6亿元，同比上年减少分，更加市场化的电力市场或为分布式光伏发电带来新的10.4%，归属上市公司股东的净利润5386万，同比下降活力，随着并网障碍的清除，个人通过自建分布式电站来127.31%。在公告中，爱康科技将公司业绩和净利润大幅发电获利在国内也成为了可能。但是，在更多的细则出台下滑主要归咎于：光伏市场需求不振，公司主要产品毛和落实之前，这些都只是一厢情愿的憧憬，分布式光伏发利率下降；电站建设投资规模以及建设过程中核准电的未来仍然迷雾重重，相关企业业绩下行压力巨大。

文件取得时间的影响使得融资成本增加；欧美“双反”使得组件厂商降低了对配件采购的需求。

2011年8月1日，国家发布了《关于完善太阳能光伏发电上网电价的通知》，通知明确规定当年7月1日前后核准的光伏发电项目的上网电价分别为每千瓦时1.15元和1元，宣告中国光伏发电由此正式进入每千瓦时1元的时代。2011年中国的光伏装机总量达到2.9GW，一举成为全球第三大新增光伏装机国和第四大光伏应用国，同时给后续增长留下了巨大的想象空间。

在2012年早些时候，陷入美国“双反”和

责任编辑：王博文产业观察第11期

第47卷第3期2013年3月电力电子技术PowerEleetroniesVol.47,No.3March2013光伏并网发电若干关键技术分析与综述赵争鸣,贺凡波,雷一,田琦l的084)(清华大学,电机工程与应用电子技术系,电力系统国家重点实验室,北京摘要:针对光伏并网发电若干关键技术问题进行分析和综述,讨论了光伏组件特性及其组合技术,分析了组件正向和反向模型及模型中的参数影响程度,并对9种不同光伏组件进行了比较分析\"综述了光伏逆变器集群特性,包括谐波!效率以及集群控制等\"最后介绍了逆变器与电网的互动关系,主要以LcL滤波器为并网端口进行了分析比较\"关健词:光伏发电;逆变器集群;电网接口;滤波器中圈分类号:TM6巧文献标识码:A文章编号:1000一loox(2013)03eo01一07e村ewofSeveralKReyTeehnologlesonGrid#conneetedPVPowerGenerationZHAOZheng一ming,HEFan一bo,比1Yi,nANQi(St吹KeyLaborortayofco耐rol山砚dsimulat勿nofPo叨ersrtema,王J-ene心动n殉u勿me心,刀ep哪ne心ozfEec戚以百刀乎nleoring,Tsin功uaUn初\"sitry,B\"红ing100084,China)Abstract:ThisPa衅rreviewsseverlkeyteehnologiesongaid一reormeetedphotovoltaie(PV)powergenerion#taheeh~TteristiesofPVandbaekw耐-modulesandaarmodels.LDngtermysaerdiseussed.ParametersensitivityanaysisrlesultsarePresentedforbothforw耐shownandeompaedfror9diferfenttypesofPVmodules#inverterelusters,ineludinghamronies,efieieneyand脚upeon-fexperimentalresultsaereteristiesofPVhispaperaTlsodiseussestheehaartrol.Finaly,therelationshipbetweenPVinvertersandthepowergid15involved,andtrhegidintreraeeffeaturedLCLilter15anafyzed.lKeywords:PhotovoltaiePowergenertion;inveratereluste\";ghdinteraee:ffilterFounda柱onProject:Sup即rtedbythePowerElee加niesSeieneeandEdueationDevelopmentpro脚mofDeltaEn-vironmental&EdueationalFoundation(No.DREM200902)1引言高,光伏并网发电具有广阔的发展前景\"光伏并网发电系统主要涉及3个部分:光伏组件!光伏逆变器以及与电网的互动关系\"这里针对这3个方面所涉及的关键技术进行分析和综述\"光伏并网发电是当前光伏发电的主要模式,目前世界上光伏发电系统有90%以上为并网发电模式\"我国光伏并网发电正呈现出/分散开发!低电压就地接入0与/大规模集中开发!中高压接入0并举的发展特征11\"光伏并网发电相对于离网光伏发电系统可省去或减小储能环节,运用最大功率点跟踪(MppT)控制来提高系统效率;能更加集中地利用太阳能,并广泛采用逆变器并联!集中管2光伏组件特性及其组合光伏组件及其组合特性是光伏并网发电系统的重要部分,在整个光伏并网发电系统中,光伏组件占据全系统成本的大部分,所占面积大,是太阳能转变为电能的关键所在\"光伏组件种类很多,比控等技术,在适当条件下利用太阳辐射的时间分布特性,结合储能技术起到削峰!补偿无功!接收较分析不同种类光伏组件的电气特性,根据环境条件选择合适的光伏组件种类,减轻多峰值输出!调度指令等满足/电网友好0性能要求的作用2一73]\"伴随着系统成本的持续降低与发电效益的不断升甚金项目:台达环境与教育基金会电力电子科教发展计划重大项目(DREMZ()902)X抑制热斑效应,加强光伏组件保护!延长光伏组件使用寿命,是光伏并网发电的重要技术之一\"光伏电池大部分以硅为主要材料,根据材料的不同光伏电池主要分为:单晶硅光伏电池;多晶定稿日期:2012一12一24硅光伏电池;非晶硅光伏电池;11一vi族多晶薄膜光伏电池,其典型代表是磅化锡(CdTe)光伏电池;m一v族化合物光伏电池,其典型代表是砷作者简介:赵争鸣(1959一),男,湖南人,博士,教授,研究方向为大容黄电力电子技术!电力传动!新能源发电\"第47卷第3期2013年3月电力电子技术氏werElectronicsVol.47,No.3March2013化稼(GaAs)光伏电池14一\"目前工业上使用最为广泛的主要是:单晶硅光伏电池!多晶硅光伏电池!非晶硅光伏电池和化合物光伏电池,如CdTe,GaAs和铜锢镶锡[,0-,2]\"2.1光伏组件模型及其参数灵敏度分析光伏组件建模是组件特性分析的基础\"光伏组件模型分为正向和反向模型,分别对应组件的正常发电和遮挡运行情况\"通用的光伏电池正向模型等效电路如图la所示\"实际情况下,光伏电池被等效为一个能产生光生电流的电流源,并联一个正向偏置的二极管!一个电阻,之后再串联一个电阻\"通用的光伏组件反向模型如图lb所示,即在正向模型基础上并联一个反向电流源\"\\丹下一翻下_)a()光伏组件正向模型礴.!(b)光伏组件反向模型图1等效电路iFg.IE甲ivalenteicruit基本方程包括:正向模型为:1IU千IR\"介---}e#p{击(URI+)#一,JJ1lto~石厂一一几山气i/反向模型为:介---{#二}击-RI+U,\"一8-卜臀卜二(卜竿)-{(2)式中:几=-I(TITr)!xP伪习(Ak)(T-rl一尹,)];今二[raI+iK(T-Tr)林/1仪心;I为电池输出电流;U为电池端电压;爪为光生电流,正比于光照强度^和光伏电池的表面积;q为电子电量;Tr为参考温度;T为电池温度;凡为能带系能量;k为波尔兹曼常数;R.为串联电阻;R-为并联电阻;A为曲线拟合常数;-为光伏电池内部等效二极管PN结的反向电流;-为参考温度下,人=l以x2w/砂时的光生电流;几为二极管反向饱和电流;式为温度系数131一1601光伏组件模型是一个包含多个参数的复杂非线性模型,包含多个未知参数,其中绝大部分的参数是厂家没有提供的\"因此,通过已知的多组光伏电池的输出电压!输出电流提取模型参数,在工程精度下复现组件特性及阵列特性非常重要11-71]8\"但由于参数数量多,电压电流强祸合,参数提取困难,所以进行参数灵敏度分析,定量计算光伏电池模型中各个参数对主要电气特性的影响程度是十分有意义的\"根据灵敏度分析结果,得出以下结论:一般而言,对光伏电池电气特性影响最大的4个参数分别是:A,T,A和-;对光伏电池有一定影响的参数是:R.,R-和凡;K,,Iro对光伏电池的电气特性影响很小,工程条件下可忽略\"在上述参数中,对开路电压有较大影响的参数是T,A,-,几和凡;对短路电流有较大影响的参数是^,A和-\"据此,可对常规参数提取方式进行改进,将凡,几设为常数,A,T为已知条件,仅需提取A,-,R.,R-和凡5个参数即可,缩减了两个参数,减小了参数提取难度\".22多极值最大功率点跟踪和热斑问题组件中采用并联旁路二极管,能够有效保护光伏组件,抑制热斑效应,减小电池损坏\"但并联旁路二极管,会导致光伏阵列输出电气特性多峰值情况加剧,增加MppT的难度\"常见旁路二极管拓扑连接结构有两种,如何选择合适的二极管连接拓扑结构,有效地抑制热斑效应,并且使光伏阵列输出特性满足要求,是光伏组件组合后需要解决的问题\"目前实际应用中最常见的旁路二极管并联拓扑结构是无重叠方式\"对该方式并联了旁路二极管的光伏阵列遮挡情况进行仿真,其中光伏组件1被遮挡,A=1olw澎,其余组件人均为6()XlW时\"连接方式如图2所示\"2泛;e!100!V/m乙600创!5V/me-.之,e,600!V/m-6002:!:5V/m乙e乙.25e创,e.600W/mZZ600!Vlm孟孟图2内置旁路二极管光伏组件遮挡情况iFg.2PartialshadedVPmoduels认thbypassdiodes可见,由于内部集成了旁路二极管,光伏电池两端不会出现大的反偏电压\"正常情况下二极管反向偏置,不导通,也不产生功率损耗\"当光伏电池被遮挡短路电流小于所要通过的电流时,二极管导通,光伏电池两端电压被二极管箱位,保护了被遮挡的电池,使其不会承受过大的反向电压和过大的功率损耗\"同时,遮挡情况下光伏阵列出现了功率失配现象,光伏阵列u一图出现多波峰的复杂情况,如图3所示.对MppT等控制算法提出了更高要求[1气光伏并网发电若干关键技术分析与综述,孟1,q亡rJk叹!UnOq沙心!0204060瑞/V图3内置旁路二极管的光伏组件遮挡情况U一尸曲线Fig.3U一eurvesofPartlalshadedphotovol俪emoduleswithbyPassdiodes.23不同类型的光伏组件特性比较因光伏组件的伏安特性!光电转换效率!发电量等重要电气特性随着光照强度和组件温度等环境因素剧烈波动,不同种类光伏组件对光照强度和温度的敏感度不同,随季节变换,不同种类光伏组件表现的发电特性不同\"图4为9种不同光伏组件发电量与光照强度的关系\"矿7(加刃刃钾上姗二洲沐d`!g八乙r4,U尹sr-qq写6侧洲)5(洲X>引112翁鉴眨口3以刃2以刃1以X)0l月2月3月4月5月6月7月图4021年9种不同商用光伏组件发电量与光照强度iFg.4Insolationandenerygyieldof9typesofeommercialPVmodulesin2011总体而言,不论什么品牌什么类型的光伏组件,其发电量都与光照强度密切相关,光照强度大,发电量多\"各光伏组件在强光和弱光条件下发电特性有所区别\"光伏组件电气特性直接受光照强度和组件温度的影响\"一方面,光伏组件受太阳辐射和本身运行发热的影响,组件温度升高;另一方面,光伏组件又通过自然对流和辐射将热量扩散到周围环境中\"因此,光照强度!外界环境温度和风速的高低,均会影响光伏组件的温度1祝1\"根据美国某实验室研究,光伏组件温度为:=nTAe雄+Ta(3)式中:,为风速;Ta为环境温度;a尹均为拟合系数\"最大风速和无风情况下,兀与Ta之差为Ie/,根据文献=022,a的数量级为10,,若^=10ow/耐,二者相差约为20e,若A增加,二者差值将成倍增加\"可见通风条件对兀的影响要远大于对Ta的影响\"以SIT一Fl组件为例,对比兀,Ta和:,如图5所示\"可见,兀较低的4,5月份,:明显较大,,对兀的影响要大于对Ta的影响\"八O乡O-乙气J,斗了Jln0口nOU八j0l令鄂几{}引一})舔-一糯兀l-30323.18475>3677.37.30忆Date图5IST-FI组件温度!环境温度和风速Fig.5Module/AmbienttemperatureandwindsPeed3光伏逆变器集群特性与控制对于大规模光伏发电系统,需采用变换器集群运行,则集群特性和集群控制亦为光伏并网发电系统中的关键技术\".31逆变器的集群运行特性并联逆变器组合方式有很多种,表现出不同的集群特性\"通常,集群特性主要表现为谐波特性和系统效率特性\"3.1.1并联逆变器的谐波特性并联逆变器模型如图6a所示,有多个三相逆变器并联,外加LC滤波,同时考虑电网阻抗\"假设三相对称,可用单相等值电路分析,如图6b所示\"逆变l1.}1材器l0.{甘l{;,]zc}-(一l;_曰l呼逆器变一0.洲l.匕).-Z7/--)L介F-.a()三相逆变器并联系统(b)单相等值电路模型图6并联系统与单相等值电路模型Fig.6Parallelsystemandsingle一phaseequivalenteiouitmodel相应的数学表达式为:(4)进一步,可根据单台逆变器模型来分析多台逆变器并联的情况,仅需相应修改电网阻抗参数即可\"并联台数较少时,随着并联数的增加,谐波将越来越严重;并联数进一步增加,谐波有所降低,谐波频率将逐渐降低\"电流振荡与电网阻抗和并联台数之积有密切关系,如图7所示\"3第47卷第3期2013年3月电力电子技术PowerElectroniesVol.47,No.3March2013.-一一-一1-一一一一---一~一~1~~一一1lmIn刀kHz之_)1,国国,)1__8_______l__二__卫卫0.15集群控制层单元控制层时钟同步层1msl哪图7不同并联逆变器台数所产生谐波大小的关系光伏阵列列ig.7CuFerntharmoniesprodueed师d政rentnumbersofparallelinverters3.1.2并联逆变器的效率特性文献汇221指出,当各逆变器功率均分时系统达到最高的总体效率\"对此进行实验验证,测得单台逆变器和两台并联逆变器的效率曲线如图8所示\"当两台并联逆变器功率均分时,其总体效率曲线与单台逆变器效率曲线横轴放大一倍时基本一致\"在同样的总功率下,两台逆变器功率均分时的效率高于功率不均分时的效率\"nR丹O,n咤JO罗夸!-一单台台lx两台台产功率不均分分)两台台r功率均分分l0尸/kw图8并联逆变器效率特性iFg.8EfifeieneyehaareteristieofParallelinverters.32逆变器集群的并联运行控制.32.1控制架构文献=2]指出,共直流母线并联的逆变器集群有助于提高整个电站的能效和降低发电成本\"如图ga所示的光伏电站由若干个逆变器集群并联组成,每个集群中含若干台并联逆变器,共用直流母线,各集群的直流母线相互\"从可靠性角度出发,希望系统具有以下特性:局部故障不扩大)当某台逆变器或控制器发生故障时,系统其他部分仍能正常工作,而不影响集群和整个电站的运行;通信故障不停机)当出现短时通信故障时,不立即停机,而是依赖各单元自身特性,实现一定程度的协调,使系统继续稳定运行\"此时允许系统损失一部分性能,脱离最佳工作状态\"从系统性能角度出发,希望系统效率高,对指令响应快,输出电流谐波含量低\"然而在实际系统中,系统性能与可靠性往往有冲突\"故需对二者进行合理权衡\"此外,根据光伏系统的固有特性对控制系统进行恰当设计,以实现更好的性能\"根据上述要求,基于对逆变器集群特性的研究,针对所述光伏电站结构,设计控制系统架构见图9b[]32\"4(a)由逆变器集群组成的光伏电站b()光伏电站控制系统架构图9光伏电站及其控制系统架构Fig.9PVPlantanditseon加1systemstureture控制系统分为4层,从低到高依次是:时钟同步层!单元控制层!集群控制层和电站控制层\"时钟同步层负责在各逆变器内生成开关频率的同步时钟,以实现PWM同步或交错;单元控制层负责实现单台逆变器的电流控制!电压控制等基本功能,并实现分散控制功能;集群控制层负责调整各逆变器的运行状态,协调各逆变器的行为,实现集群优化运行;电站控制层是电站与电网的信息接口,负责接受调度指令和上报运行数据\"下层控制的时间尺度小,上层控制的时间尺度大\".32.2时钟同步实现时钟同步的最直接的方式是让各逆变器使用一个公共的时钟信号或相位信号,这需要在每个控制器上添加一个专用的通信端口\"为避免增加通信端口,有人提出了基于普通串行通信的协议,用于在各控制器上维护一个同步信号因\"但这些方法都高度依赖于通信,需消耗大量的通信资源才能获得好的同步效果\"并且当发生通信故障时,各控制器上的信号将很快脱离同步\"可采用并网逆变器集群的同步时钟信号产生方法,其基本思想是:用锁相环对电网电压信号进行锁相,以抑制输入信号中的噪声并获得输入信号的频率;锁相环的输出信号被送到一个锁相倍频器,以获得一个高频时钟信号输出,用来触发PWM信号的生成;在此基础上,通过串行总线通信校准时钟信号的相位,可使各控制器得到的时钟信号相位一致\"该方法充分利用了电网电压的信息,仅需很少的通信资源即可获得较高频率的同步时钟信号\"3.2.3下垂控制在无通讯线条件下,为实现各逆变器的功率均分,一种常用方法是在每台逆变器中构造下垂特性\"下垂控制在不间断电源和微电网领域已有很多研究,但在光伏并网发电领域比较少见\"在不间断电源和微电网领域.通常关注的是交流电压光伏并网发电若干关健技术分析与综述的控制,需在交流侧构造下垂特性\"而在光伏并网系统中,一般逆变器不控制交流电压,而是控制交流电流和直流电压,因此需要在直流侧构造下垂特性\"稳态时直流侧电压U和电流I应满足U二0U+kl,如图10所示\"图ro直流侧下垂特性Fig.10DropehaareteristieontheDCside3.2.4集群协制在共用直流母线的并联逆变器集群中,若各逆变器分别试图对母线电压进行无差调节,则可能导致各电压环互相冲突,因为各逆变器不可能完全等同\"为此,可采用有差调节方式,例如前文所述的下垂控制\"此时,为实现母线电压的无差调节,可增加一个集群控制器,协调各逆变器的运行状态\"集群控制器的另一功能是根据当前功率选择性地投切逆变器,以实现效率最优化运行\"文献=528介绍了一种集群控制策略,其目标是:能实现母线电压的无差调节,对通信速率要求低,通信故障时不必停机\"基本思想:各逆变器执行下垂控制,下垂特性曲线为u=U0+kI\"集群控制器每隔时间Tc,根据采样值计算U0,并作为指令发送给各逆变器,最终实现无差控制\"由于各逆变器的下垂曲线相同,故能实现功率均分\"当发生通信故障时,无差控制失效,各逆变器仍按下垂特性工作\"集群控制器算法的原理示意图如图11所示\"在每个控制周期中,根据当前工作点电流I和设定斜率k,求相应的U0,使下垂曲线过(了,I)点\"经过反复迭代,最终稳定工作点将收敛于设定电压\"由于各逆变器自身的控制速率高,而集群控制器控制速率低,所以动态过程中会出现台阶\"为削弱台阶现象,实现较平滑的过渡,每台逆变器在收到U0指令时,让其经过时间常数为Tc的一阶惯性环节,然后再用于下垂控制\"下垂曲线电源特性图11集群控制器算法原理示意图Fig.11Prineipleof脚upeontorlal即rithm4光伏并网发电与电网LCL接口光伏并网发电对电网有影响,而电网对光伏并网发电有要求,从而形成两者互动关系\"这里主要从并网接口的LCL滤波器特性及其产生的影响予以分析和综述\".41LCL滤波并性并网光伏逆变装置越来越多地采用LCL滤波器来滤除逆变器注入电网的谐波,而针对其固有谐振特性而采取的阻尼控制策略成为研究热点,各种阻尼方法不断问世\"目前的阻尼策略可分为无源阻尼法和有源阻尼法,前者实现简单但会因阻尼电阻的引入而增加损耗,后者通过复杂的控制消除谐振,而实际上每种阻尼控制方法都可能会受到一些非理想因素的影响\"首先,考虑并网线缆!变压器以及本地近端负荷的影响,光伏电源接入电网不可避免地会引入电网阻抗;其次,光伏逆变器控制参数的调节和变化也会影响滤波器阻尼;此外,在逆变器控制中不可避免地存在各类延迟,也可能影响阻尼系统的稳定性\"因此,需要对LCL滤波阻尼的影响因素进行研究,掌握其作用规律,并据此提出新的阻尼策略\"图12为基于LCL滤波器的光伏并网逆变系统拓扑结构\"忽略杂散电阻,LCL滤波器由逆变器侧电感L,!滤波电容G以及网侧滤波器L:组成\"逆变器妈飞..侠吃--图12LCL滤波的三相光伏并网逆变器拓扑结构Fig.12Three一phase护d一eonneetedinverter衍thLCLfilter在光伏并网系统中,当电网电压三相平衡时,按照图12确定的正方向,可得逆变器与LCL滤波器组成的系统电压!电流方程组:姚=呱+Llidk/dt,uc&二晰尹乙脚澎dt认二印/!/td=坛一编(5)式中:吸,%,巩\"分别为逆变器!滤波电容和电网的相电压,k=a,b,c;坛,屯,偏分别为逆变器输出电流!滤波电容电流和并网电流\"逆变器的控制旨在通过调节逆变器输出电压来控制并网电流与电网电压同频同相,从而将电能注入电网\"将式(5)转化为单相复频域下的形式,以并网电流i,为输出变量,逆变器输出电压ui第47卷第3期2013年3月电力电子技术PowerElectroniesVol.47,No.3M毗h2013为输入变量建模,得LCL滤波器传递函数为闹:Gl(s)二i\"(s)/u-(s)二[邸IL声,+(Ll+L2)s8一,(6)分母,2项的缺失将导致系统产生谐振而不稳定,令分母为零可得其谐振频率为:元件,则将引入新谐振点\"为更加定量地描述从对谐振频率的影响,图15b示出谐振频率随电网电感的变化情况,可见L\"在o一2mH之间变化时,谐振频率可能降低多达30%,阻尼策略设计必须对此予以考虑\"\"护V(乙1+乙2)z(乙ILZCf).24电网谐振(7)光伏电源的并网形式主要有3种:¹集中式大型光伏电站,它在荒漠地区的电网末端经过长距离输电线路接入输电网,如图13a所示;º分布上一扣州峭娜扁袖;-一}::憾扯城现翻电斑;-,?帅0.卜帐帐约称落翔报报式配网接入,主要指户用光伏系统或城市光伏建筑一体化电站,其并网点在配网馈线上,其特点是有大量的近端负荷,如图13b所示;»微网接入,其中的光伏电源与其他电源与网内的负荷组成小型电网,可以灵活地脱离大电网或连接大电网运行以提高灵活性和供电可靠性,它也是分布式接入的一种形式,如图13c所示\"回画超电级容a()大型集中式b()配电网接入(c)微网接入图13光伏并网的3种主要形式iFg.13ThreetPyesOfgrid一eonneetedPVsystems实际上,无论采取何种并网方式,接入网中都会因线缆和变压器阻抗!近端负荷的存在而引入并网电感,在弱网条件和多台光伏机组并联接入的情况下,并网电感将进一步增大\"因此,采用LCL滤波的逆变器并网模型如图14所示\"逆变器{8冷L!_Cf{{}.F,l七-2{_{Cg{_{}L}:\"(图14/--LCL滤波的光伏逆变器并网系统Fig.14Gird一eonneetedPVsystem讯thCLLfliter电网视为含有等效电感L\"的电压源,如果近端有容性装置接入,则还包含并联电容乓\"对于弱电网,L\"可达数毫亨,分析时将Lg计入L:中,根据LCL滤波器的模型,绘制考虑电网因素影响的LCL滤波器传递函数的幅频特性图,如图15a所示1172\"可见LCL滤波器比等电感量的L滤波在高频段具有更好的谐波衰减能力,但L:使原有的固定谐振频率降低,若电网含有近端容性6.崛蒙蒙图15cLL滤波器幅频特性及变化关系曲线Fig.15Amplitude一fer甲eneyehacarteristieofLCLfilterandersonantferqueneyvaireseurves采用有源阻尼方法可抑制电网谐振\"有源阻尼有多种实现方法,或通过增加反馈量形成多环控制消除谐振,或通过零极点配置将谐振极点消除\"其中前者对参数变化的适应能力较强,由于谐振最明显的特征是电容电流的急剧增大,一种常见的有源阻尼法就是取电容电流反馈形成电流双环控制的虚拟电阻法l]82\"5结论光伏并网仍在快速动态发展中,实际应用中将不断出现新问题,相应地也会不断出现新的关键技术\"此处针对当前出现的光伏并网发电应用中的若干关键技术进行了分析和综述,得到几点认识:¹光伏组件的组合形式需要进行特别研究,与单个组件特性有很大的不同;不同种类的光伏电池特性有较大的差别,其标称值与实验值有一定的误差,需引起特别重视;º光伏并网系统所用逆变器必须考虑组合特性;»光伏并网发电产生系统效应,如谐波放大!系统振荡等,成为光伏并网发电系统面临的主要问题;¼并网条件及对电网的影响将是光伏并网变换器设计和研制的主要约束条件,系统控制器将是大容量光伏并网发电的关键设备;½光伏并网发电系统设计是一个系统优化过程,涉及到光伏阵列配置与布局,光伏逆变器组合结构以及对电网的适应性\"参考文献11赵玉文,吴达成,王斯成,等.中国光伏产业发展研究报告(20)(6一2007)(下)[J].太阳能,2008,(8):6一13.2[]赵争鸣,刘建政,孙晓瑛,等.太阳能光伏发电及其应用[M}.北京:科学出版社,2006.光伏并网发电若干关健技术分析与综述3]赵[4:[平,严玉廷.并网光伏发电系统对电网影响的研究[J].电气技术,2009,21(3):41一料.吕建,殷洪亮.太阳电池及其发展方向[J].中国建设动态:阳光能源,2005,5(45):78一80.院学报,2()2,21(l):9X4一98.=]6吴建荣,杜王一,韩高荣,等.非晶硅太阳能电池研究现状[Jl.材料导报,1999,13(2):35一39.passDiodes[A].PhotovoltaieS邵ei碰stsConerfenee,Con-erfeneeReeordoftheTweny一tsixthIEEE[C].Anaheim,CA:1997:1129一1132.=7:孙园园,肖华锋,谢少军.太阳能电池工程简化模型的1参数求取和验证田.电力电子技术,2009,43(6):科一6.[18]PaateroJV,LundPD.Efeetsof肠嗯e一seaflePhotvol俪eoPowerIntegrat10nonEleetieitryDistibution[J].Renew-rbleEne卿,2(a)7,32(2):216一234#X5]毛爱华.太阳能电池研究和发展现状[[].包头钢铁学J7]邓志杰.非晶硅太阳电池进展和展望[[].电源技术,J1999,23(l):29一32.]8[]9[郝国强.非晶硅薄膜太阳电池的研究[D].天津:河北工119]田琦.不同种类光伏组件特性分析及其实验研究[D].北京:清华大学,2012.20[]2l[]业大学,2003.耿新华,孙云,王宗畔,等.薄膜太阳电池的研究进毕业亮.深圳某光伏幕墙的热环境特性研究[D].重庆:重庆大学,2010.王培珍.光伏阵列故障状态的识别研究ID].安徽:合肥工业大学,2005.展[J].物理,1999,25(2):96一102.l0[]邓夷.适用于复杂电路的IGBT模型及大面积光伏阵列建模研究[D].北京:清华大学,2010.=11]llesPA,YooHl,ChuC,etal.Reversel一VCharaeteristiesofGaAseells.Kissinnuee,几:PhotvoltieSPeei山stasCon-[22]FanboHe,Zhen脚ingZhao,UqiangYua几ImpactofInverterCo心guritaononEne卿CostOfirG小eonneetedPhot-O23[]voltaieSystems田.RenewableEnery,2012,41:328一335.g贺凡波.大规模太阳能光伏并网发电系统电气设计与综合控制[D].北京:清华大学,2012.erenee[A]#fConerfeneeReeordoftheTwentyFirstIEEE[C].1990,(l):448一4.[12]Irtu耐aAV,助tterE,PowallaM,etal.HighlyResistive[24]掩mKH,H抖nDS.AHighPerorfmaneeDSPVoltgeaContolerWitrhPWMSynehornizationforParallelOPera-Cu(In,Ga)SeZAbsothersforl呷roved助w一iradianeererPonaneeofTfhin一ilmSolafrCells[J].ThinSolidFilms.2()4,(451一452):16X0一165.tionofUPSSystems[A].ProceedingsofIEEEPowerElee-tnicsS拌cialoristsconerfenee(PESC)[e].2006.[25]ParkYM,YooJY,玩e5B.PaeticarlImPlementtionofaPWMSynehronizationandPhase一h透MetodfhorCas-BasedonaStan-=13]KatarepeE,Bozte件M,ColakM.DevelopmentofaSuit-te面ngPhotovoltaieArraysWithbleModelfaorCharcaeadedH一bridgeMuhilevelInvertersShadedSOlarCells阴.SOlarEne卿,2007,81(8):977一992.=148ChihehiangH,Jon脚ngL,Chih而ngS.ImplementationofaDSP一eontroledPhotovoltaieSystemWitheaPkOwerPda记SerialConnunieatuionProtoeol[J].IEEETrans.onIndustyr[26]UsereremApplieaions,2(t)8,4(2):634一6X43.M,Dell.AquilaA,Blaab8e吧F.StabilityInprlve-oTraeking[J]#IEEETrans.onIndustiarlElectronies,1998,ntsofanLCL一filterBasedThree一PhaseAetiveReeti-45(l):99一107.[15]BoseBK,SzezesnyPM,SteigerwadlControlofaResidentialPhotier:2(f)2IEEE33rXdPOwerEleetoniesSPeeiarlistsAnnualRL#Mie,omputerConerfenee[A].2()2.PESC.2[C].2(X)2:1195一1201.XvoltaiePOwerConditioningSystem[J].IEEETra们5.onIndus坷APPlieations,1985,[27]雷一大规模光伏并网对电网的影响[D].北京:清华大学,2012.=28]VamaRK,SarlamaM,Seethapa断R,etal.L吐ge一scalehoPtvoltaieSolarPowerIntegrationinTrans而ssionandIA一21(5):1182一1191.[16]HermanrnionsonPtVW,WiesnerW,VassenW.HoatSPotInvestiga-ModulesNewConeeptsforaTestStandadrWithRespeettoB犷DistibutrionNetorks[A].IEEEPower&EnerwygenerGlaMeetinglC].2()9:l一4.XSocietyndConsequeneesfaorModuleDesi,0123年第12期/功率集成电路及其应用0征文启事为了更好地促进功率集成电路相关技术的研究与应用,本刊拟将2013年第12期辟为/功率集成电路及其应叮几寸妙夕么份堵乙沙叫叼价丫尼奋-习目奈抽奋叼认佃勺杀油夕扭,小沙目自/叼-!!才-用0专样\"欲投稿的作者请在2013年09月30日前将论文发至本刊编辑部邮箱(Emal:didzjst夕163.com),并注明/功率集成电路及其应用0字样\"所投论文将按本刊常规审稿程序请国内外同行专家评审,评审结果将于2013年o月3r1日前通知作者\"本刊将邀请电子科技大学张波教授作为本专样的特邀主编,对本领域的研究及专样的论文进行分析和.点评\"截稿日期:20,3年09月30日录用通知发出日期:2013年10月31日论文刊登预期:2013年第12期52013年12月20日出版)第47卷第3期2013年3月电力电子技术OwerElPeclroniesVol.47,NO.3March2013光伏发电并网标准发展陈志磊,牛晨晖,李臻,张军军10023)(中国电力科学研究院,江苏南京摘要:总结了目前国内与国际光伏发电并网标准体系建设所做的工作和现状;对比了国内与国际并网标准体系的完善程度;分析了国内并网标准体系存在的问题及国际并网标准体系不完善的原因;最后对未来2一3年国内标准体系建设情况进行了预期\"关键词:光伏发电;并网;标准中图分类号二TM6巧文献标识码:A文章编号:1(XX卜looX(2013)03一00巧一03TheSituationofs扭ndardizationAboutGrid#connectedPVSystemCHENZhi一lei,NIUChen一hui,UZhen,ZHANGJun一un(ChinaEeetlcnowerReseaPch加titutre,刃呵i咭21()03,CXhina)systembothinChinaandtheAbstract:Theworkandeurentsituationofgrrid一eonneetedphotovoltaie(PV)standadlworldaresunnuarized,andaeompaisononperreetionof幼d一feonneetedPVstand耐sysrembetweenChinaandtheworidarelasogivenAnalysisonproblemsaboutghd一eonneetedPVstandadsystreminChinaandthereasonwhyit15impereetOfftheIECstand耐systemon幼d一eonneetedPVarestated.Theantieipationondevelopmentof护d-eonneetedPVstand耐systeminChinaZ一3yeasrinthefuture15pro即sedattheendofatiele.rKeywords:PhotovoliaiePowergenertion;gahd一eonneeted;standadrFouodaU0nProjet:SupporCtedbySeieneeandTechnolo留PrjeetofStoateGridCorPorationOfChina(No.NY71一12司15)1引言2光伏发电标准总体情况随着能源危机的日益临近,太阳能作为一种取之不尽!用之不竭的清洁能源,越来越受到人们重视\"近年来中国光伏产业快速发展,光伏发电装目前国外光伏标准在光伏组件!平衡部件及辅件等方面己具备较为完备的标准体系\"国内光伏标准也积极采用IEc标准,基本形成了光伏组件!平衡部件等方面的标准体系\"但国内外光伏标准在光伏发电并网方面均存在较大空缺,尚未形成较为完备的并网标准体系,同时电网接入障碍也是世界各国光伏发展的普遍问题\"机容量迅速增加,截止2011年底,中国光伏发电装机容量达295万千瓦,预计到2015年将达到1GW\"中国太阳能资源和用电负荷存在西部高2原地区太阳能资源极其丰富,地广人稀,用电负荷低;东部地区太阳能资源等同于欧洲各国,人口稠密,用电负荷集中的特点,这就决定了在中国开展光伏发电应采用集中式开发!高压输送和分布式3.13中国光伏发电并网标准现状已开展的光伏发电并网标准工作随着中国光伏发电装机容量的急剧增加,接入!就地消纳的形式\"2010年5可再生能源法修正案6正式实施,规定/全额收购其电网覆盖范围内符合并网技术标准的可再生能源并网发电项目的上网电量0,这一举措使局部地区光伏发电并网渗透率逐年增加,对电网规划设计和调度运行等产生很大影响,同时也对光伏发电并网标准提出系统全面的要求\"2009年12月国家标准化管理委员会成立光伏发电站产业化标准推进组,全面推进光伏标准化工作进程,积极促进国家和行业的标准化工作\"其中,并网发电小组已在光伏发电并网技术规定!试验与检测!规划设计!并网设备!工程建设!运行与维护!安全与环保!分析与评价和技术监督等方面初步构建出光伏发电并网标准体系\"基金项目:国家电网公司科技项目(NY71一12~015)定稿日期:2013一01一10为做好光伏发电并网标准工作,中国电力企业联合会联合中国电力科学研究院!国网电力科学研究院和中国标准化研究院,共同申请了质检作者简介:陈志磊(1982一),男,陕西西安人,硕士,工程师,研究方向为光伏并网发电性能测试技术及标准\"公益性行业科研专项标准化项目5光伏并网发电第47卷第3期2013年3月电力电子技术OwPerElee肋niesVol.47,No.3Ma代h2013关键技术标准研究6\"该项目研究了国内外光伏发电并网的标准体系,构建中国健全合理的光伏发电并网标准体系,研究制定符合中国国情的光伏发电并网标准,其中包括光伏发电并网的技术要求!检测方法和并网电站验收要求等关键技术标准,包括国家标准14项,行业标准ro项\"同时相关的设备研发和制造单位!电站投资规划设计单位!电站建设运行管理单位!电网运行管理单位!第三方研究机构正在草拟或出台适合中国国情的!具有科学性!先进性!可操作性的光伏发电并网标准\"截止到2012年10月,中国已立项光伏发电并网国家标准21项,其中已正式发布标准4项,详见表1\"表1国内已立项国家标准Table1Domes廿ea>readyprjoectnationalsatndards序号标准名称目前状态01639712光伏发电场设计规范已发布光伏发电站施工规范己发布光伏发电工程验收规范已发布光伏发电工程施工组织设计规范已发布光伏发电站接入电力系统技术规定完成报批光伏发电系统接入配电网技术规定完成报批光伏发电站接入电力系统设计规范完成报批光伏发电站无功补偿技术规范完成报批光伏发电站太阳跟踪系统技术要求完成报批光伏发电接入配电网设计规范完成报批光伏发电站太阳能资源实时监测技术要求正在编制白山,J.,几1-,1.4咤Q0,,飞曰610rq月光伏发电站防雷与接地技术要求正在编制光伏发电系统接入配电网检测规程正在编制光伏发电系统建模导则正在编制并网光伏电站启动验收技术规范正在编制光伏发电站接入电网检测规程正在编制光伏发电站监控系统技术要求正在编制光伏发电站并网运行控制规范正在编制光伏发电系统模型及参数测试规程正在编制光伏发电系统并性评价技术规范正在编制光伏发电站汇流箱技术要求正在编制截至2012年ro月,中国已立项光伏并网发电行业标准19项,详见表2\"上述国家标准和行业标准的制定和发布将初步建立中国光伏发电并网标准体系,对于光伏发电规划!计划制定!管理评价!技术开发!产品生产和认证等活动起到指导作用\"统一标准的广泛应用,将为光伏发电行业发展指明方向,为生产实践提供技术依据,有利于中国光伏产品的质量评价和技术提升,有助于整个光伏发电市场的规范化发展,并从中获得巨大的经济效益和社会效益\"l6表2国内已立项行业标准TableZDo~itcalreadyse城飞uPindust口standards万百一一一一一一福瘫落称目前状态丫厂决欢贾电站环境影响评价技术规范完成报批2光伏发电站防孤岛效应检测规程正在编制3光伏发电站电压与频率响应检测规程正在编制4光伏发电站太阳能资源实时监测技术规范正在编制\"光伏发电站逆变器电磁兼容性检测技术要求,止仁翎巾*拍*\"06光伏发电站逆变器效率检测技术要求正在编制7光伏发电功率预测系统功能规范正在编制8光伏发电系统防雷接地技术规程正在编制9光伏发电调度技术规范正在编制01光伏发电站评价技术规范正在编制1光伏发电站现场组件检测规程正在编制21发电站功率预测技术要求正在编制31光伏电站并网性能测试与评价方法正在编制光伏发电站逆变器防孤岛效应检测技术丫*砧,1抖规程止住翎币0,,0光伏发电站逆变器电压与频率响应检测技术规程,止住细蒯*砧!lj16光伏发电站逆变器电能质量检测技术规程正在编制17光伏发电站功率控制能力检测技术规程正在编制81光伏发电站电能质量检测技术规程正在编制19光伏发电站低电压穿越检测技术规程正在编制12光伏发电并网标准存在的问题中国光伏发电并网的标准化工作与国际先进水平及国内产业和市场发展需求相比还有一定差距\"目前中国虽已正式出台了多项国家标准,但整个光伏并网标准体系仍存在一定的缺失,不能完全满足光伏发电并网的要求\"如:目前还没有针对光伏并网逆变器技术要求的国家标准,国内光伏并网逆变器产品所做的认证和检测主要是金太阳认证和依据国家电网公司企业标准进行的并网性能检测,在标准等级和执行力度上都存在一定局限,也了逆变器产品性能提升幅度;从技术角度分析,现有光伏发电并网标准只规定了低电压穿越的技术要求,并未对电力系统故障恢复后产生的高电压穿越做技术要求,而实际上一些电站脱网事故是由于电压跌落恢复后的高电压过程引起的\"同时,现有光伏国家标准中多数并网标准为非强制性标准,使标准执行力度不足\"4国外光伏发电并网标准现状.41欧美现有光伏发电并网标准欧美等发达国家光伏发电并网标准制定相对较早,以美国!德国!澳大利亚!加拿大!英国!意大利等国为代表,分别制定了符合各自国家和区域电网运行特性要求的可用于光伏发电并网的标准,如表3所示\"光伏发电并网标准发展表3欧美可用于光伏发电并网的主要标准aTble3Mains妞ndards理蛇dforPhotovol面epowergene-artioneombinedofEuropenadtheU川tedStates国家标准号标准名称FERCorderStandardizatlonofGeneratorIntercouneetionA-No.2的3gerementsandProceduersFERCO记erStandaJizaitonofSmaleGneratorInterconnee-No.25洲拓tionAgerementsandProceduresIEEEStd929IEEEeReonenundedPractieeforUtilityInter-cafeofPhotovol面\"(PV)Systems美国IEEEStandardCo,面nnaneeTestP叹eduresforIEEE17.1EquiPmentInet比onneetingDistributedResour-eesWithEleetirePowerSystemsIEEEApplieationGuidefroIEEEStd17布,IEEE17.2IEEEtSand田月froInte此onneetingDistirbutedIEEEuGidefroMomtoring,InofmrationExeh-IEEE17.3nage,andCon加1OfDistributedResourcesInter-eorniectediwthEleetirePowerSyste砒irGdCounectionofEnerygSystemsviaInvert-亚利大澳AS4777.1ers一Patrl:InstalationReqUirementsGridCounetcionOfEnerygSystemsviaInvert-AS4777.2ers一PatrZ:InvetrerRequirementsAS4777.3GridConueetionOfEne卿SystemsviaInvert-ers一Patr3:Grid而teetionRe卿irementsPowerGenerationSystemsConneetedtothe助w-VDE一AR一voltageDistirbutionNetwork一TeehniealMini-N4105mumReqUireemntsfrotheConneetiontoandParallelo伴rtaionWith肠w一voltageDis苗butionNe橄worksVDEVAutomatieDiseonneetionDevieeBet钊eenaGene~0126一l一1artorandthePublie肠w一voltageirGd德国NetworkInte脚tionfoeGneratorSysrems一肠w-VDEVvoltage晓neratorUnits一TestReqUirementsfor0124一1(洲)eGnertaionUnitstobeCormeetedandOPertaedinParallelWith肠w一voltageDistributionNet-workseTehniealGuidelinesfroPowerGenertaingUnitsTR一3一于耐3:DeterminationfoElee苗ealCharac-teristiesofPOwerGeneratingUnitsCormeetedtoMV,HVnadEHVGrids加大拿C22.3InterconnectionofDistrlbutedResou现esnadN0.9一08EleetireitySuPPlyS邓temsC22.2No.InteroonneetingInverter一basedMiero一distributed257一06Reso明estoDistirbutionSystemsReeommendationsfortheConneetionofSmal-G83八cs己eEIbneddedGenertaors(Uptol6APerPhase)inParalelwithPublieb2w一volt昭eDistribution英国NetworksRecorn1nendationsfortheConneetionofSmal-G53llsealeEmbeddedGenerators(CoversGeneratosrFrom16AmPs3Phaesupto5MW)inParallelwithPublie玩w一voltageDis苗butionNetworksENEL一TeehniealRulesforConneetionofProdueerCli-SectionFentstothe肠wTensionENELNetworks意RefereneeTeehniealRulesfortheConneetionof大CEIO一21AetiveandPassiveUserstotheLVElee川eal利UtilitiesCuidelineforConneetionstoENELDistribu一DK5940tionNe饰ork表3中大部分并网标准是将多种发电形式的接入要求统一在标准中,且多数为针对分布式电源接入低压电网的技术规定和测试规程,这与欧美等国大力发展户用分布式光伏发电的发展模式相关1.一]4\"欧美等发达国家针对集中式大规模光伏发电接入电网的标准相对较少,这也使欧美等国发展集中式大规模光伏发电受到一定的影响\"目前德国的/发电站接入中压电网技术导则0受到广泛的关注,其中第3部分(跟一3)/发电单元接入中压!高压和超高压电网电气性能测试0是上述可用于光伏发电并网的标准中可作为集中式大型光伏发电站并网技术的要求和测试依据[I5\"目前世界各国都在积极制定和修订光伏发电并网标准,预计在未来几年会陆续发布一些适用于集中式大规模光伏发电并网的标准和技术规定\".42EIC标准中光伏发电并网标准现状EIC组织机构中,TC82工作组专门负责光伏相关国际标准的编写工作\"该工作组中,有众多世界各国的光伏领域专家以及许多具有丰富电网工作经验的专家\"因此,这一工作组是整个IEC中最适合承担光伏发电并网类标准编制的工作组\"但由于IEC对各工作组工作范围的严格要求,TC82更多地承担了光伏组件!光伏系统直流侧以及相关平衡部件等方面标准的编写工作,光伏发电并网方面的标准则因工作范围的迟迟未能在组内开展\"同时负责电网标准和并网类标准编写的S工作组,也并未开展光伏发电并网标准的编写工作\"从IEC全局来看,光伏发电并网技术在最近几年才真正得到重视与发展,IEC还未专门成立光伏发电并网标准工作组\"另一方面,各国电网条件存在一定差异,因此在光伏发电并网标准与测试要求方面较难统一量化[]6\"由此可见,在国际标准中最具权威的IEC标准在近一段时间内也很难在光伏发电并网领域形成较完善的标准体系\"表4为目前已有的光伏发电并网主要IEC标准\"然而这些并网标准无法满足世界光伏发电领域快速发展的需要,急需IEC开展相关工作,考虑多数国家电网条件,尽快完善适用于大多数国家光伏发电并网相关标准体系\"表4光伏发电并网主要IEC标准Table4PV脚wergridmajnIECs加口dard标准号标准名称IEC61727photovoltaie(pv)Systems一ChaareteristiesoftheUtilityInterafeeIEC62116eTstProceduerfOIslandingPreventionMeasuresrofUrility一inte几onnectedhPotovoltaieInvertesrirGdConneetedVPSystems一MinimumRequire-IEC62月46mentsfroSystemDocumentation,ComunssioningTests,andIns拌etion(下转第35页)l7TC光伏阵列输出特性的仿真研究图中遮挡一引起的功率损失为11.6%,而遮6结论挡二引起的功率损失为36.5%\"对于不同阵列及不同遮挡,应用此处所提出的光伏组件模型可方此处建立了光伏组件仿真模型,并验证了模便地对遮挡引起的功率损失进行定量分析\"型准确性\"该模型应用简单,仅需输入厂家数据手册中的数据!辐照度及环境温度即可\"由仿真模型.52动态遮挡的影响得出的组件开路电压值可指导光伏逆变器设计,遮挡发生前光伏阵列工作在最大功率点,对提高其可靠性\"应用该仿真模型,可定量研究线路于图5中的遮挡二,假设:¹遮挡只发生在15时阻抗不匹配及静态/动态遮挡引起的功率损失,对间内(如云层的飘过);º在较短的时间内光伏组于光伏阵列及MPPT的设计具有指导意义\"件的温度恒定;»逆变器的最大功率点跟踪(MP盯)未采取及时有效的调节(即光伏阵列两端参考文献电压未改变)\"则由仿真得出的光伏阵列输出功率=l]AbirChatte巧ee,AliKeyhani,DhurvKapoor#Ident-eation波形如图6所示\"对比图5,由于逆变器的MP件ofPhotovoltaleSourceModels[J].IEEETrans.onEneryg未来得及调节,引起的损失为0.06%,功率损失较Conversion,2011,26(3):883一8.少\"故在逆变器的MP盯设计时,MPPr对此种情[2]M创沮alva,JRGzaoli,ERupPertF#ComprehensiveApp-况可不做特别处理\"roachtoModelingandSimulationOfPhotovoltaiearrays田#IEEETrans.onPowerElee加nies,2()X9,25(5):1198-1208.023.#-w13]HirenPatel,VivekAgawral.Mailab一basedModelingtoStu-dytheEfefetsofPartialShadingonPVArrayChaere-1294.2WÀ#W撰!teristies皿IEEETrans.onEne卿Conversion,2()X8,23(l):302一310.I/S14]5RWenham,MartinAGreen,MEWatt.AppliedPho-图6动态遮挡时光伏阵列的输出功率tovoltaies[M].Caliofmia:Cent,ofrPhotovoltaieDevieesFig.6PhotovoltaieoutputpowerunderdynamieshadingnadSystems,2()X7.(上接第17页)5光伏发电并网标准展望趋完善\"处理好光伏并网标准与光伏发电之间的光伏发电并网是大势所趋,它对光伏发电站动态协调,建立完善的标准体系是所有发展光伏和电网均提出了要求\"国家电网公司已于2011年发电国家的重要工作\"发布了5光伏电站接入电网技术规定6和5光伏发电站接入电网检测规程62项企业标准,及时对光伏参考文献发电并网进行了规范[]7\"在今后2一3年时间,国内=1王继东,张小静,杜旭浩,等.光伏发电与风力发电的并网技术标准[J1.电力自动化设备,2011,31(11):1一7.光伏发电并网标准体系将基本完善\"针对目前国=2]VDE一AR一N4105[S]#oPwerGenerationSystemsConneeted内标准大多是推荐标准,执行力度不够的情况,应tothe肠w一voltgaeDistirbutionNetwork一TeehniealMini-酌情考虑将一些关键技术标准转化为强制标准\"mumRequirementsfortheConneetiontoandParalel针对现有无法满足光伏发电并网需要的过时技术OPeratlonWith助w一voltageDistirbutionNetworks.条款,积极开展修订工作,以适应现有技术发展\"[3]G53/l=S].ReeommendationsfortheConneetionofSmal-6结论sealeEmbeddedGenerators(CoversGeneratorsF功m16A3Phaseupto5MW)inParalelWithPublieIDw-综上所述,国内与国际光伏发电并网标准体volatgeDistirbutionNetworks.系总体均呈现滞后和不完善的状况\"国内光伏发[48IEEE1715].IEEEStandardforInterconneetingDistir-电并网标准的制定与修订相对于欧美等国标准及butedResoureesWithEleetriePOwerSystems.EIc标准略显落后,所制定和修订的国内光伏发[5]TRee3l]S#TeehniealGuidelinesforpowerGeneratingUnits一Pari3:DeternlinationofElee幼ealChaareteristiesofPOwer电并网标准水平与之相比也略显不足,但国内可eGneraUngUnitSConneetedtoMV,HVandEHVGrids.预见的光伏发电并网标准体系建设较欧美等国及=]6韩延刚,陈洪波.国内外太阳能光伏标准体系分析及IEC标准体系将更加完善\"全球光伏发电的迅猛展望IJI.太阳能,2012,33(13):12一16.发展也将进一步推动光伏发电并网标准体系的日=]7IQGDW一61715].光伏电站接入电网技术规定.35科技创新与应用

2013年第5期

电力科技

光伏发电并网对东莞电网的影响及对策研究袁炜灯

（广东电网公司东莞供电局，广东东莞523008）

摘

要：主要介绍东莞电网光伏发电并网现状，光伏发电系统并网的形式及运行特点，研究光伏发电并网对东莞电网的影响，并

对光伏发电并网运行对电网带来的风险进行评价，提出相应建议。

关键词：光伏发电；微电网；孤岛效应；最大功率跟踪引言

太阳能是可再生资源，它资源丰富，即可免费使用，又无需运输，计划解列的光伏电站重新并网时，存在非同期合闸，损坏断路器的危

险。

对环境没有污染，光伏发电是对太阳能的一种有效利用形式，为人类

创造了一种新的生活形态[1]

，我国出台了大量扶持促进光伏发电产业。将光伏发电系统接入到大电网并网运行，与大电网互为支撑，

是提高光伏发电规模的重要技术出路[2]

。面临大量光伏发电设备并网大电网运行的需求，除了在经济和法规方面需进一步完善外，在技术层面能否解决好光伏发电系统接入大电网后两部分均能安全高效运行这一重大问题，也是决定光伏发电能够大规模进行商业应用的关键。

1东莞光伏发电并网的现状近年来，随着东莞产业结构的转型升级，大批先进制造业企业进入东莞，加上东莞市出台了一系列光伏产业扶持，东莞光伏发电有了长足的发展。截至2012年10月份，已经并网及将要并网的光伏发电装机容量超过14MW。

2光伏发电的特点及分类2.1光伏发电的特点

通常光伏系统由光伏电池方阵、蓄电池、控制器、直流监测汇流器、逆变器和交流配电柜等设备组成，光伏电池方阵负通过“光生伏特效应”将太阳能转换成电能，逆变器将直流电转换成工频交流电。

与传统发电方式相比较，光伏发电的特点有：（1）受光照、温度等

因素的影响，输出功率变化较快[3]

；输入侧的一次能源功率不能主动在技术范围内进行，只能被动跟踪当时光照条件下的最大功率点；（2）光伏电池方阵输出的电能为直流电，不能直接介入公网，必须通过逆变器转换成工频交流电。

2.2光伏发电的并网形式

光伏发电系统并网的基本必要条件是，逆变器输出之正弦波电流的频率和相位与电网电压的频率和相位相同，目前光伏发电主要有发电侧并网和用户侧并网两种形式。

发电侧并网是指光伏电站所产生的电能通过升压变电站、中高压输电线路直接输送至公用电网，再由通过配电网统一调配给用户。发电侧并网适用于大型光伏电站并网，通常离负荷点比较远，荒漠光伏电站采用这种方式并网。

用户侧并网光伏电站是所发的电能直接就地分配给用户使用，电力盈缺部分通过大电网来调节，与大电网之间的电力交换可能是双向的，用户侧并网适于小规模用户自备光伏电站，通常城区光伏发电系统采用这种方式，特别是与建筑结合的光伏系统。侧并网又分为可逆流系统及不可逆流系统两种。可逆流系统一般适用于小型分布式并网系统或自发自用的场合，多余或不足的电力通过电网调节；不可逆流系统所产生的电能只能用于自用，不能上网，该系统具有并网但不上网的特点。

3光伏发电并网对东莞电网的影响

光伏发电的运行特性与传统发电厂具有很大的差异，其大规模并网必将给东莞电网带来深刻的影响。

3.1对电网调度运行的影响光伏电站出力随机性强，运行控制困难：光伏电站出力收光照的影响具有明显的波动性和随机性，当光伏发电并网达到一定规模后，辐照强度短期波动和周期性变化将引起线路电压、潮流超限，断面交换功率的控制难度加大。因光伏电站自身无旋转惯性环节，有功功率阶跃性变化，使电网短期负荷预测准确性降低，增加了传统发电和运行计划的难度，需要增加电网的旋转备用容量来保证电网稳定运行。

3.2对电网安全及电能质量的影响

已经并网的光伏电站与主网非计划解列可能带来孤岛运行问题。孤岛效应使电压及频率失去控制，孤岛系统中的电压和频率将发生较大的波动，对电网和用户设备造成损害。孤岛效应可能导致故障不能清除，干扰电网正常供电系统的恢复，使得一些被认为已经与所有电源断开的线路带电，给线路维护人员带来点击的危险。与电网非

3.3光伏发电并网对配电线路保护的影响东莞低压配电网为单电源放射状结构，采用三段式电流保护，不

具备方向性。这种保护方式在现有的辐射型配电网上，

能够有效地保护全部线路。但是，在配电网中接入分布式电源后，其注入功率会使继电保护范围缩小，不能可靠地保护整体线路，甚至在其他并联分支故障时，引起保护误动作。

3.4电力电子器件带来的电能质量问题

光伏发电系统中的逆变器采用高频开关电子器件，易产生谐波。光伏电池阵列输出的功率与环境因素密切相关，光伏电池的伏-安特性呈非线性，需要MPPT（最大功率点跟踪）控制器找到光伏阵列在确定日照和温度条件下输出最大功率时对应的工作电压，以适应环境的变化，输出功率不确定性易造成电网电压波动、闪变。

3.5光伏发电并网使运行监测的范围大大延伸

电网调度运行必须随时关注发电系统的运行工况，大量光伏发电系统通过中低压配电网接入，使电网运行实时监测的范围需要有很大延伸；光伏发电作为新的发电模式，实时监测的信息类型与传统发电模式有所区别，必须对原有的电网监测系统进行扩展、升级。

3.6光伏并网发电对配电网的规划提出了新的要求

当光伏发电系统接入配电网后，配电网将由原来单一电能分配的角色转变为集电能收集、电能传输和电能分配于一体的新型电力交换系统，使传统的电力需求预测模型不再使用。在配电网的规划设计中，需要考虑光伏电站并网的数量、规模，验证各区域光伏电站并网的合适容量，考虑在极短情况下电网是否有足够的备用容量保持电网的稳定。

4对策

光伏发电大规模并网运行必将称为东莞电网未来的发展趋势，在研究光伏发电并网对东莞电网影响的条件下，必须提前在技术层面提出应对光伏发电并网的对策[4]。

4.1研究光伏并网发电的运行控制理论与技术

建立精确的光伏发电的动态模型，是对光伏发电运行特性研究的前提。通过研究光伏电池的输出特性，建立融合天气数据的动态模型，分析不同运行条件下光伏发电的运行规律，提高光伏发电功率预测的准确性，研究针对光伏发电特点的电网运行控制理论，为在不确定性因素较多的情况下制定切实可行的发电和运行计划提供保障。

4.2研发支撑光伏发电并网的监测、保护与控制装备4.2.1研究光伏发电对配电网中短路电流大小、流向及分布的影响，以及含光伏电源的配电网保护与控制技术，以保证故障的快速、

可靠切除[5]

。

4.2.2光伏发电存在较大的不确定性，呈阶跃性变化，谐波污染可能给所接入系统的用户带来电能质量问题，需要研究新型的电能质量综合监控技术及提高电能质量的新星装备。

4.2.3光伏发电并网使配电系统的实时监控趋于复杂化，电网运行需要监测的信息类型和范围增加，需要研发新型的配电网监控系统。

4.3健全光伏发电接入公共电网的技术标准与规范为了保障电网的安全稳定，引导光伏发电有序地接入大电网，必须在国家现有的技术标准及法规框架下根据东莞电网自身的提点，健全光伏发电接入公共电网的技术标准与规范。

4.4研究与应用新型配电系统的规划理论与方法

建立适应光伏发电大规模并网电力需求预测模型，研究光伏发电电源的优化配置，包括选址和容量，研究光伏发电输出控制方式、接入位置和并网方式，研究其对电网谐波和电压波动与闪变的影响等，从规划层面保证配电网经济性、安全性、环保性和电能质量的综合优化。

5结束语

电力科技

2013年第5期

科技创新与应用

减少农村电网运行损耗的措施与对策

晏庆祝

（七台河电业局勃利农电公司，黑龙江勃利1500）

摘

要：如今的农电，在经过不断的建设完善后水平相比之前有了很大的提高，但是还是有较大的原因，例如：因结构复杂存造成

的大量损耗，对农村经济发展是个阻碍。经过研究分析，我们通过农电结构损耗的原因，进行了针对性的研究，目的是为了在目

前的农电制度下，尽最大的能力提高用电质量减少损耗。关键词：农电网；损耗；控制农村中最基本的重要设施就是电路网络。长久以来，农村的电路

电价高、通电的质量不好，严网络设施构造都很薄弱，装置都已残旧、

所以，我国已经出重的阻碍了农村经济生活水平的提高和前进步伐。

台相应的手段，对农村电路网络已经积极的进行改革创新，降低用电费用争取城市乡镇电价一致性。在农村电网中要减少损耗，减少运营的成本，提升供电品质和利益可以采用以下几种措施：根据实际情况发生的电量合理装置配变方位，把配变安装在负荷点的中心位置，合理的布局；对于供电的范围要达到电力规章的要求；提升变压器的工作效率，使用新型的佳能变压器替换以前老的高损耗的变压器；在合理的范围内提升供电的电压。农村电网的改革是在原来的基础上进

在保持原本的电行的创新和改良。除去对原本的电网开展改革之外，

路网络不变的情况下，合理的提升电网的供电电压，也是一项重要的措施。

1农村电网电能电压损耗过大的原因

农电的结构大部分都是呈现辐射形状的，10kv单独电源的供电范围为半径十到二十千米左右，因负荷点的距离远，让农电的使用过程中的损耗更大。经调查，一些农村所用的10kv的电网的平均损耗在百分之十六以上，而电压的损耗早百分之二十左右，电压越低损耗越大，一下地方的损耗达到了百分之五十。按网络状况分析，造成农村电网损耗过大的主要原因为：

1.1规划落后、结构不合理。农村电网的配电电源点布置多以自然村为单元，而不是按负荷情况配置；当由于村庄发展和新增负荷时，只是简单的“就近”引线或延伸。逐渐形成了供电线路前端卡口，也使供电半径增大，迂回供电情况严重。

1.2无功的容量严重不够使用的。在电力的负荷端，无功的容量严重不够使用的，会致使电流变大，增加了对电路线路的损耗和损失。跟着农村市场经济的不断发展，生活水平的不断提高，生活中ET照明灯、彩电、空调、电风扇等大功率电器也在不断的增加，致使农村电网无功容量严重的不够使用。如果不能及时的补偿这些无功容量，会对农村电路网络的正常运行带来不利的作用。

1.3负荷分布不均，装置的使用率不高。农村用电网络大多是普通的居民家居用电，负荷量较低，具有用电时间集中，季节性强的特征。所以为了最大程度的满足农村用电的需求，电路的装置必须要按照最大需求时的电量装备。这就使很多电线线路在很多时候都是空载的，配电变压器的利用率很低，载电量较少或者没有的时候很多，这样变压器本来就成了一个损耗的设备，致使电网的损耗率很大。

2控制措施

2.1对农村电网的规划，首先是直接解决“细脖”卡口和迂回供电问题，其次是解决好低负荷季节“大马拉小车”问题，应遵循以下原则：

①优化网架结构、降低线损；②保证经济、安全运行；③节约设备和材料，投资合理；④便于运行及维护检修；⑤有利于提高供电可靠性和电压质量。

2.2采用无功补偿装置5.1随着国家对光伏产业的支持力度进一步加大，光伏发电并网将迎来高峰期，大规模的光伏发电并网对东莞电网的影响与风险评价工作将全面展开。

5.2针对光伏发电并网对东莞电网的影响，必须尽快开展相关领域的研究工作，研究制定并网技术标准，运行规程，保障电网的稳定运行。

5.3在光伏并网发电的技术标准、法律法规还不完善的情况下，东莞供电局对并入东莞电网的光伏电站采取“用户侧并网，自发自“，只监视、不调度”的原则，光伏发电项目在设计阶段需要考虑光用”

伏电站的容量占峰值负荷的比例，防止电能向公共电网倒送。

农村电路网络改革的重要目的就是提升电压品质，减少电能的

损耗。在减少损耗、降低电路电压损耗，改良尾端电压品质的有效可

因为这种办法成本低、收行的办法就是安装配置无功补偿电容设备。

益快，而且使用后增加的损耗不大，使用养护起来都很简单，所以得到了大范围的推广使用。

①杆上无功补偿方式：配电网中大量的配电变压器要消耗大量的无功功率，因此，在10kv配电线路中并联电容器(安装在架空线路

进行无功补偿，以提高10kv配电网功率因数，是直接降损的杆塔上)，

升压的有效措施。

②在电源点集中补偿方式：补偿设备一般装置在配变处并联电

这容器使用静止补偿模式。主要目标是改进上面一段电线上的功率，

样用于补偿的设备大多装置在配变设备的操控箱里面，和配变低压侧负载的运行互不干扰。因为农村的十千伏线路比较长，而这种补偿对减少十千伏电路的损耗能够起到很好的影响。

③在负载点集中补偿：可以使用并线组合形式的电容器在三百八十或者二百二十伏电压的动力负载出进行补充，一般使用微机控制的低压并联电容器柜，依据居民用电超荷的波状纹，电容器进行自动的追踪补充。这样做是为了实现无功能就地平衡，同时也大幅度的降低的损耗的程度，也提高了居民的用电电压质量。上述的几种补充

负荷程度、方式在不同情况下的作用是不同的，必须依据电线长短、

开启次数等条件下进行使用。

2.3调整变压器

因为农村电网分季节性和时间性，所以变压器在用电最多时会满载或者超载，在淡季时会轻载或者空载，在轻载或者空载时，配变变压设备损耗中固定损耗占的比重较多，所以要合理优化资源配置，预防大材小用的状态。可以使用大小变压器并联或者解列组合，或者根绝实际用电情况更换变压设备的大小。当用电高峰期时，可以使用大小两台变压设备同时运行；用电量比较大时用一台大的变压设备，其余用电低谷时间用小的变压设备，虽然这种措施会加大了变压设备的投资成本，但是能够有效的节约电能，详细的实施办法还要根据实地考察后再确定合理的变压设备的大小。

3结束语

降低农村电网的技术损耗，是县(市)电力企业不可忽视的问题，它是电力企业增加经济效益的一个途径。针对各地农村的具体情况，合理选择与综合利用电网改造和新建工程之机，及时消除供电卡口现象，规划设置无功补偿、对季节性强的负荷，尽可能采用“母子变”或调容变配置，适时调整变压器运行方式，将能有效降低农村电网的线损和改善电压质量，实现电力企业又好又省地供电。

参考文献

[l]刘志凌．改善农网电压质量的措施[J]．大众用电，2005．

[2]骆学锋．浅谈改善农村低压电网电压质量的途径[J]．农村电工，2000．[3]李志新．对提高农网电压质量的探讨[J]．农村电气化，1997．

[4]王新学．降低电力网电能损耗的措施．电力网及电力系统(第二版)，水利水电出版社．

参考文献

[1]王长贵,王斯成.太阳能光伏发电实用技术（第二版）[M].北京：化工工业出版社.2009,9:3-6.

[2]催容强,赵春江,吴达成.并网型太阳能光伏发电系统[M].北京：化学工业出版社.2007,7:10-12

[3]徐鹏威,刘飞,刘邦银.等.几种光伏系统MPPT方法的分析比较及改进[J].电力电子技术,2007,41(9):12-14.[4]李碧君,方勇杰，杨卫东.等.光伏发电并网大电网面临的问题与对策[J].电网与清洁能源，2010，26（4）：52-58.[5]王成山，王守相.分布式发电功能系统若干问题研究[J].电力系统自

2008，32（20）：1-4，31.动化，

科技创新与应用

2013年第5期

电力科技

光伏发电并网对东莞电网的影响及对策研究袁炜灯

（广东电网公司东莞供电局，广东东莞523008）

摘

要：主要介绍东莞电网光伏发电并网现状，光伏发电系统并网的形式及运行特点，研究光伏发电并网对东莞电网的影响，并

对光伏发电并网运行对电网带来的风险进行评价，提出相应建议。

关键词：光伏发电；微电网；孤岛效应；最大功率跟踪引言

太阳能是可再生资源，它资源丰富，即可免费使用，又无需运输，计划解列的光伏电站重新并网时，存在非同期合闸，损坏断路器的危

险。

对环境没有污染，光伏发电是对太阳能的一种有效利用形式，为人类

创造了一种新的生活形态[1]

，我国出台了大量扶持促进光伏发电产业。将光伏发电系统接入到大电网并网运行，与大电网互为支撑，

是提高光伏发电规模的重要技术出路[2]

。面临大量光伏发电设备并网大电网运行的需求，除了在经济和法规方面需进一步完善外，在技术层面能否解决好光伏发电系统接入大电网后两部分均能安全高效运行这一重大问题，也是决定光伏发电能够大规模进行商业应用的关键。

1东莞光伏发电并网的现状近年来，随着东莞产业结构的转型升级，大批先进制造业企业进入东莞，加上东莞市出台了一系列光伏产业扶持，东莞光伏发电有了长足的发展。截至2012年10月份，已经并网及将要并网的光伏发电装机容量超过14MW。

2光伏发电的特点及分类2.1光伏发电的特点

通常光伏系统由光伏电池方阵、蓄电池、控制器、直流监测汇流器、逆变器和交流配电柜等设备组成，光伏电池方阵负通过“光生伏特效应”将太阳能转换成电能，逆变器将直流电转换成工频交流电。

与传统发电方式相比较，光伏发电的特点有：（1）受光照、温度等

因素的影响，输出功率变化较快[3]

；输入侧的一次能源功率不能主动在技术范围内进行，只能被动跟踪当时光照条件下的最大功率点；（2）光伏电池方阵输出的电能为直流电，不能直接介入公网，必须通过逆变器转换成工频交流电。

2.2光伏发电的并网形式

光伏发电系统并网的基本必要条件是，逆变器输出之正弦波电流的频率和相位与电网电压的频率和相位相同，目前光伏发电主要有发电侧并网和用户侧并网两种形式。

发电侧并网是指光伏电站所产生的电能通过升压变电站、中高压输电线路直接输送至公用电网，再由通过配电网统一调配给用户。发电侧并网适用于大型光伏电站并网，通常离负荷点比较远，荒漠光伏电站采用这种方式并网。

用户侧并网光伏电站是所发的电能直接就地分配给用户使用，电力盈缺部分通过大电网来调节，与大电网之间的电力交换可能是双向的，用户侧并网适于小规模用户自备光伏电站，通常城区光伏发电系统采用这种方式，特别是与建筑结合的光伏系统。侧并网又分为可逆流系统及不可逆流系统两种。可逆流系统一般适用于小型分布式并网系统或自发自用的场合，多余或不足的电力通过电网调节；不可逆流系统所产生的电能只能用于自用，不能上网，该系统具有并网但不上网的特点。

3光伏发电并网对东莞电网的影响

光伏发电的运行特性与传统发电厂具有很大的差异，其大规模并网必将给东莞电网带来深刻的影响。

3.1对电网调度运行的影响光伏电站出力随机性强，运行控制困难：光伏电站出力收光照的影响具有明显的波动性和随机性，当光伏发电并网达到一定规模后，辐照强度短期波动和周期性变化将引起线路电压、潮流超限，断面交换功率的控制难度加大。因光伏电站自身无旋转惯性环节，有功功率阶跃性变化，使电网短期负荷预测准确性降低，增加了传统发电和运行计划的难度，需要增加电网的旋转备用容量来保证电网稳定运行。

3.2对电网安全及电能质量的影响

已经并网的光伏电站与主网非计划解列可能带来孤岛运行问题。孤岛效应使电压及频率失去控制，孤岛系统中的电压和频率将发生较大的波动，对电网和用户设备造成损害。孤岛效应可能导致故障不能清除，干扰电网正常供电系统的恢复，使得一些被认为已经与所有电源断开的线路带电，给线路维护人员带来点击的危险。与电网非

3.3光伏发电并网对配电线路保护的影响东莞低压配电网为单电源放射状结构，采用三段式电流保护，不

具备方向性。这种保护方式在现有的辐射型配电网上，

能够有效地保护全部线路。但是，在配电网中接入分布式电源后，其注入功率会使继电保护范围缩小，不能可靠地保护整体线路，甚至在其他并联分支故障时，引起保护误动作。

3.4电力电子器件带来的电能质量问题

光伏发电系统中的逆变器采用高频开关电子器件，易产生谐波。光伏电池阵列输出的功率与环境因素密切相关，光伏电池的伏-安特性呈非线性，需要MPPT（最大功率点跟踪）控制器找到光伏阵列在确定日照和温度条件下输出最大功率时对应的工作电压，以适应环境的变化，输出功率不确定性易造成电网电压波动、闪变。

3.5光伏发电并网使运行监测的范围大大延伸

电网调度运行必须随时关注发电系统的运行工况，大量光伏发电系统通过中低压配电网接入，使电网运行实时监测的范围需要有很大延伸；光伏发电作为新的发电模式，实时监测的信息类型与传统发电模式有所区别，必须对原有的电网监测系统进行扩展、升级。

3.6光伏并网发电对配电网的规划提出了新的要求

当光伏发电系统接入配电网后，配电网将由原来单一电能分配的角色转变为集电能收集、电能传输和电能分配于一体的新型电力交换系统，使传统的电力需求预测模型不再使用。在配电网的规划设计中，需要考虑光伏电站并网的数量、规模，验证各区域光伏电站并网的合适容量，考虑在极短情况下电网是否有足够的备用容量保持电网的稳定。

4对策

光伏发电大规模并网运行必将称为东莞电网未来的发展趋势，在研究光伏发电并网对东莞电网影响的条件下，必须提前在技术层面提出应对光伏发电并网的对策[4]。

4.1研究光伏并网发电的运行控制理论与技术

建立精确的光伏发电的动态模型，是对光伏发电运行特性研究的前提。通过研究光伏电池的输出特性，建立融合天气数据的动态模型，分析不同运行条件下光伏发电的运行规律，提高光伏发电功率预测的准确性，研究针对光伏发电特点的电网运行控制理论，为在不确定性因素较多的情况下制定切实可行的发电和运行计划提供保障。

4.2研发支撑光伏发电并网的监测、保护与控制装备4.2.1研究光伏发电对配电网中短路电流大小、流向及分布的影响，以及含光伏电源的配电网保护与控制技术，以保证故障的快速、

可靠切除[5]

。

4.2.2光伏发电存在较大的不确定性，呈阶跃性变化，谐波污染可能给所接入系统的用户带来电能质量问题，需要研究新型的电能质量综合监控技术及提高电能质量的新星装备。

4.2.3光伏发电并网使配电系统的实时监控趋于复杂化，电网运行需要监测的信息类型和范围增加，需要研发新型的配电网监控系统。

4.3健全光伏发电接入公共电网的技术标准与规范为了保障电网的安全稳定，引导光伏发电有序地接入大电网，必须在国家现有的技术标准及法规框架下根据东莞电网自身的提点，健全光伏发电接入公共电网的技术标准与规范。

4.4研究与应用新型配电系统的规划理论与方法

建立适应光伏发电大规模并网电力需求预测模型，研究光伏发电电源的优化配置，包括选址和容量，研究光伏发电输出控制方式、接入位置和并网方式，研究其对电网谐波和电压波动与闪变的影响等，从规划层面保证配电网经济性、安全性、环保性和电能质量的综合优化。

5结束语

电力科技

2013年第5期

科技创新与应用

减少农村电网运行损耗的措施与对策

晏庆祝

（七台河电业局勃利农电公司，黑龙江勃利1500）

摘

要：如今的农电，在经过不断的建设完善后水平相比之前有了很大的提高，但是还是有较大的原因，例如：因结构复杂存造成

的大量损耗，对农村经济发展是个阻碍。经过研究分析，我们通过农电结构损耗的原因，进行了针对性的研究，目的是为了在目

前的农电制度下，尽最大的能力提高用电质量减少损耗。关键词：农电网；损耗；控制农村中最基本的重要设施就是电路网络。长久以来，农村的电路

电价高、通电的质量不好，严网络设施构造都很薄弱，装置都已残旧、

所以，我国已经出重的阻碍了农村经济生活水平的提高和前进步伐。

台相应的手段，对农村电路网络已经积极的进行改革创新，降低用电费用争取城市乡镇电价一致性。在农村电网中要减少损耗，减少运营的成本，提升供电品质和利益可以采用以下几种措施：根据实际情况发生的电量合理装置配变方位，把配变安装在负荷点的中心位置，合理的布局；对于供电的范围要达到电力规章的要求；提升变压器的工作效率，使用新型的佳能变压器替换以前老的高损耗的变压器；在合理的范围内提升供电的电压。农村电网的改革是在原来的基础上进

在保持原本的电行的创新和改良。除去对原本的电网开展改革之外，

路网络不变的情况下，合理的提升电网的供电电压，也是一项重要的措施。

1农村电网电能电压损耗过大的原因

农电的结构大部分都是呈现辐射形状的，10kv单独电源的供电范围为半径十到二十千米左右，因负荷点的距离远，让农电的使用过程中的损耗更大。经调查，一些农村所用的10kv的电网的平均损耗在百分之十六以上，而电压的损耗早百分之二十左右，电压越低损耗越大，一下地方的损耗达到了百分之五十。按网络状况分析，造成农村电网损耗过大的主要原因为：

1.1规划落后、结构不合理。农村电网的配电电源点布置多以自然村为单元，而不是按负荷情况配置；当由于村庄发展和新增负荷时，只是简单的“就近”引线或延伸。逐渐形成了供电线路前端卡口，也使供电半径增大，迂回供电情况严重。

1.2无功的容量严重不够使用的。在电力的负荷端，无功的容量严重不够使用的，会致使电流变大，增加了对电路线路的损耗和损失。跟着农村市场经济的不断发展，生活水平的不断提高，生活中ET照明灯、彩电、空调、电风扇等大功率电器也在不断的增加，致使农村电网无功容量严重的不够使用。如果不能及时的补偿这些无功容量，会对农村电路网络的正常运行带来不利的作用。

1.3负荷分布不均，装置的使用率不高。农村用电网络大多是普通的居民家居用电，负荷量较低，具有用电时间集中，季节性强的特征。所以为了最大程度的满足农村用电的需求，电路的装置必须要按照最大需求时的电量装备。这就使很多电线线路在很多时候都是空载的，配电变压器的利用率很低，载电量较少或者没有的时候很多，这样变压器本来就成了一个损耗的设备，致使电网的损耗率很大。

2控制措施

2.1对农村电网的规划，首先是直接解决“细脖”卡口和迂回供电问题，其次是解决好低负荷季节“大马拉小车”问题，应遵循以下原则：

①优化网架结构、降低线损；②保证经济、安全运行；③节约设备和材料，投资合理；④便于运行及维护检修；⑤有利于提高供电可靠性和电压质量。

2.2采用无功补偿装置5.1随着国家对光伏产业的支持力度进一步加大，光伏发电并网将迎来高峰期，大规模的光伏发电并网对东莞电网的影响与风险评价工作将全面展开。

5.2针对光伏发电并网对东莞电网的影响，必须尽快开展相关领域的研究工作，研究制定并网技术标准，运行规程，保障电网的稳定运行。

5.3在光伏并网发电的技术标准、法律法规还不完善的情况下，东莞供电局对并入东莞电网的光伏电站采取“用户侧并网，自发自“，只监视、不调度”的原则，光伏发电项目在设计阶段需要考虑光用”

伏电站的容量占峰值负荷的比例，防止电能向公共电网倒送。

农村电路网络改革的重要目的就是提升电压品质，减少电能的

损耗。在减少损耗、降低电路电压损耗，改良尾端电压品质的有效可

因为这种办法成本低、收行的办法就是安装配置无功补偿电容设备。

益快，而且使用后增加的损耗不大，使用养护起来都很简单，所以得到了大范围的推广使用。

①杆上无功补偿方式：配电网中大量的配电变压器要消耗大量的无功功率，因此，在10kv配电线路中并联电容器(安装在架空线路

进行无功补偿，以提高10kv配电网功率因数，是直接降损的杆塔上)，

升压的有效措施。

②在电源点集中补偿方式：补偿设备一般装置在配变处并联电

这容器使用静止补偿模式。主要目标是改进上面一段电线上的功率，

样用于补偿的设备大多装置在配变设备的操控箱里面，和配变低压侧负载的运行互不干扰。因为农村的十千伏线路比较长，而这种补偿对减少十千伏电路的损耗能够起到很好的影响。

③在负载点集中补偿：可以使用并线组合形式的电容器在三百八十或者二百二十伏电压的动力负载出进行补充，一般使用微机控制的低压并联电容器柜，依据居民用电超荷的波状纹，电容器进行自动的追踪补充。这样做是为了实现无功能就地平衡，同时也大幅度的降低的损耗的程度，也提高了居民的用电电压质量。上述的几种补充

负荷程度、方式在不同情况下的作用是不同的，必须依据电线长短、

开启次数等条件下进行使用。

2.3调整变压器

因为农村电网分季节性和时间性，所以变压器在用电最多时会满载或者超载，在淡季时会轻载或者空载，在轻载或者空载时，配变变压设备损耗中固定损耗占的比重较多，所以要合理优化资源配置，预防大材小用的状态。可以使用大小变压器并联或者解列组合，或者根绝实际用电情况更换变压设备的大小。当用电高峰期时，可以使用大小两台变压设备同时运行；用电量比较大时用一台大的变压设备，其余用电低谷时间用小的变压设备，虽然这种措施会加大了变压设备的投资成本，但是能够有效的节约电能，详细的实施办法还要根据实地考察后再确定合理的变压设备的大小。

3结束语

降低农村电网的技术损耗，是县(市)电力企业不可忽视的问题，它是电力企业增加经济效益的一个途径。针对各地农村的具体情况，合理选择与综合利用电网改造和新建工程之机，及时消除供电卡口现象，规划设置无功补偿、对季节性强的负荷，尽可能采用“母子变”或调容变配置，适时调整变压器运行方式，将能有效降低农村电网的线损和改善电压质量，实现电力企业又好又省地供电。

参考文献

[l]刘志凌．改善农网电压质量的措施[J]．大众用电，2005．

[2]骆学锋．浅谈改善农村低压电网电压质量的途径[J]．农村电工，2000．[3]李志新．对提高农网电压质量的探讨[J]．农村电气化，1997．

[4]王新学．降低电力网电能损耗的措施．电力网及电力系统(第二版)，水利水电出版社．

参考文献

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[2]催容强,赵春江,吴达成.并网型太阳能光伏发电系统[M].北京：化学工业出版社.2007,7:10-12

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2008，32（20）：1-4，31.动化，

科技前沿光伏发电并网及电能计量问题探究

李杨

徐志艳

０７１０００）

（华北电力大学，河北保定

[摘要]本文主要介绍了光伏发电原理，并对分布式光伏发电系统并网可能产生的管理问题和电能双向计量问题进行了探讨。

[关键词]光伏发电；并网；电能计量

石化能源的发现和使用至今已有几百年的历史，随着近代工业的飞速发展，一次能源枯竭成为一个无法回避的问题。近年来国内外都积极发展新能源，核电、风电、太阳能、潮汐发电等，其中对于前两者的研究较为深入，而对于光伏太阳能尤其是分布式光伏发电研究较少。这里我仅对光伏发电的原理、并网带来的问题和电能的计量做一些探讨。

1光伏发电原理

光伏发电主要是利用光生伏打效应原理，一些特殊半导体物质受到太阳光照射后部分粒子吸收光子移动，产生电势能，将光能转化为电能。由此光伏系统中最重要的器件就是太阳能电池板，它决定了能量效率的高低。完整的光伏发电系统由以下部件组成：太阳能电池板、控制器、蓄电池、直流配电箱、交流配电箱。工作流程如图1，控制器控制整个系统的工作状态，并对蓄电池进行过充电、过放电保护，蓄电池的直流电能经逆变器变换成交流电能供给负荷或回馈电网。

2伏发电系统的并网

任何的发电系统并网都需要满足比较“苛刻”的条件：相序ABC三相逆时针旋转、频率50HZ、电压波形畸变率控制在很小的范围等。由于分布式光伏发电系统容量小及分散的特点，它不仅需要满足以上条件，还会有更多针对性的要求。

光伏发电系统并网主要有两种两种形式，集中式和分散式。集中式是指在那些阳光充裕的地区，可以集中的建立大容量的电站，直接向电网供电，自己不带负荷；分散式是相对于集中而言的，如居民太阳能发电，容量比较小，分布广泛，自己带有居民负荷。较之分散式发电由于其零散、面广难以维护的原因，集中式发电将成为主流趋势。

3光伏发电系统并网带来的问题３．１孤岛效应

孤岛效应是指发电装置接入公共电网以后，电网由于故障解列断电，而这个发电装置没有相应的检测手段，仍然向系统供电的现象。孤岛效应会对配电系统和用电设备产生不利影响：威胁电力维修人员安全，孤岛区域电压和频率的不稳定导致用电设备损坏，配电系统开关误动等等。鉴于孤岛效应的危害，一个安全可靠并网逆变装置，应当能够检测出孤岛效应并避免它所带来的危害。

３．２对继电保护的影响问题

配网中大量的机电保护装置早已存在，不可能为了新增的光伏发电分布式电源而做大量的改动，所以就存在对继电保护影响的问题。一个是当配网系统故障时，光伏电源的切除必须早于重合时间，否则会引起电弧的重燃，使重合闸不成功。一个是由于光伏电源功率注入电网，产生内汲电流，会使原来的继电器保护区间缩小，影响保护性能。

３．３谐波问题

由于光伏发电系统中重要的一个设备是逆变器，这种非线性原件将直流逆变出来的波形并非是理想的正弦波，其中有大量的毛刺，也即

含有大量的高次谐波，这些高次谐波流入电网会导致主要的危害有：使供电电源电压和电流波形畸变；增大负载和线路的电流，占用电源容量，使电网中的元件产生附加损耗，功率因素下降；谐波的负序特性容易事继电保护和自动装置等敏感元件误动等等。

３．４无功平衡和电压调整问题

光伏发电系统所发电能以直流形式储存，通过逆变器转换成交流电能，因而几乎为纯有功性质的，功率因素很高。为了降低网损，满足用户对无功负荷的需求，一般需要在配网中枢节点安装无功补偿设备。另外由于配网调度人员无法控制分布式电源的投入、退出和功率的流动，这使得电压的调整十分困难。

4光伏发电系统电能计量问题探究

分布式光伏发电系统特殊性在于它不是一个纯粹的电源，它自身带有居民负荷。当它的发电功率供给自身负荷后还有盈余，发电装置就向电网输送功率，对外显示发电特性；当它的发电功率不足以供给自身负荷时，还需从电网获取功率，对外显示用电特性。传统的电表无论是电磁式机械表还是如今的电子表都是采取具有一定防窃电功能的单向计量方式，对于具有电能双向流动特点的光伏发电装置，只记录电网提供的电能，不能记录给电网回馈的电能。这就引出了电能双向计量的问题，这里采取两个解决办法。

４．１两块电能表单向计量方式

在图2中，表1计量的是光伏发电系统向电网投送的电量；表2

计量的是居民从电网上取得并消耗的电量。这样就能够直观得解决电能计量的问题，可是因为用到了两块电能表，经济上可行度低。这样就引出了电能双向计量的问题。

图２两块电能表计量

４．２一块电能表双向计量方式

首先对有有功率的计算进行说明。设任意一个二端网络，它在任意时刻t吸收的瞬时功率等于该时刻端口电压与端口电流之积，即p（）t=u（）t×i（）t。设正弦稳态下端口电压为u=姨2Uin（ωt+u），端口电流为i=姨2Isin（ωt+）i，则有

p（）t=2Usin（ωt+u）×Isin（ωt+）i=UIcos（u－）i-UIcos（2ωt+u+）i由上式可知，瞬时功率包含两个分量。当电压电流幅值、相角稳定时，第一分量恒大于零或恒小于零表明它消耗或提供功率，这一分量是瞬时功率中的不可逆分量，称为有功分量；第二个分量按正弦周期性变化，时正时负，并且平均值为零，这一分量是瞬时功率中的可逆分量，称为无功分量。

有功功率又称为平均功率，定义为瞬时功率在一个周期内的平均值，记为P：

（下转第７１页）

TECHNOLOGYWIND61科技前沿2）范例教学。介绍研究方法以后，分发相应研究材料，以个人或小组为单位，按照要求与范例进行模拟研究。教师的角色是提供范例与学习指导，学生是学习的主导。主要目的在于促使学生在模拟研究中掌握各种具体的研究方法，如观察法、社会调查法、等量实验法等；

3）小组研究性学习。以2～5人的研究小组为单位，进行小组讨论、分工协作完成学习任务，学习“研究性学习”的步骤与方法。内容包括：确定选题、制定研究计划、收集研究资料、形成研究报告等等。教师的角色是小组的参与者与资料信息的提供者，学生自己选出的小组长负责研究进程的管理，学生是学习研究的主导。主要目的在于让学生体验学习角色的转变，了解与掌握基本的研究方法，体验小组协作学习，促进合作精神的形成。

4）课堂论辩会议。以大课的形式进行论辩，各小组将已经完成的各项研究计划或中期报告，在讲台上向全体学生汇报，然后，由学生自由提问答辩，从选题、研究方法的选择、资料的可靠性等各个方面，进行提问、分析、论辩。教师的角色是会议的主持者（相当于电视节目主持人，不过，教师还需要提供深层解释与在解释中教会学生思考的方法），每一位在台上的学生是课堂的主导，在台下的学生是积极的参与者。主要目的是让学生学会论文答辩的方式、方法，培养积极的参与意识合计性发言论辩的思考能力，以及在公共场合文明、坦诚的表达能力。

4.2.2丰富多彩的教学内容

教学内容的选择是每一位教师开设这门课的首要工作，因为没有相应的教科书，没有教学大纲，我们考虑到既不能脱离现阶段的分科教学，也不能将分科教学的内容搬到研究课中，学生选择课题时，先从问题开始，再从自己的感兴趣的问题出发。各研究组在登记时，要进行相应的归类，即看看属于哪一类问题，适合采用哪些方法。当然，不论研究什么问题，目标是相同的，即都要学会上问题到的教学目标。

4.2.3循序渐进的教学过程

全新的研究性教学需要安排好教学过程，我们从研究指导性课程入手。同时，引导学生学习课题选择与确定、制定课题研究计划、查阅课题相关资料、文献分析、数据初步统计等研究方法。

４．３课程的评价

课程的评价是达成其课程目标的重要步骤。评价方法注重过程性

参考文献［］［１］王岚，刘赞英，张艳红等．构建以研究为本的本科研究性教学模式［Ｊ］．江苏高教，２００７．［２］姚利民，康雯，史曼莉．大学实施研究性教学之策略［Ｊ］．当代教育论坛，２００８．［３］转引自眭依凡．大学：如何培养创新人才—兼谈美国著名大学的成功经验［Ｊ］．中国高等教育研究，２００６．评价，主要采用研究性报告与研究者自评、互评的形式。特别需要指出的是：学会评价也是综合研究性课程的教学目标。研究性报告与自评、互评的所有资料都采用研究性档案的形式，由学生自己保管，每学期举办一到两次展览，评价每一位学生的研究性档案，并作为最终总结性评价（等级制评价）的主要依据。

5研究性教学实施的构想５．１完善小班化教学

进一步完善小班化教学与研究活动的管理与指导。尽可能针对所有学生所选课题进行详细的指导，同时建立相应的课题管理机构，由研究小组与学校分别建立研究性课题档案。只有通过先进的课程理论学习、系统的教学方法训练，加之教员自身的科研实践和知识积累，才能把研究性教学组织好，真正达到培养学员创新能力、创新思维的教学目标。

５．２建立开放的研究与资料信息查询机构

适当开放实验室，建立相应的资料库。资料匮乏是讲授研究课最令人头疼的问题，许多问题理论可以讲清，但如果没有实证材料支持就缺乏科学性和说服力，建议学校尽快建立相应资料系统，除增加图书期刊等资料外，还可购买一些好的光盘、课件等，并应尽早实现电脑广泛上网，实现网络信息资源共享。

５．３建立健全课题指导的教师、顾问与管理人员的配套体系教育观念支配着教学行为。法国教育社会学家埃米尔·涂尔干曾指出：“教育的成功取决于教师，而教育的不成功也取决于教师。”开展研究性教学培养创新性人才，只有转变传统的人才观，才能发挥研究性教学应有的作用。多请有关专家、学者开设专题讲座，主持课题研究、评价或提供各种便利条件，这样，能够带来更好的学习效果和社会影响。

（上接第６１页）

P=1

T=1T）dτ乙p（τ

乙UIcos（－）

0T0

ui二进制码，而MATLAB中的乘法器是四位有符号数乘法器，因而需要将ADC输出的偏移二进制码转换成二进制补码后才能相乘。环境中的滤波器系数是浮点数的形式，补码与浮点数相乘是通过补码数移位，从

乙1-乙cos（2ωτ+2）dτiT

低通滤波器得到的二进制补码形式，将其最高符号位进行正负调整就能够实现补码与二进制码的转换。其中最高位为0，表示输出为正，最高位为1，表示输出为负。参数初始设置时将从电网汲取的功率电流设定为正、向电网回馈功率电流设定为负。数据最终进入积分器对时间进行积分获得电能，这样就实现了电量的双向计量。

5总结

分布式光伏发电并网引出了一系列问题，要很好地处理这些问题仍需要进一步的研究。对于电能的双向计量，应尽快实现计量模块成型投产。同时，电网公司应该出台相应的规范和鼓励，为光伏发电的推广创造条件。

参考文献［］［１］汪光裕．光伏发电与并网技术．中国电力出版社，２０１０．［２］石新春．电力电子技术．中国电力出版社，２００５．［３］梁贵书．电路理论基础．中国电力出版社，２００７．［４］黄宗霖．电工学的ＭＡＴＬＡＢ实践．国防工业出版社，２０１０．［５］陈隆道．工频信号取样方法分析．电测与仪表，１９９４．=UIcos（u－）i令θ=u－i，即电压超前电流的角度，则P=UIcosθ

上式表明，有功功率可以看成是瞬时功率的有功分量在一个周期内的平均值。

由此，可以通过低通滤波器获取瞬时功率的有功分量，即为“瞬时有功功率”，在时间上对“瞬时有功功率”进行积分得到电能。具体方式如图3。

图３瞬时有功功率的获取

用MATLAB环境模拟上图功能，一般从模数转换器输出的是偏移

TECHNOLOGYWIND71第３０卷第１期２０１３年２月

（）文章编号：１００７２３２２２０１３０１０００１０７－－－现　代　电　力

ＭｏｄｅｒｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ　　文献标识码：Ａ

Ｖｏｌ．３０　Ｎｏ．１

Ｆｅｂ．２０１３中图分类号：ＴＭ６１

光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望

艾　欣，韩晓男，孙英云

（）华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室，北京　１０２２０６

ＴｈｅＤｅｖｅｌｏｍｅｎｔＳｔａｔｕｓａｎｄＰｒｏｓｅｃｔｏｆＧｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　　　　　　－　ｐｐ

ａｎｄＩｔｓＲｅｌａｔｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｉｅｓＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ　　　　ｇ

，ＡＩＸｉｎ，ＨＡＮ　ＸｉａｏｎａｎＳＵＮ　Ｙｉｎｕｎ　ｇｙ

（ＳｔａｔｅＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｆｏｒＡｌｔｅｒｎａｔｅＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＰｏｗｅｒＳｓｔｅｍ　ｗｉｔｈＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒＳｏｕｒｃｅｓ　　　　　　　ｙｙｙｇｙ　　　

（），）ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔＢｅｉｉｎ１０２２０６，Ｃｈｉｎａ　　　　ｙｊｇ　

摘　要：介绍了光伏发电的优势及发展方向，着重阐述了国内外光伏发电技术的发展现状及前景。鉴于光伏发电出力的随机性和不连续性，最大功率点跟踪技术（ＭＰＰＴ）一直都是研究重点，随着光伏技术的发展，ＭＰＰＴ也为了满足新的要求而不断发展，一些改进方法应运而生，以提高系统稳定性并适应各种运行条件。光伏电站并入电网运行会对电网造成多方面影响，例如孤岛效应、谐波污染、无功补偿、电压闪变等问题，随着光伏电站容量的增大，上述问题更是迫切需要解决，本文总结了一些目前用于解决这些问题的方法。逆变器是光伏发电并网的关键技术，在这方面本文叙述了并网逆变器的功能，拓扑结构的发展、有待解决的问题以及大型光伏电站并网逆变器的发展趋势。

关键词：光伏发电；光伏并网；ＭＰＰＴ；孤岛效应；谐波污染；无功补偿；电压闪变；并网逆变器

：，ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｔｈｉｓａｅｒｔｈｅｒｉｎｃｉｌｅｏｆｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）　　　　　ｐｐｐｐｐ，ｏｗｅｒｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂｒｉｅｆｌｔｈｅａｄｖａｎｔａｅａｎｄ　　　　　　ｐｇｙｇ，ｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆＰＶａｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌ　　　　　　　　－ｐｏｍｅｎｔｓｔａｔｕｓａｎｄｔｈｅｏｆｒｏｓｅｃｔｓｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｅｎｅｒａｔｉｏｎ　　　　　　　ｐｐｐｐｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄａｒｅａｎｄ　－　　　　　ｇｇｙ　ｍａｉｎｌｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ．Ｄｕｅｔｏｔｈｅｒａｎｄｏｍｎｅｓｓａｎｄｄｉｓｃｏｎｔｉ　　　　　－ｙ　ｎｕｉｔｏｆｔｈｅｏｕｔｕｔｏｆｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｍａｘｉｍｕｍ　　　　　ｙｐｐｇ　ｏｗｅｒｔｒａｃｋｉｎＭＰＰＴ）ｈａｓａｌｗａｓｂｅｅｎｔｈｅｈｏｔｔｏｏｉｎｔ　　　　　　　－ｐｇ（ｙｐｐ，ｔｉｃ．Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｏｆｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｏ　　　　　ｐｐｇｙ，ｓｍｅｅｔｎｅｗｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｍｅｉｍｒｏｖｅｄＭＰＰＴ　ｍｅｔｈｏｄｓ　　　　ｑｐ，ｈａｖｅｂｅｅｎｒｅｓｅｎｔｅｄｗｈｉｃｈｃａｎｎｏｔｏｎｌｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｓｓｔｅｍ　　　　　　　ｐｙｙ　，ｂｕｔａｌｓｏｂｅａｌｉｅｄｔｏｎｕｍｅｒｏｕｓｏｅｒａｔｉｎｃｏｎｄｉｓｔａｂｉｌｉｔ　　　　　　－ｐｐｐｇｙ　ｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｌａｎｔｗｉｌｌｈａｖｅｉｍ－　－　　　　　ｇｐｐ，，ａｃｔｏｎｔｈｅｏｗｅｒｒｉｄｓｕｃｈａｓｔｈｅｉｓｌａｎｄｉｎｅｆｆｅｃｔｔｈｅ　　　　　　　ｐｐｇｇ　

ｒｏｂｌｅｍｏｆｈａｒｍｏｎｉｃｒｅａｃｔｉｖｅｃｏｍｅｎｓａｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｏｗｅｒ　　　　　－ｐｐｐｐｔｉｏｎａｎｄｖｏｌｔａｅｆｌｉｃｋｅｒ．Ｗｉｔｈｔｈｅｃａａｃｉｔｉｎｃｒｅａｓｉｎｏｆ　　　　　ｇｐｙｇ　　，ｔｈｅａｂｏｖｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｎｅｅｄｔｏｂｅｓｏｌｖｅｄｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｌａｎｔｓ　　　　　　　ｐｐ

，ｕｒｅｎｔｌｓｏｓｏｍｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｃｏｎｃｌｕｄｅｄ．　　　　　ｇｙｉｎｖｅｒｔｅｒｉｓｔｈｅｋｅｔｅｃｈｎｏｌｏｏｆｃｏｎｎｅｃｔｅｄＰＶｓｓＴｈｅｒｉｄ　　　　　－　　－ｙｇｙｙｇ　　，ｔｅｍ．Ｉｎｔｈｉｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅａｅｒ　　　　　　　ｑｐｐ，ｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｎｄｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆ－　　　　　　ｇ

，ｉｔｓｔｏｏｌｏｓｏｍｅｉｓｓｕｅｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｌａｒｅ　　　　　　　－ｐｇｙｐｇｓｃａｌｅｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄＰＶｌａｎｔａｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　－　　　　　ｇｐ

：ｐ；ｇＫｅｗｏｒｄｓＰＶ）ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ｒｉｄｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ－　ｙｐ　；Ｍ；ｈ；ｒＰＰＴ；ｉｓｌａｎｄｉｎｅｆｆｅｃｔａｒｍｏｎｉｃｅａｃｔｉｖｅｌａｎｔｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｇｐｐ　

；；ｏｗｅｒｃｏｍｅｎｓａｔｉｏｎｖｏｌｔａｅｆｌｉｃｋｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｒｉｄ　　－　ｐｐｇｇ

０　引　言

世界范围内三大化石能源的储量正在日趋枯竭，能源危机已经成为人类面临的最大挑战。因此，为了保证人类生态环境，同时又减少大气污染，维持能源的长期稳定供应，各国都在大力发展可再生能源，与水电、风电、核电等相比，太阳能发电拥有无噪音、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点。另外，丰富的太阳辐射能，是取之不尽用之不竭的廉价能源。太阳能每秒钟到达地球的能量高达８０万ｋＷ，如果把地球表面的０．１％的太阳能转化为电能，且转化率为５％，那么每年发电量可达

１２

，相当于目前全球能耗的４５．６×１０ｋＷｈ０倍。

经过多年的研究，光伏发电已经成为较为成熟

的一项新能源技术，其中光伏电站的大型化和并网化已经成为今后的发展方向及研究重点。并网光伏系统指的是光伏发电系统与常规电网相联，一起承

１］

。随着光伏技术的不断发展，光伏担供电的任务［

基金项目：国家高技术研究发展计划“８６３”课题（）２０１１ＡＡ０５Ａ３０１

（）：：现代电力，２０１３，３０１ｔｔｄｄｌ．ｎｃｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎａｉｌｘｄｄｌｉ．１６３．ｃｏｍ　ｈ∥ｘ　Ｅ－ｍ＠ｖｐｐｐ

２

电能已经渐渐由补充能源向替代能源过渡。

现　代　电　力

１．２　国外

０１３年　　　２

１　光伏发电国内外发展现状与前景

１．１　国内

自１９８５年起，我国就进行光伏器件的研究，并且在２０世纪７０年代的时候制造出空间光伏电源，到了８０年代，我国还渐渐引进了美国单硅太

２］

。经过多年的阳能电池以及非晶体硅太阳能电池［

在全球，光伏产业一直处于发展迅速的状态，１９９６年到２００６年这１０年里，太阳电池及组件生

产的年平均增长率高达３３％，早已经成为现如今发展最迅速的高新技术产业之一。２００４年世界光伏电池及组件产量已达到１２００ＭＷ，这其中日本　生产量为６１０ＭＷ，超过５０．８％；欧洲３２０ＭＷ，占据２６．７％；美国１３５ＭＷ，占据１１．２５％；其他

［］国家总产量为１３５ＭＷ，占据１１．２５％２。随着技

努力，光伏在我国已经迎来了快速发展的阶段，在发展方面，“金太阳工程”的实施使得光伏产业得到了极大的支持。据统计，截至到１９９７年，我装各类光伏系统的总量（其中包括进口系统）已达到１１ＭＷ，并且还先后建立了２０ｋＷ以上光伏电站７座，其中１９９８年在安多县海拔４５００ｍ　处，我国建成的１００ｋＷ光伏电站，还成为世界上

２］

。２最高的光伏电站［０１０年１月１６日，采用阳光

术的发展，并网发电在光伏市场中的份额逐渐开始增加并慢慢占据主导地位，并网光伏系统在太阳能发电中的比例不断变大，光伏发电已经开始逐渐从

５］

。２偏远地区的特殊用电向城市的生活用电过渡［１

世纪以来，全球太阳能光伏并网发电年度并网容量增长４４．１倍，从２０００年的１８７ＭＷ递增至２００８年得１２．９５ＧＷ，年增长率达６０．９９％，同比２００７年增长了７２．６７％。全球太阳能光伏并网发电并网累计总量增长１０．５倍，从２０００年的１．４３５ＧＷ增长至２００８年的１６．４ＧＷ，年增长率３５．６％，同比２００７年增长６０．７８％，据统计，到了２０１０年，全

［］

球累计并网接近３０ＧＷ７。

在欧洲，２０１０年左右，欧盟安装的太阳能光伏容量已经达到３ＧＷ，预计到２０２０年，太阳电池组件的年产量将达到５４ＧＷ。

在世界各国中，日本由于资源紧缺，很早便重视发展光伏发电，并且从１９９９年起太阳电池组件的生产就超过了美国而居世界第一位，在其提出的“面向２０３０光伏路线图的概述”中还明确指出，到２０３０年，全国累计安装太阳电池组件容量要达到

［］

１０００ＧＷ８。　

在美国，１９９９年前，其太阳能光伏研究与发展一直处于世界第一，但随后因为种种原因，渐渐落后于日本及欧洲。２００４年９月，美国提出了“我们太阳电力的未来：２０３０及更久远的美国光伏，明确要恢复美国在光伏领域上领先工业线路图”

地位的目标，增加科研投入，于是在那之后，美装太阳电池组件的增长率每年大概都在３０％以上，同时美国预计，到２０２０年时累计安装太阳能电池组件容量将达到３６ＧＷ，平均每年安装７．２ＧＷ，到２０３０年累计安装太阳电池组件容量将达到

［］

２００ＧＷ，太阳能发电总量将高达３６９９亿ｋＷｈ８。　

全世界光伏技术的飞速发展，具体表现在以下几个方面：①累计安装太阳电池组件容量增加；②

电源大型并网逆变器的３个大型光伏电站并网发电仪式在宁夏吴忠市太阳山集中举行，这是当时国内光伏电站最大规模的一次性并网，这次成功并网为我国荒漠光伏电站的推广应用起到了良好的示范和借鉴作用，在中国新能源行业和低碳经济领域具有重要意义

［３］

。另外值得一提的是，在２０１０年的上

海世博会上，由合肥阳光电源有限公司承建的世博——主题馆、中国馆的大型光伏发电系会主体工程—

统并网发电取得成功，为举世瞩目的上海世博会提供了清洁绿色的电力

［４］

。

［５］

在我国，７６％的国土光照充沛

２

［６］

，全年辐射总

／量为９１７～２３３３ｋＷｈｍ，理论总储量为１４７×　

８　

／ＧＷｈａ，光能资源分布较为均匀，资源优势１０

得天独厚，所以光伏发电应用前景十分广阔。我国

能源供应中占主导地位的煤，其消耗量相当之大，同时也带来了众多严峻的环境问题，从环境和能源双重考虑，我国已经着手计划并采取有效的措施以发展可再生能源技术。根据２００７年我国制定的《可再生能源中长期发展规划》可知，到２０２０年太阳能发电总容量将达１８０万ｋＷ，并且按照有

［］关专家的预测，这一数字有望达到１０００万ｋＷ６。　

从市场方面考虑，我国仍有许多地区处于缺电甚至无电的状态，人民急需生活用电，再加上我国的经济迅速发展，为光伏市场提供了更好的发展空间，可以预测并网型光伏电站很快就会进入市场，一定会为提升人民生活质量做出巨大的贡献。

（）：：现代电力，２０１３，３０１ｔｔｄｄｌ．ｎｃｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎａｉｌｘｄｄｌｉ．１６３．ｃｏｍ　ｈ∥ｘ　Ｅ－ｍ＠ｖｐｐｐ

第１期艾　欣等：光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望

３

太阳电池组件的价钱不断降低；③太阳电池组件的寿命不断增长；④硅材料的消耗降低；⑤屋顶并网光伏系统增多；⑥发电成本降低，电价降低；⑦大型光伏电站越来越多。

２　光伏发电最大功率点跟踪技术发展

现状

　　光伏发电最大的特点就是其输出的随机性、不连续性和不确定性，而且光伏输出还与其影响因子呈现非线性的关系。太阳辐照度和周围的环境温度都是人们所无法控制的，而这两点却恰恰是影响光伏发电输出的关键，随着辐照度和温度的改变，光伏阵列的输出端电压随之改变，从而光伏阵列的输出功率也将改变。所以，光伏发电的最大功率点跟踪（成为了ＭａｘｉｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎＭＰＰＴ）　　　ｇ　研究重点，ＭＰＰＴ的目的是使光伏阵列在辐照度和温度改变时仍能获得最大功率输出，并且还要求

［］ＭＰＰＴ具有快速性、准确性和稳定性９。

图１　不同辐照度下光伏列阵的Ｐ－Ｖ特性

动，光伏输出功率不能稳定在最大功率点上，而是在其附近震荡。

ＭＰＰＴ算法可以分为自寻优法和非自寻优法两大类，自寻优法包括爬山法、扰动观测法、电导增量法、恒定电压法、短路电流法、寄生电容法等；

１０］

。相比之下，而非自寻优法主要是曲线拟合法［

图２　扰动观测法示意图

自寻优法应用更为广泛，每种方法各有优缺点。以下是几种常见ＭＰＰＴ的工作原理。２．１　恒定电压法

相对于温度变化对光伏阵列输出功率引起变化，辐照度的变化对光伏阵列输出功率的影响更加明显，而经过研究得出结论，不同辐照度下最大功率点对应的输出电压变化量不是很大

［１０］

２．３　导纳增量法

由光伏阵列的Ｐ－Ｖ特性曲线可知，存在唯一的最大功率点，并且在最大功率点处，功率对电压的导数为零。因此，有

Ｐ＝ＶＩｄＰｄＩ＝Ｉ＋Ｖ＝０ｄＶｄＶｄＩＩ＝－ｄＶＶ（）１（）２（）３

（如图１所

。因此可以粗略认为最大输出功率对应某个恒示）

定的电压，就是说可以把ＭＰＰＴ控制简化当作稳

１１］

。此方法的优点是控制起来简单，比较压控制［

容易实现，但是由于其忽略了温度对光伏出力的影响，所以精度并不是很高。２．２　扰动观测法

在光伏阵列正常运行时，通过不断加以微小的电压波动来扰动光伏阵列的输出电压，在端电压变化的同时检测输出功率变化的方向，就能确定寻优

１０］

（方向，从而决定下一步电压参考值的大小［如图

　　因此，当输出电导的变化量等于输出电导的负

值时，光伏阵列工作点即为最大功率点，这就是所

１２］

。此方法有极高的准确性，而谓的导纳增量法［

且当环境快速变化时仍能具有很好的跟踪性。但是相比之下导纳增量法实现起来也较为复杂，对微处理器的要求也是比较高的。２．４　小结

早期的光伏系统大多采用恒定电压控制法，因为该方法简单易行，且基本能跟踪最大功率点，但随着电力电子及控制技术的发展，恒压法的简单性

１３］

。与其造成的能量损失相比已经变得很不合理［

。此方法较恒定电压法精度更高，而且被２所示）

测参数少，易于实现。但是此方法不适合环境快速变化的时候使用，而且由于不断的人为加入的扰

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４

现　代　电　力

波电流的检测与补偿。

表１　电流谐波限值

奇次谐波次数３～９　１１～１５　１７～２１　２３～３３　３３以上电流畸变限值／％４．０２．０１．５０．６０．３偶次谐波次数２～１０　１２～１６　１８～２２　２４～３４　３６以上０１３年　　　２

因此新的控制方法应运而生，例如文献［１０］经仿

真对比后得出结论，大容量并网型光伏发电系统的］中采ＭＰＰＴ通常会选择扰动观测法。而文献［１３用了具有优良跟踪性能的导纳增量法来实现单级光伏并网的ＭＰＰＴ。

随着在这方面的研究不断加深，一些基于上述自寻优算法的改进算法也随之产生，例如文献［］中提出了一种基于电导增量法的改进算法，１４

从而能改善最大功率点附近的振荡现象，提高光伏电池的发电效率。文献［１５］又提出了一种基于扰动观测法的改进算法，可以区分是由扰动自身引起的输出功率变化还是由于辐照度变化引起的输出功率变化，改进后的算法在辐照度突然变化的情况下仍可以进行准确的追踪。

电流畸变限值／％１．００．５０．３７５０．１５０．０７５３．３　无功补偿问题

光伏并网逆变器存在一定的无功消耗，所以应配备一定的无功补偿装置以具备无功调节能力，来保证电站功率因数和高压侧母线电压保持在合理的

６］

。特别是对于功率因数比较高（不小于范围内［

３　光伏并网对电网的影响及解决方案

在众多需要研究的问题中，大规模光伏并网发电系统将对电网会产生的影响是迫切需要回答的问题。３．１　孤岛效应

当系统供电因事故、故障或者停电维修而停止时，各用户端的光伏并网发电系统有可能与周围的负荷构成一个电力公司没办法掌握的自供给供电孤岛，这给检测人员带来危险，即所谓的孤岛效

１６］

。孤岛效应会对整个电网造成许多危害，文应［

）的光伏并网发电系统，更需要进行有效的无０．９８

功补偿，从而实现无功的分层分区以及就地平衡，以减少光伏发电接入时对电压的影响，另外还可以降低线损，保证逆变器的正常运行，例如，光伏发电系统以１０ｋＶ电压等级接入系统，则１０ｋＶ侧的功率因数在０．８５～０．９８范围内，通常应按装机容

［２］

。为了检测无功电量的６０％配置无功补偿装置２

］和［流并进行补偿，文献［１９２３］阐述了一种基

于瞬时无功功率理论的无功电流检测方法，并可以和谐波电流的检测相结合，将两者的检测值相加后作为补偿电流参考值，同时完成对无功补偿和谐波抑制两项功能。３．４　电压闪变

电压闪变是电能质量的重要指标之一，辐照度恒定时比变化时对电网电压闪变的影响较小；辐照度越大，光伏阵列输出功率越大，对电网电压闪变的影响越大；辐照度变化程度越大，输出功率的波

２４］

。动越大，从而对电网电压闪变的影响越大［

］详细阐述了在孤岛运行中并网光伏逆变器献［１７

的运行状态。为了防止孤岛危害的出现，防孤岛保护必不可少，主动式和被动式保护各有优缺点，因此光伏系统里应设置至少各一种防孤岛效应保护，当电网失压时，要求防孤岛效应保护应在２ｓ内动

６］

。作，断开与电网的连接［

３．２　谐波污染

在光伏并网过程中运用了大量的电力电子设／备，特别是ＤＣＡＣ逆变器，会产生大量谐波，并

网运行时，向公共并网点注入的谐波电流应满足

［］

／ＧＢＴ１４５４９－１９９３的规定６，来自文献［１８］的表１详细阐述了各次谐波的电流畸变限值。文献

４　并网逆变器

在光伏发电并网中，并网逆变器的设计是核心内容和关键技术。研究逆变器的结构以及控制方法，是为了提高系统的发电效率，同时降低发电成本。光伏并网逆变器与其他的逆变器有很多不同的地方，它的作用不仅是将光伏电池阵列输出的直流电转换为交流电，还应该可以对频率、电压、电电压波动、高次谐波）流、有功及无功、电能质量（

［］和［］都提出采用一种基于ｐ－１９２０ｑ运算方式

的谐波电流实时检测，从而获得补偿谐波电流的参考值，并利用基于电流无差拍控制的ＰＷＭ方法进］也提出了一种用于两行谐波电流补偿。文献［２１

级光伏系统中的四桥逆变器，利用ＰＷＭ控制及由电压外环和电流内环组成的双环控制系统来完成谐

（）：：现代电力，２０１３，３０１ｔｔｄｄｌ．ｎｃｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎａｉｌｘｄｄｌｉ．１６３．ｃｏｍ　ｈ∥ｘ　Ｅ－ｍ＠ｖｐｐｐ

第１期

１］

。等进行控制［

艾　欣等：光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望

５

９２５

４．１　光伏发电系统对逆变器的要求１１

［，，］

①可自动开关。根据从一天的光伏辐照度，尽量发挥光伏电池方阵输出功率的潜力，并期在此范围内可以自动开启和停止。

的控制。ＭＰＰＴ）②能实现最大功率点跟踪（

当光伏阵列的表面温度以及光伏辐照度发生任意的改变时，阵列仍可以在控制下保持在最大功率输出的工作状态下，从而提高太阳电池的转换效率。③满足电网电能质量的要求。为了避免光伏发电并网系统对公共电网的污染，逆变器应输出失真度小的正弦波，影响波形失真度的重要因素之一是逆变器的开关频率，可以采用高速ＤＳＰ等新型处理器来提高开关频率。另外，根据系统容量大小要适当选择功率元件，小容量低压系统适合采用功，高压大容量系统适合采率场效应管（ＭＯＳＦＥＴ），而特大容量系统更用绝缘栅双极晶体管（ＩＧＢＴ）。适合采用可关断晶闸管（ＧＴＯ）

ＥＥＥ④要具备防止孤岛运行的功能。根据Ｉ２０００９２９和ＵＬ１７４１标准，光伏并网逆变器需要具－备防孤岛运行的功能，其关键在于对电网断电情况的快速检测，特别是当负荷电力与逆变器输出电力接近或相同，难以察觉停电事故时，更应该做出准确检测，以免造成工作人员的生命安全问题。⑤技术方面的要求。在技术上要求逆变器具有更大的单体容量、更高的电压等级，利用有功与无功实现解耦控制，具有更强的抗干扰能力，具备符合智能电网标准的网源互动技术。４．２　逆变器拓扑结构的发展

早期出现的光伏并网逆变器都是单级拓扑机（）、（构，如图３所示，随后光伏逆变器由单级ａｂ）

向多级发展。根据逆变器回路不同，图３中的逆变器拓扑可以根据有无变压器分为无变压器结构、电网频率变压器绝缘结构以及高频变压器绝缘结构。

电网频率变压器绝缘拓扑结构，利用脉宽调制（控制使得逆变器产生与电网频率相同的交ＰＷＭ）

流，并采用变压器进行绝缘和升压。此结构具有良好的抗雷击以及消除尖波的性能，但是由于采用了电网频率变压器，因此整个系统比较沉重。而对于高频变压器绝缘结构，其优点是体积相对来说较小、质量轻，但是回路较为复杂。无变压器光伏系统，虽然体积小、质量轻、成本也较低、可靠性比

图３　并网逆变器拓扑图

较高，但与电网之间没有绝缘。另外，后两种拓扑

１］

。无变压器结构均具有检测直流电流输出的能力［

方式的逆变器经过近年来的改进发展，因其效率高等优点得到了广泛的应用。例如文献［２６］中就提

出了一种改进的无变压器逆变器，可以承受同全桥逆变器一样的低输入电压，并保证不产生共模泄露电流，再加上应用ＳＰＷＭ技术，使得效率提高，输出电流的谐波含量也大大减少了。

随着并网逆变器由单级向多级发展，电能转换级数也随之增加，但是单级结构具有结构简单、损耗少、易控制等优点，因此为了结合两者的优点，逆变器发展出集中型、串级型、模块集成型等结构。但这种结合就需要一种多台逆变器的统一控制，从而提高整个系统的效率。特别地，针对大容量光伏并网系统，怎样更好抑制低功率时的电流谐波？怎样解决多台逆变器同时并网时电流谐波的叠加问题？如何在电网电压谐波大时，仍旧保证较的低电流谐波？这些都是迫切需要解决的技术性问

９］

。另外，随着光伏电站容量的增加，大型光伏题［

电站并网时系统结构和控制策略也变得更加复杂，有些之前可以忽略的地方变成了必须要解决的问题，所以对并网逆变器的要求也随之增加，设计多模式逆变器控制变得十分有必要。

５　结　论

本文研究大型光伏发电及其并网技术的现状，结论如下：

①最大功率点跟踪技术方面：由于光伏发电最主要的出力特性为随机性，并且受环境条件影响

（）：：现代电力，２０１３，３０１ｔｔｄｄｌ．ｎｃｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎａｉｌｘｄｄｌｉ．１６３．ｃｏｍ　ｈ∥ｘ　Ｅ－ｍ＠ｖｐｐｐ

６

现　代　电　力０１３年　　　２

］（）：１响综述［Ｊ．电力电子，２０１０３６３．　２

很大，所以最大功率点跟踪技术成为研究重点，一些基于传统方法上的改进方法不断研究成功，大大改善了精确度和动态响应的快速性，以后还会有更多的先进方法产生，以提高光伏发电的效率。②光伏发电并网技术方面：光伏并网发电受

技术、投资等起步较晚，但光伏发电的并网化和大型化无疑是将来的主要发展趋势。大规模光伏电站发电作为一种先进的新能源发电方式，当其接入电网时会产生谐波、电压波动等多方面的负面影响，随着光伏发电容量的不断增大，许多之前可以忽略的问题变成必须要考虑的因素。目前已经有多种解决这些问题的控制手段和保护措施，甚至在逆变器的设计方面也已经加入了相应的控制器。③并网逆变器及其控制方面：逆变器是光伏发电并网系统中的核心和关键，合理地设计并改进逆变器的结构和控制方法可以有效地提升系统效率。随着技术的发展，逆变器由单级拓扑结构发展为多级拓扑结构，目前还出现了许多结合单级和多级的优点而产生的拓扑结构。虽然上述改进可以提高光伏系统的效率，但由此也带来一些关于多个逆变器统一控制的问题，还有如何处理多个逆变器产生的谐波的叠加问题等，这些都有待在今后的研究中解决。

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［］　Ｔ３１ｅｃｈｎｉｃａｌＧｕｉｄｅｌｉｎｅｅｎｅｒａｔｉｎＰｌａｎｔｓＣｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏ　－Ｇ　　ｇ　

ｔｈｅＭｅｄｉｕｍ－ＶｏｌｔａｅＮｅｔｗｏｒｋ［Ｃ］．Ｂｕｎｄｅｓｖｅｒｂａｎｄ　　ｇ，ｄｅｒＥｎｅｒｉｅｕｎｄ　Ｗａｓｓｅｒｗｉｒｔｓｃｈａｆｔｅ．Ｖ．（ＢＤＥＷ）　－　ｇ，ＢｅｒｌｉｎＪｕｎｅ２００８．　

［］　Ｒ３２ｏｄｒｉｕｅｚＣ，ＡｍａｒａｔｕｎａＪ．Ｄｎａｍｉｃｓｔａｂｉｌｉｔｏｆ　　　ｇｇｙｙ　

ｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄＰＶＳｓｔｅｍｓ［Ｃ］．ＩＥＥＥＰｏｗｅｒＥｎｉ－　　　　－ｇｙｇ，ｎｅｅｒｉｎＳｏｃｉｅｔＧｅｎｅｒａｌＭｅｅｔｉｎＪｕｎｅ１０，２００４．　　ｇｙｇ　　

［］　Ｍ３３ａｕｅｅｄＦ．Ａ，ＳａｎｎｉｎｏＡ，ＳｖｅｎｓｓｏｎＪ．Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　　　ｇ

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ａｎｃｅｄｖｏｌｔａｅｄｉｓ［Ｃ］．ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＳｅｃｉａｌ　　　　－ｇｐｐ，ｉｓｔｓＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ２００４．　

［］　Ｗ３４ａｎＬ，ＬｉｎＴＣ．ＤｎａｍｉｃＳｔａｂｉｌｉｔａｎｄＴｒａｎｓｉｅｎｔ　　　　ｇｙｙ　　

ＲｅｓｏｎｓｅｓｏｆＭｕｌｔｉｌｅＧｒｉｄｏｎｎｅｃｔｅｄＰＶＳｓｔｅｍｓ　　　－Ｃ　　ｐｐｙ［Ｃ］．ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄ　　　　，Ｅｘｏｓｉｔｉｏｎ２００８．ｐ

［］　Ｐ３５ｏＧＣ，ＫａｎＨ　Ｗ，ＭｏｏｎＳＩ．Ａ　ＮｅｗＯｅｒａｔｉｏｎ　　　　　ｙｇｐ　

ＭｅｔｈｏｄｆｏｒＧｒｉｄｏｎｎｅｃｔｅｄＰＶＳｓｔｅｍＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎ　　－Ｃ　　　ｙｇＶｏｌｔａｅＲｅｕｌａｔｉｏｎｉｎＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＳｓｔｅｍ［Ｃ］．　　　　ｇｙｇＰｏｗｅｒａｎｄＥｎｅｒＳｏｃｉｅｔＧｅｎｅｒａｌＭｅｅｔｉｎｏｎｖｅｒ　　　－Ｃ－ｇｙｙｇ　　ｓｉｏｎａｎｄＤｅｌｉｖｅｒｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｅｒｉｎｔｈｅ２１ｓｔ　　　　　　ｙｇｙ　　，Ｃｅｎｔｕｒ２００８．ｙ

［］　Ｄ３６ｅＳｏｕｚａＫＣＡ，ｄｏｓＳａｎｔｏｓＷ　Ｍ，ＭａｒｔｉｎｓＤＣ．　　　　　　　　

收稿日期：２０１２０５０９－－作者简介：

，男，博士生导师，教授，研究方向为电艾　欣（１９６４－）力系统分析运行与控制、微网及智能电网；

，女，硕士研究生，研究方向为新能源发韩晓男（１９８８－）电、智能电网、电力系统分析与控制。

（责任编辑：杨秋霞）

（）：：现代电力，２０１３，３０１ｔｔｄｄｌ．ｎｃｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎａｉｌｘｄｄｌｉ．１６３．ｃｏｍ　ｈ∥ｘ　Ｅ－ｍ＠ｖｐｐｐ

第３０卷第１期２０１３年２月

（）文章编号：１００７２３２２２０１３０１０００１０７－－－现　代　电　力

ＭｏｄｅｒｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ　　文献标识码：Ａ

Ｖｏｌ．３０　Ｎｏ．１

Ｆｅｂ．２０１３中图分类号：ＴＭ６１

光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望

艾　欣，韩晓男，孙英云

（）华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室，北京　１０２２０６

ＴｈｅＤｅｖｅｌｏｍｅｎｔＳｔａｔｕｓａｎｄＰｒｏｓｅｃｔｏｆＧｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ　　　　　　－　ｐｐ

ａｎｄＩｔｓＲｅｌａｔｅｄＴｅｃｈｎｏｌｏｉｅｓＧｅｎｅｒａｔｉｏｎ　　　　ｇ

，ＡＩＸｉｎ，ＨＡＮ　ＸｉａｏｎａｎＳＵＮ　Ｙｉｎｕｎ　ｇｙ

（ＳｔａｔｅＫｅＬａｂｏｒａｔｏｒｆｏｒＡｌｔｅｒｎａｔｅＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＰｏｗｅｒＳｓｔｅｍ　ｗｉｔｈＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒＳｏｕｒｃｅｓ　　　　　　　ｙｙｙｇｙ　　　

（），）ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔＢｅｉｉｎ１０２２０６，Ｃｈｉｎａ　　　　ｙｊｇ　

摘　要：介绍了光伏发电的优势及发展方向，着重阐述了国内外光伏发电技术的发展现状及前景。鉴于光伏发电出力的随机性和不连续性，最大功率点跟踪技术（ＭＰＰＴ）一直都是研究重点，随着光伏技术的发展，ＭＰＰＴ也为了满足新的要求而不断发展，一些改进方法应运而生，以提高系统稳定性并适应各种运行条件。光伏电站并入电网运行会对电网造成多方面影响，例如孤岛效应、谐波污染、无功补偿、电压闪变等问题，随着光伏电站容量的增大，上述问题更是迫切需要解决，本文总结了一些目前用于解决这些问题的方法。逆变器是光伏发电并网的关键技术，在这方面本文叙述了并网逆变器的功能，拓扑结构的发展、有待解决的问题以及大型光伏电站并网逆变器的发展趋势。

关键词：光伏发电；光伏并网；ＭＰＰＴ；孤岛效应；谐波污染；无功补偿；电压闪变；并网逆变器

：，ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｔｈｉｓａｅｒｔｈｅｒｉｎｃｉｌｅｏｆｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）　　　　　ｐｐｐｐｐ，ｏｗｅｒｅｎｅｒａｔｉｏｎｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｂｒｉｅｆｌｔｈｅａｄｖａｎｔａｅａｎｄ　　　　　　ｐｇｙｇ，ｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆＰＶａｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌ　　　　　　　　－ｐｏｍｅｎｔｓｔａｔｕｓａｎｄｔｈｅｏｆｒｏｓｅｃｔｓｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｅｎｅｒａｔｉｏｎ　　　　　　　ｐｐｐｐｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄａｒｅａｎｄ　－　　　　　ｇｇｙ　ｍａｉｎｌｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ．Ｄｕｅｔｏｔｈｅｒａｎｄｏｍｎｅｓｓａｎｄｄｉｓｃｏｎｔｉ　　　　　－ｙ　ｎｕｉｔｏｆｔｈｅｏｕｔｕｔｏｆｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｍａｘｉｍｕｍ　　　　　ｙｐｐｇ　ｏｗｅｒｔｒａｃｋｉｎＭＰＰＴ）ｈａｓａｌｗａｓｂｅｅｎｔｈｅｈｏｔｔｏｏｉｎｔ　　　　　　　－ｐｇ（ｙｐｐ，ｔｉｃ．Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｏｆｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｏ　　　　　ｐｐｇｙ，ｓｍｅｅｔｎｅｗｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｍｅｉｍｒｏｖｅｄＭＰＰＴ　ｍｅｔｈｏｄｓ　　　　ｑｐ，ｈａｖｅｂｅｅｎｒｅｓｅｎｔｅｄｗｈｉｃｈｃａｎｎｏｔｏｎｌｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｓｓｔｅｍ　　　　　　　ｐｙｙ　，ｂｕｔａｌｓｏｂｅａｌｉｅｄｔｏｎｕｍｅｒｏｕｓｏｅｒａｔｉｎｃｏｎｄｉｓｔａｂｉｌｉｔ　　　　　　－ｐｐｐｇｙ　ｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｌａｎｔｗｉｌｌｈａｖｅｉｍ－　－　　　　　ｇｐｐ，，ａｃｔｏｎｔｈｅｏｗｅｒｒｉｄｓｕｃｈａｓｔｈｅｉｓｌａｎｄｉｎｅｆｆｅｃｔｔｈｅ　　　　　　　ｐｐｇｇ　

ｒｏｂｌｅｍｏｆｈａｒｍｏｎｉｃｒｅａｃｔｉｖｅｃｏｍｅｎｓａｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｏｗｅｒ　　　　　－ｐｐｐｐｔｉｏｎａｎｄｖｏｌｔａｅｆｌｉｃｋｅｒ．Ｗｉｔｈｔｈｅｃａａｃｉｔｉｎｃｒｅａｓｉｎｏｆ　　　　　ｇｐｙｇ　　，ｔｈｅａｂｏｖｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｎｅｅｄｔｏｂｅｓｏｌｖｅｄｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｌａｎｔｓ　　　　　　　ｐｐ

，ｕｒｅｎｔｌｓｏｓｏｍｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｃｏｎｃｌｕｄｅｄ．　　　　　ｇｙｉｎｖｅｒｔｅｒｉｓｔｈｅｋｅｔｅｃｈｎｏｌｏｏｆｃｏｎｎｅｃｔｅｄＰＶｓｓＴｈｅｒｉｄ　　　　　－　　－ｙｇｙｙｇ　　，ｔｅｍ．Ｉｎｔｈｉｓｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｎｄｒｅｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅａｅｒ　　　　　　　ｑｐｐ，ｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄａｎｄｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆ－　　　　　　ｇ

，ｉｔｓｔｏｏｌｏｓｏｍｅｉｓｓｕｅｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｌａｒｅ　　　　　　　－ｐｇｙｐｇｓｃａｌｅｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄＰＶｌａｎｔａｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．　－　　　　　ｇｐ

：ｐ；ｇＫｅｗｏｒｄｓＰＶ）ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ｒｉｄｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ－　ｙｐ　；Ｍ；ｈ；ｒＰＰＴ；ｉｓｌａｎｄｉｎｅｆｆｅｃｔａｒｍｏｎｉｃｅａｃｔｉｖｅｌａｎｔｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｇｐｐ　

；；ｏｗｅｒｃｏｍｅｎｓａｔｉｏｎｖｏｌｔａｅｆｌｉｃｋｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｒｉｄ　　－　ｐｐｇｇ

０　引　言

世界范围内三大化石能源的储量正在日趋枯竭，能源危机已经成为人类面临的最大挑战。因此，为了保证人类生态环境，同时又减少大气污染，维持能源的长期稳定供应，各国都在大力发展可再生能源，与水电、风电、核电等相比，太阳能发电拥有无噪音、无污染、制约少、故障率低、维护简便等优点。另外，丰富的太阳辐射能，是取之不尽用之不竭的廉价能源。太阳能每秒钟到达地球的能量高达８０万ｋＷ，如果把地球表面的０．１％的太阳能转化为电能，且转化率为５％，那么每年发电量可达

１２

，相当于目前全球能耗的４５．６×１０ｋＷｈ０倍。

经过多年的研究，光伏发电已经成为较为成熟

的一项新能源技术，其中光伏电站的大型化和并网化已经成为今后的发展方向及研究重点。并网光伏系统指的是光伏发电系统与常规电网相联，一起承

１］

。随着光伏技术的不断发展，光伏担供电的任务［

基金项目：国家高技术研究发展计划“８６３”课题（）２０１１ＡＡ０５Ａ３０１

（）：：现代电力，２０１３，３０１ｔｔｄｄｌ．ｎｃｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎａｉｌｘｄｄｌｉ．１６３．ｃｏｍ　ｈ∥ｘ　Ｅ－ｍ＠ｖｐｐｐ

２

电能已经渐渐由补充能源向替代能源过渡。

现　代　电　力

１．２　国外

０１３年　　　２

１　光伏发电国内外发展现状与前景

１．１　国内

自１９８５年起，我国就进行光伏器件的研究，并且在２０世纪７０年代的时候制造出空间光伏电源，到了８０年代，我国还渐渐引进了美国单硅太

２］

。经过多年的阳能电池以及非晶体硅太阳能电池［

在全球，光伏产业一直处于发展迅速的状态，１９９６年到２００６年这１０年里，太阳电池及组件生

产的年平均增长率高达３３％，早已经成为现如今发展最迅速的高新技术产业之一。２００４年世界光伏电池及组件产量已达到１２００ＭＷ，这其中日本　生产量为６１０ＭＷ，超过５０．８％；欧洲３２０ＭＷ，占据２６．７％；美国１３５ＭＷ，占据１１．２５％；其他

［］国家总产量为１３５ＭＷ，占据１１．２５％２。随着技

努力，光伏在我国已经迎来了快速发展的阶段，在发展方面，“金太阳工程”的实施使得光伏产业得到了极大的支持。据统计，截至到１９９７年，我装各类光伏系统的总量（其中包括进口系统）已达到１１ＭＷ，并且还先后建立了２０ｋＷ以上光伏电站７座，其中１９９８年在安多县海拔４５００ｍ　处，我国建成的１００ｋＷ光伏电站，还成为世界上

２］

。２最高的光伏电站［０１０年１月１６日，采用阳光

术的发展，并网发电在光伏市场中的份额逐渐开始增加并慢慢占据主导地位，并网光伏系统在太阳能发电中的比例不断变大，光伏发电已经开始逐渐从

５］

。２偏远地区的特殊用电向城市的生活用电过渡［１

世纪以来，全球太阳能光伏并网发电年度并网容量增长４４．１倍，从２０００年的１８７ＭＷ递增至２００８年得１２．９５ＧＷ，年增长率达６０．９９％，同比２００７年增长了７２．６７％。全球太阳能光伏并网发电并网累计总量增长１０．５倍，从２０００年的１．４３５ＧＷ增长至２００８年的１６．４ＧＷ，年增长率３５．６％，同比２００７年增长６０．７８％，据统计，到了２０１０年，全

［］

球累计并网接近３０ＧＷ７。

在欧洲，２０１０年左右，欧盟安装的太阳能光伏容量已经达到３ＧＷ，预计到２０２０年，太阳电池组件的年产量将达到５４ＧＷ。

在世界各国中，日本由于资源紧缺，很早便重视发展光伏发电，并且从１９９９年起太阳电池组件的生产就超过了美国而居世界第一位，在其提出的“面向２０３０光伏路线图的概述”中还明确指出，到２０３０年，全国累计安装太阳电池组件容量要达到

［］

１０００ＧＷ８。　

在美国，１９９９年前，其太阳能光伏研究与发展一直处于世界第一，但随后因为种种原因，渐渐落后于日本及欧洲。２００４年９月，美国提出了“我们太阳电力的未来：２０３０及更久远的美国光伏，明确要恢复美国在光伏领域上领先工业线路图”

地位的目标，增加科研投入，于是在那之后，美装太阳电池组件的增长率每年大概都在３０％以上，同时美国预计，到２０２０年时累计安装太阳能电池组件容量将达到３６ＧＷ，平均每年安装７．２ＧＷ，到２０３０年累计安装太阳电池组件容量将达到

［］

２００ＧＷ，太阳能发电总量将高达３６９９亿ｋＷｈ８。　

全世界光伏技术的飞速发展，具体表现在以下几个方面：①累计安装太阳电池组件容量增加；②

电源大型并网逆变器的３个大型光伏电站并网发电仪式在宁夏吴忠市太阳山集中举行，这是当时国内光伏电站最大规模的一次性并网，这次成功并网为我国荒漠光伏电站的推广应用起到了良好的示范和借鉴作用，在中国新能源行业和低碳经济领域具有重要意义

［３］

。另外值得一提的是，在２０１０年的上

海世博会上，由合肥阳光电源有限公司承建的世博——主题馆、中国馆的大型光伏发电系会主体工程—

统并网发电取得成功，为举世瞩目的上海世博会提供了清洁绿色的电力

［４］

。

［５］

在我国，７６％的国土光照充沛

２

［６］

，全年辐射总

／量为９１７～２３３３ｋＷｈｍ，理论总储量为１４７×　

８　

／ＧＷｈａ，光能资源分布较为均匀，资源优势１０

得天独厚，所以光伏发电应用前景十分广阔。我国

能源供应中占主导地位的煤，其消耗量相当之大，同时也带来了众多严峻的环境问题，从环境和能源双重考虑，我国已经着手计划并采取有效的措施以发展可再生能源技术。根据２００７年我国制定的《可再生能源中长期发展规划》可知，到２０２０年太阳能发电总容量将达１８０万ｋＷ，并且按照有

［］关专家的预测，这一数字有望达到１０００万ｋＷ６。　

从市场方面考虑，我国仍有许多地区处于缺电甚至无电的状态，人民急需生活用电，再加上我国的经济迅速发展，为光伏市场提供了更好的发展空间，可以预测并网型光伏电站很快就会进入市场，一定会为提升人民生活质量做出巨大的贡献。

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第１期艾　欣等：光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望

３

太阳电池组件的价钱不断降低；③太阳电池组件的寿命不断增长；④硅材料的消耗降低；⑤屋顶并网光伏系统增多；⑥发电成本降低，电价降低；⑦大型光伏电站越来越多。

２　光伏发电最大功率点跟踪技术发展

现状

　　光伏发电最大的特点就是其输出的随机性、不连续性和不确定性，而且光伏输出还与其影响因子呈现非线性的关系。太阳辐照度和周围的环境温度都是人们所无法控制的，而这两点却恰恰是影响光伏发电输出的关键，随着辐照度和温度的改变，光伏阵列的输出端电压随之改变，从而光伏阵列的输出功率也将改变。所以，光伏发电的最大功率点跟踪（成为了ＭａｘｉｍｕｍＰｏｗｅｒＰｏｉｎｔＴｒａｃｋｉｎＭＰＰＴ）　　　ｇ　研究重点，ＭＰＰＴ的目的是使光伏阵列在辐照度和温度改变时仍能获得最大功率输出，并且还要求

［］ＭＰＰＴ具有快速性、准确性和稳定性９。

图１　不同辐照度下光伏列阵的Ｐ－Ｖ特性

动，光伏输出功率不能稳定在最大功率点上，而是在其附近震荡。

ＭＰＰＴ算法可以分为自寻优法和非自寻优法两大类，自寻优法包括爬山法、扰动观测法、电导增量法、恒定电压法、短路电流法、寄生电容法等；

１０］

。相比之下，而非自寻优法主要是曲线拟合法［

图２　扰动观测法示意图

自寻优法应用更为广泛，每种方法各有优缺点。以下是几种常见ＭＰＰＴ的工作原理。２．１　恒定电压法

相对于温度变化对光伏阵列输出功率引起变化，辐照度的变化对光伏阵列输出功率的影响更加明显，而经过研究得出结论，不同辐照度下最大功率点对应的输出电压变化量不是很大

［１０］

２．３　导纳增量法

由光伏阵列的Ｐ－Ｖ特性曲线可知，存在唯一的最大功率点，并且在最大功率点处，功率对电压的导数为零。因此，有

Ｐ＝ＶＩｄＰｄＩ＝Ｉ＋Ｖ＝０ｄＶｄＶｄＩＩ＝－ｄＶＶ（）１（）２（）３

（如图１所

。因此可以粗略认为最大输出功率对应某个恒示）

定的电压，就是说可以把ＭＰＰＴ控制简化当作稳

１１］

。此方法的优点是控制起来简单，比较压控制［

容易实现，但是由于其忽略了温度对光伏出力的影响，所以精度并不是很高。２．２　扰动观测法

在光伏阵列正常运行时，通过不断加以微小的电压波动来扰动光伏阵列的输出电压，在端电压变化的同时检测输出功率变化的方向，就能确定寻优

１０］

（方向，从而决定下一步电压参考值的大小［如图

　　因此，当输出电导的变化量等于输出电导的负

值时，光伏阵列工作点即为最大功率点，这就是所

１２］

。此方法有极高的准确性，而谓的导纳增量法［

且当环境快速变化时仍能具有很好的跟踪性。但是相比之下导纳增量法实现起来也较为复杂，对微处理器的要求也是比较高的。２．４　小结

早期的光伏系统大多采用恒定电压控制法，因为该方法简单易行，且基本能跟踪最大功率点，但随着电力电子及控制技术的发展，恒压法的简单性

１３］

。与其造成的能量损失相比已经变得很不合理［

。此方法较恒定电压法精度更高，而且被２所示）

测参数少，易于实现。但是此方法不适合环境快速变化的时候使用，而且由于不断的人为加入的扰

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４

现　代　电　力

波电流的检测与补偿。

表１　电流谐波限值

奇次谐波次数３～９　１１～１５　１７～２１　２３～３３　３３以上电流畸变限值／％４．０２．０１．５０．６０．３偶次谐波次数２～１０　１２～１６　１８～２２　２４～３４　３６以上０１３年　　　２

因此新的控制方法应运而生，例如文献［１０］经仿

真对比后得出结论，大容量并网型光伏发电系统的］中采ＭＰＰＴ通常会选择扰动观测法。而文献［１３用了具有优良跟踪性能的导纳增量法来实现单级光伏并网的ＭＰＰＴ。

随着在这方面的研究不断加深，一些基于上述自寻优算法的改进算法也随之产生，例如文献［］中提出了一种基于电导增量法的改进算法，１４

从而能改善最大功率点附近的振荡现象，提高光伏电池的发电效率。文献［１５］又提出了一种基于扰动观测法的改进算法，可以区分是由扰动自身引起的输出功率变化还是由于辐照度变化引起的输出功率变化，改进后的算法在辐照度突然变化的情况下仍可以进行准确的追踪。

电流畸变限值／％１．００．５０．３７５０．１５０．０７５３．３　无功补偿问题

光伏并网逆变器存在一定的无功消耗，所以应配备一定的无功补偿装置以具备无功调节能力，来保证电站功率因数和高压侧母线电压保持在合理的

６］

。特别是对于功率因数比较高（不小于范围内［

３　光伏并网对电网的影响及解决方案

在众多需要研究的问题中，大规模光伏并网发电系统将对电网会产生的影响是迫切需要回答的问题。３．１　孤岛效应

当系统供电因事故、故障或者停电维修而停止时，各用户端的光伏并网发电系统有可能与周围的负荷构成一个电力公司没办法掌握的自供给供电孤岛，这给检测人员带来危险，即所谓的孤岛效

１６］

。孤岛效应会对整个电网造成许多危害，文应［

）的光伏并网发电系统，更需要进行有效的无０．９８

功补偿，从而实现无功的分层分区以及就地平衡，以减少光伏发电接入时对电压的影响，另外还可以降低线损，保证逆变器的正常运行，例如，光伏发电系统以１０ｋＶ电压等级接入系统，则１０ｋＶ侧的功率因数在０．８５～０．９８范围内，通常应按装机容

［２］

。为了检测无功电量的６０％配置无功补偿装置２

］和［流并进行补偿，文献［１９２３］阐述了一种基

于瞬时无功功率理论的无功电流检测方法，并可以和谐波电流的检测相结合，将两者的检测值相加后作为补偿电流参考值，同时完成对无功补偿和谐波抑制两项功能。３．４　电压闪变

电压闪变是电能质量的重要指标之一，辐照度恒定时比变化时对电网电压闪变的影响较小；辐照度越大，光伏阵列输出功率越大，对电网电压闪变的影响越大；辐照度变化程度越大，输出功率的波

２４］

。动越大，从而对电网电压闪变的影响越大［

］详细阐述了在孤岛运行中并网光伏逆变器献［１７

的运行状态。为了防止孤岛危害的出现，防孤岛保护必不可少，主动式和被动式保护各有优缺点，因此光伏系统里应设置至少各一种防孤岛效应保护，当电网失压时，要求防孤岛效应保护应在２ｓ内动

６］

。作，断开与电网的连接［

３．２　谐波污染

在光伏并网过程中运用了大量的电力电子设／备，特别是ＤＣＡＣ逆变器，会产生大量谐波，并

网运行时，向公共并网点注入的谐波电流应满足

［］

／ＧＢＴ１４５４９－１９９３的规定６，来自文献［１８］的表１详细阐述了各次谐波的电流畸变限值。文献

４　并网逆变器

在光伏发电并网中，并网逆变器的设计是核心内容和关键技术。研究逆变器的结构以及控制方法，是为了提高系统的发电效率，同时降低发电成本。光伏并网逆变器与其他的逆变器有很多不同的地方，它的作用不仅是将光伏电池阵列输出的直流电转换为交流电，还应该可以对频率、电压、电电压波动、高次谐波）流、有功及无功、电能质量（

［］和［］都提出采用一种基于ｐ－１９２０ｑ运算方式

的谐波电流实时检测，从而获得补偿谐波电流的参考值，并利用基于电流无差拍控制的ＰＷＭ方法进］也提出了一种用于两行谐波电流补偿。文献［２１

级光伏系统中的四桥逆变器，利用ＰＷＭ控制及由电压外环和电流内环组成的双环控制系统来完成谐

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第１期

１］

。等进行控制［

艾　欣等：光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望

５

９２５

４．１　光伏发电系统对逆变器的要求１１

［，，］

①可自动开关。根据从一天的光伏辐照度，尽量发挥光伏电池方阵输出功率的潜力，并期在此范围内可以自动开启和停止。

的控制。ＭＰＰＴ）②能实现最大功率点跟踪（

当光伏阵列的表面温度以及光伏辐照度发生任意的改变时，阵列仍可以在控制下保持在最大功率输出的工作状态下，从而提高太阳电池的转换效率。③满足电网电能质量的要求。为了避免光伏发电并网系统对公共电网的污染，逆变器应输出失真度小的正弦波，影响波形失真度的重要因素之一是逆变器的开关频率，可以采用高速ＤＳＰ等新型处理器来提高开关频率。另外，根据系统容量大小要适当选择功率元件，小容量低压系统适合采用功，高压大容量系统适合采率场效应管（ＭＯＳＦＥＴ），而特大容量系统更用绝缘栅双极晶体管（ＩＧＢＴ）。适合采用可关断晶闸管（ＧＴＯ）

ＥＥＥ④要具备防止孤岛运行的功能。根据Ｉ２０００９２９和ＵＬ１７４１标准，光伏并网逆变器需要具－备防孤岛运行的功能，其关键在于对电网断电情况的快速检测，特别是当负荷电力与逆变器输出电力接近或相同，难以察觉停电事故时，更应该做出准确检测，以免造成工作人员的生命安全问题。⑤技术方面的要求。在技术上要求逆变器具有更大的单体容量、更高的电压等级，利用有功与无功实现解耦控制，具有更强的抗干扰能力，具备符合智能电网标准的网源互动技术。４．２　逆变器拓扑结构的发展

早期出现的光伏并网逆变器都是单级拓扑机（）、（构，如图３所示，随后光伏逆变器由单级ａｂ）

向多级发展。根据逆变器回路不同，图３中的逆变器拓扑可以根据有无变压器分为无变压器结构、电网频率变压器绝缘结构以及高频变压器绝缘结构。

电网频率变压器绝缘拓扑结构，利用脉宽调制（控制使得逆变器产生与电网频率相同的交ＰＷＭ）

流，并采用变压器进行绝缘和升压。此结构具有良好的抗雷击以及消除尖波的性能，但是由于采用了电网频率变压器，因此整个系统比较沉重。而对于高频变压器绝缘结构，其优点是体积相对来说较小、质量轻，但是回路较为复杂。无变压器光伏系统，虽然体积小、质量轻、成本也较低、可靠性比

图３　并网逆变器拓扑图

较高，但与电网之间没有绝缘。另外，后两种拓扑

１］

。无变压器结构均具有检测直流电流输出的能力［

方式的逆变器经过近年来的改进发展，因其效率高等优点得到了广泛的应用。例如文献［２６］中就提

出了一种改进的无变压器逆变器，可以承受同全桥逆变器一样的低输入电压，并保证不产生共模泄露电流，再加上应用ＳＰＷＭ技术，使得效率提高，输出电流的谐波含量也大大减少了。

随着并网逆变器由单级向多级发展，电能转换级数也随之增加，但是单级结构具有结构简单、损耗少、易控制等优点，因此为了结合两者的优点，逆变器发展出集中型、串级型、模块集成型等结构。但这种结合就需要一种多台逆变器的统一控制，从而提高整个系统的效率。特别地，针对大容量光伏并网系统，怎样更好抑制低功率时的电流谐波？怎样解决多台逆变器同时并网时电流谐波的叠加问题？如何在电网电压谐波大时，仍旧保证较的低电流谐波？这些都是迫切需要解决的技术性问

９］

。另外，随着光伏电站容量的增加，大型光伏题［

电站并网时系统结构和控制策略也变得更加复杂，有些之前可以忽略的地方变成了必须要解决的问题，所以对并网逆变器的要求也随之增加，设计多模式逆变器控制变得十分有必要。

５　结　论

本文研究大型光伏发电及其并网技术的现状，结论如下：

①最大功率点跟踪技术方面：由于光伏发电最主要的出力特性为随机性，并且受环境条件影响

（）：：现代电力，２０１３，３０１ｔｔｄｄｌ．ｎｃｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎａｉｌｘｄｄｌｉ．１６３．ｃｏｍ　ｈ∥ｘ　Ｅ－ｍ＠ｖｐｐｐ

６

现　代　电　力０１３年　　　２

］（）：１响综述［Ｊ．电力电子，２０１０３６３．　２

很大，所以最大功率点跟踪技术成为研究重点，一些基于传统方法上的改进方法不断研究成功，大大改善了精确度和动态响应的快速性，以后还会有更多的先进方法产生，以提高光伏发电的效率。②光伏发电并网技术方面：光伏并网发电受

技术、投资等起步较晚，但光伏发电的并网化和大型化无疑是将来的主要发展趋势。大规模光伏电站发电作为一种先进的新能源发电方式，当其接入电网时会产生谐波、电压波动等多方面的负面影响，随着光伏发电容量的不断增大，许多之前可以忽略的问题变成必须要考虑的因素。目前已经有多种解决这些问题的控制手段和保护措施，甚至在逆变器的设计方面也已经加入了相应的控制器。③并网逆变器及其控制方面：逆变器是光伏发电并网系统中的核心和关键，合理地设计并改进逆变器的结构和控制方法可以有效地提升系统效率。随着技术的发展，逆变器由单级拓扑结构发展为多级拓扑结构，目前还出现了许多结合单级和多级的优点而产生的拓扑结构。虽然上述改进可以提高光伏系统的效率，但由此也带来一些关于多个逆变器统一控制的问题，还有如何处理多个逆变器产生的谐波的叠加问题等，这些都有待在今后的研究中解决。

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收稿日期：２０１２０５０９－－作者简介：

，男，博士生导师，教授，研究方向为电艾　欣（１９６４－）力系统分析运行与控制、微网及智能电网；

，女，硕士研究生，研究方向为新能源发韩晓男（１９８８－）电、智能电网、电力系统分析与控制。

（责任编辑：杨秋霞）

（）：：现代电力，２０１３，３０１ｔｔｄｄｌ．ｎｃｅｕ．ｅｄｕ．ｃｎａｉｌｘｄｄｌｉ．１６３．ｃｏｍ　ｈ∥ｘ　Ｅ－ｍ＠ｖｐｐｐ

能源环境

光伏发电并网技术的应用

许炜强

中电投能源化工集团有限责任公司

【摘 要】随着太阳能光伏发电技术越来越成熟可靠，光伏发电并网技术已成为目前应用较为广泛的新能源应用技术。本文首先从子系统组成、主设备选型、升压系统、保护措施、防雷接地等方面介绍了光伏并网系统的设计方法，然后分析了采用光伏发电并网技术时应考虑的问题，最后对影响光伏发电并网系统的发电量的因素进行了阐述，确认了光伏发电并网技术的可行性。

【关键词】光伏发电；逆变器；并网系统一、引言光伏的全称是太阳能光伏发电系统。其中光伏板组件主要由太阳电池构成，这种由半导体材料组成的太阳电池可以将太阳能转换成电能，而太阳能光伏发电系统又可以把太阳电池产生的直流电转换为更为常用的交流电与电网耦合。

随着太阳能光伏发电技术越来越成熟可靠，太阳能光伏发电系

其统运行方式也层出不穷，主要有运行和并网运行两种方式[1]。

中光伏发电并网技术已成为目前应用较为广泛的新能源应用技术。

二、光伏系统并网技术的设计光伏模块子系统、直流配电监测系统和逆变器1、子系统组成。

[2]

并网系统组成光伏发电系统，子系统相对，光伏发电系统通过并网逆变器把产生的380V三相交流电接至升压变压器，之后接入电网。

单台逆变器的容量越大，单位造价相对越低，但2、主设备选型。

容量越大，一旦发生故障，对整个系统产生的冲击越大。所以在选择并网逆变器时，需考虑光伏系统应用的实际情况，确定出额定容量适合的逆变器，并网型逆变器同时需有短路、过电压、过频率保护、欠电压、频率保护、逆向功率保护等功能。光伏电池组件通过直流配电监测装置连接逆变器，直流配电监测装置能够监测各个光伏电池内的电流，可以将电流信息以数据形式发送给逆变器控制器。为保证光伏发电系统安全稳定运行，可以将并网逆变器分散成并网的形式。

并网逆变器产生的380V交流电需要升压入网，光3、升压系统。

伏发电系统的发电量决定了升压变压器电压比和额定容量，最好选择箱型干式变压器作为首选。升压变电站分层布置，上层作为设有逆变

[3]

高低压进线柜分别选择中置式器监控屏的逆变室，下层为配电室。

空气绝缘和低压抽出式开关柜。另外用来监控升压站工作状况的计算机监控系统也是升压变电站所必须的，系统监控各光伏电池发电量以及升压变压器两端电压、电流及其铁心和线圈温度等信息，监控系统通过分析这些信息来控制升压变压器并网开关的投入量。监控系统可以让多路逆变器在其内部群控器的控制下同步并列运行，群控器还可以对多台逆变器的投切进行控制，对逆变器负载均分，达到降低逆变器低载损耗以及延长其使用寿命的目的。

升压变压器装有高温跳闸保护装置，其高压和低4、保护措施。

压开关柜安装有测控保护装置，可以对过电流、过电压进行保护；并网以及电容器开关柜也装有测控保护装置，可以对电压过高或不足、频率过高或过低进行保护；低压进线开关设有过流跳闸功能。一旦发生极性反接、孤岛效应、负载过重等问题，逆变器能自动从系统中脱离。

在采用全户内型的升压变电站的屋顶和光伏电池5、防雷接地。

组件上安装设有引下线的环形避雷带可以有效避免雷电打击。另外电气设备需装有接地装置，设备外壳也需接地，以保证操作人员人身安全。

三、采用光伏发电并网技术应考虑的问题

光照强度影响着光伏发电装置的输出功率。1、电压波动问题。

光照强度受日照、季节、天气等自然因素的影响会导致输出功率不稳定。《电网若干技术原则的规定》中明确电压允许偏差值范围是-7%~+7%。在光伏发电系统应用过程中，需考虑瞬间从电网中脱离对系统电压的影响。

光伏发电系统中光伏电池负责把太阳能转化为电2、谐波问题。

能，此时的电能为直流电，并网逆变器负责将其转化为符合电网相频的正弦波电流，但大量谐波会在直流电逆变成交流电的过程中产生。

光伏发电并网系统将光伏电池产生的直流电通过并网逆变器转换为380V交流电，然后再升至10kV并入电网。大量资料表明，电压通过并网逆变器后，电压畸变率为3.3%~4.1%，基本满足国家对电网电压谐波畸变率4.0%的要求。但升压并入电网过程中与电网测接入点会产生背景谐波叠加，可能超过国家规定畸变率，所以有必要在并入电网时进行实际检测。

光伏发电系统在安装适当的无功补偿装置3、无功平衡问题。

后，能达到较高的电力功率因数，基本在0.98以上，接近纯有功输出。假如光伏发电系统经过逆变器并网升压至10kV入网，要求系统入网侧功率因数达到0.92~0.98，光伏发电系统应按装机容量的60%配

[4]

置无功补偿装置。

四、光伏发电并网系统的发电量

并网光伏发电系统的发电量与太阳电池安装朝向、太阳电池的温升和通风、当地太阳辐射能量、太阳电池组件总功率、系统总效率等因素有关。

光伏电池朝向不同其发电量也不同，对不1、光伏电池安装方向。

同安装方向的光伏电池的发电量进行估算时可参照以下原则：安装在向南倾斜纬度角的光伏电池发电量最高，安装在其他方向的光伏电池发电量均照其有不同程度减少。

美国太阳能学会通过研究表明由晶体硅构2、光伏电池的温升。

成的光伏电池，在超过27℃时，每升高1℃，功率便会损失5%。因此光伏发电并网系统中光伏电池的安置需考虑通风问题，避免因温度过高导致发电功率降低。

由于太阳光子分布不确定性，导致在不同时段，光伏3、辐射量。

发电系统的光伏电池组的太阳辐射量不同。应根据光伏电池组的倾斜面角度参照气象台提供的水平面上的太阳辐射量进行估算。

系统实际输送给电网的发电量与4、光伏发电并网系统的效率。

系统理论发电量之比称为系统的效率。其由光伏电池组效率、逆变器的效率、入网传输效率三部分组成。

(1)光伏电池组效率。光伏电池组在1kW/m2光辐强度下，直流实际输出功率与理论输出功率之比。光伏电池组在能量转换与传输过程中的损失主要受光伏电池组串并联损耗、温度、连接电缆线损等影响。其中光伏电池组串并联损耗约为4%，连接电缆线损约为3%，光伏电池对太阳光反射损耗约为6%；(2)逆变器的转换效率。即交流输出功率与直流输入功率之比，约为90%；(3)入网传输效率。入网传输效率指系统输送至电网的传输效率，主要受升压变压器性能影响。

五、结语

在资源越来越紧缺的今天，利用太阳能进行发电无疑能缓解资源紧缺的压力，随着光伏发电技术愈发成熟，掌握光伏发电并网技术应用中一些必要的知识，能够保证其可行性和经济性，同时光伏发电并网技术更有助于人类的可持续发展。

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作者简介：许炜强 年龄34，性别：男，民族：汉，学历：研究生，

SOLAR ENERGY产业论坛太阳能◆ 第12届中国光伏大会暨国际光伏展览会(CPVC12)论文

光伏发电并网技术、难点及破解办法■ 昌金铭

接入方式和接入原则，光伏电站电能质量和技术要求。摘　　要：简述了光伏电站的运行特点和运行方式，

从不同角度分析了光伏电站上网的难点，提出了解决上网难点的建议。

关键词：光伏电站；并网技术；电力系统

一 引言我国光伏电池的产量已连续六年居世界第一。2011年全国光伏电池产量已达8GWp，累计装机3GWp。目前，由于世界经济低迷，有关国家的光伏调整，我国以出口为主的光伏产业受到较大冲击，这是光伏产业前进中产生的困难。从能源资源、环境保护和发展低炭经济的要求看，光伏发电是重要的替代能源，国家已出台《可再生能源法》、光伏发电上网电价、实施金太阳工程等措施，国内市场正在迅速启动，光伏产业一定会克服各种困难，快速正常发展，成为国家新兴的朝阳产业。光伏发电将成为优质的可再生能源和重要的替代能源。

2006年我国开始实施《可再生能源法》。2009年以来为促进光伏发电产业技术进步和规模化发展，培育战略性新兴产业，发展可再生能源，国家制定了光伏发电上网电价，启动金太阳示范工程和光电建筑应用示范工程。这些示范工程是利用大型工矿、商业企业以及公益事业单位、开发区和城市现有的屋顶，建设用户侧并网的光伏发电示范项目。根据国家的要求，这些项目所发电量以企业自用为主，多余电量可送入国家电网，因此，这些项目建成后必须就近并入电网，可将多余电量输入国家电网。

11二 光伏发电的并网技术1 光伏电站的运行特点和并网逆变器光伏电站依靠阳光照射产生直流电，必须依靠逆变装置转换为交流电，因此逆变器是光伏电站的重要设备，主要将光伏电站所发的直流电转换为交流电，同时具有相应的保护功能、并网能力和最大功率跟踪能力。

保证光伏电站的电能质量，选择技术性能优良的逆变器是关键。逆变器输出的正弦波电流所含的直流分量和高次谐波必须低于国家电网的规定指标，以减少谐波对电网造成的污染；光伏电站输出功率与日照、温度、负载变化较大时，逆变器应具有最大的功率跟踪功能。

2 光伏电站的分类

国家电网对接入电网的光伏电站以接入的电压等级分为大中小三种类型，由于光伏电站供电区域内最大负荷不同，确定不同等级的光伏电站的容量也不尽相同。

大型光伏电站：通过66kV及以上电压等级接入电网的光伏电站。

中型光伏电站：通过10～35kV电压等级接入电网的光伏电站。

小型光伏电站：通过380kV电压等级接入电网的光伏电站。

SOLAR ENERGY 21/2012SOLAR ENERGY太阳能产业论坛3 光伏电站接入方式和原则

光伏电站接入公用电网一般有3种方式：(1) 大型光伏电站以专线接入电力系统的变电站，进入公用电网，电压等级通常在66kV以上；

(2) 中型光伏电站以T接方式接入公用电网，原则是光伏电站的容量应小于公用电网线路最大输送容量的30%；

(3) 小型光伏电站的容量等于或小于上一级变压器供电区域内最大负荷的25%，可直接接入380V配电电网。

4 光伏电站电能质量要求

光伏电站经逆变器转化后的电能质量应符合国家电网的有关规定。其电能质量指标主要包括电压偏差、电压波动和闪变、电压不平衡度，特别是高次谐波和直流分量等，国家都有相关标准，应予满足。

5 光伏电站的技术要求

(1) 功率要求：大中型光伏电站应具有有功功率调节能力，根据系统指令可调频、调峰和备用。同时还应具备无功功率和电压控制的能力，对于专线接入公用电网的大型光伏电站，还应配置无功补偿设备。小型光伏电站无需具备无功功率和电压调节能力，但需确定光伏电站合理的功率因数分别不小于0.95～0.98控制范围。

(2) 电压要求：大中型光伏电站应具备一定的低电压穿越能力。

(3) 安全与保护技术方面：光伏电站在并网点内侧设置可操作、可闭锁、灵敏可靠的保护装置，如过电流保护、防孤岛效应、逆功率保护(专指不可逆的并网方式)及相应的继电保护装置等。

(4) 防雷和接地：光伏电站是室外发电设备，必须具有符合规定的防雷接地装置。

(5) 通信和电能计量：大中型光伏电站与电力调度部门应设置通信信号装置。在明确上网电量和用网电量的计量点设置电能计量装置。

1 电力部门的难点

针对光伏发电系统并网的要求，国家法律已有明文规定。如《可再生能源法》就明确规定，电网企业应当依法全额收购其电网覆盖范围内可再生能源并网发电项目上的电量，并为可再生能源提供上网服务。

国家电网公司2011年5月6日发布Q/GDW617－2011《光伏电站接入电网技术规定》，取代于2009年7月发布的《光伏电站接入电网技术规定（试行）》，说明光伏电站接入电网的规定已列入国家法律，有法可依；在技术上有国家电网公司的技术标准可循。但是还是有一些地区电力部门对光伏电站接入电网久拖不办。笔者认为原因如下：

(1) 出于安全的原因，电力部门采取慎之又慎的做法。电力系统运行安全第一，光伏电站容量小，即使数千瓦的小型光伏电站，对电力系统来说也只是一个电源，或者说是一个小型发电厂，显然，光伏电站能否安全运行，是电力系统关注的重点。同时，由于光伏发电装置输出功率随光照强度的变化而变化，不能稳定输出电能，此外还有谐波、无功平衡等问题，给系统的运行、调度、通信和保护都增加了难度。这种非传统电源打破了电力系统长期形成的运行方式，也给电力部门造成一定的压力。

(2) 光伏电站是一种全新的发电技术，虽然电力系统长期以来积累了丰富的常规电厂的运行技术和经验，但对光伏电站接入电力系统后的稳定运行缺乏经验，在当地又无先例可行，只能多设门槛。电力部门往往给光伏业主提出一些超过国家电网公司规定的要求，如可接入380V用户低压侧的光伏电站，要求业主接入10kV以上的高压侧；可在用户侧就近接入配电电网或厂用配电房的光伏电站，要求业主增加数百万投资敷设数公里电力电缆接入电力部门的变电所。如此一来，既增加了光伏电站的资金投入，也不能确保是最安全的接入方式。对于大型光伏电站的接入，还

12SOLAR ENERGY 21/2012三 光伏电站并网的难点SOLAR ENERGY产业论坛太阳能必须考虑光伏电站的规模与用电负荷、电网规划和电网运行的协调。由于光伏电站日出而作、日落而息的运行特点，电网必须考虑足够的系统备用容量。

(3) 认识上的问题。电力系统长期来独家经营方式，对火电、水电、核电等主力电源形成了一套安全完善、行之有效的运行调度和管理模式，有些光伏发电容量不到系统的1%，基本可忽略不计。还有观点认为这些星星点点的网外电源，既不能解决电网容量不足的大问题，又为调度、安全带来一些“隐患”，却没有认识到应用可再生能源是国家发展低碳经济、改善环境、节能减排、优化能源结构和可持续发展的战略选择。

(4) 经济上，光伏电站联网发电后会减少电网供电量，使电网公司减少部分经济收入，以及线损承担等问题。

2 光伏电站业主的难点　

(1) 技术、审批上的困难。大型光伏电站除少数国电公司涉足外，中小型光伏电站的业主往往是光伏组件制造商和非电力行业的投资者。这些业主缺乏电力系统的设计、安装、调试和运行经验，对电力系统安全运行要求体会不深，技术上也不熟悉。这就造成了大型设计单位对光伏电站的接入设计不屑一顾，小型设计部门又缺乏能力，且要面对电力部门的层层审核，花费时间较长。

(2) 经济上存在的问题。近年来，国家出台了光伏发电上网电价，实施金太阳工程和光电建筑应用工程等措施。按照这些计划，国家财政给予了较大的支持力度，但对于光伏业主而言要收回投资并取得盈利还是需要较长的时间。而电力部门对接入的要求又设置一些不尽合理的门槛。如对可接入低压侧的小型光伏电站，一定要业主升压接至10kV系统，能就近接入用户侧的光伏电站一定要业主升压后铺设数千米输电线路接入系统的变电站，以一个1MW的光伏电站计算，投资往往要增加200～300万元，使光伏电站业主难以承受。

13四 解决光伏电站接入电网难题的建议1 发展光伏发电是国家能源发展战略首先要提高市县电力部门对光伏发电是优质可再生能源的认识，深入了解应用可再生能源是国家长期的能源发展战略，是国家法律规定。市县电力部门应将光伏电站接入电网纳入日常的工作议程，指定专人负责，并及时了解辖区内新建的光伏电站，主动帮助光伏电站业主完善电站接入的规定要求，认真执行国家电网公司发布的Q/GDW617－2011《光伏电站接入电网的技术规定》，不得擅自提高并网标准。

2 建立电网企业考核制度

建立可再生能源考核体系，对电网企业实行可再生能源配额制，确保实现国家规划目标。制定电网公司可再生能源配额标准，每年由国家下达一定的可再生能源配额指标，即本地区可再生能源必须达到的装机容量和发电量，并将这一指标纳入电力系统的考核体系，使电力部门能积极主动地吸纳光伏电站，对完成配额指标的电网企业给予一定的奖励。电网企业应优先调度光伏电站电量，全额收购其电网覆盖范围内光伏电站电量，并按国家和省核定的光伏发电上网电价，及时、足额结算款项。

3 进一步完善光伏发电的并网技术

并网光伏电站在电能质量、安全保护、通信系统等方面必须达到国家电网公司光伏电站接入电网的技术规定。特别是西部地区光伏电站的规模与用电负荷、电网规划、电网运行的协调，使光伏电站达到可性，能满足电网灵活调度运行的需求。电网企业应提高电网智能和储能水平，增强吸纳光伏电站电力的能力。

经过有关部门的协调，电力系统和光伏发电业主的共同努力，光伏电站并网将不再成为难事。发达国家光伏电站并网已经成为常态性的工作，我国也有法可依、有技术规定可行，相信只要电网企业积极一些，开放一些，光伏发电并网的难题一定会迎刃而解，成绩斐然。

SOLAR ENERGY 21/201218

热点观察

Hot Spot光伏发电“并网难”考验激励机制 ▲怎样既激励光伏发电的发展，又不导致整个光伏产业大干快上、产能过剩，将考验管理者的智慧。陈玲珍

近日，国家下发了《关于完善光伏发电价格通知》的意见稿。根据意见稿，光伏发电上网电价将从过去单一的1元/千瓦时，改为分四大资源区来定价，最低的地区电价为0.75元/千瓦时，降幅25%。参照国际上新能源发展的先例，定价问题可能是影响光伏发电发展的关键性因素。怎样既激励光伏发电的发展，又不导致整个光伏产业大干快上、产能过剩，将考验管理者的智慧。当前，中国光伏发电行业面临一个突出的难题，装机量与并网量之间存在较大的鸿沟。数据显示，2011年全年国内市场新增光伏装机容量为300万千瓦，但有约1/3光伏装机未能并入电网。这不仅是对产业资金与能源的巨大浪费，也对实现光伏产业可持续发展提出了挑战。光伏发电为什么难并网？从现实的技术情况看，光伏发电有新能源突出的弱项——不稳定，受季节、天气、环境和昼夜更替的影响较大，不能实现24小时对电网“友好”。此外，目前建造的大中型光伏电站大多位于西部人烟稀少的荒漠地区，远离大中型城市，输送线路长，成本高。但光伏发电难并网，更重要的原因恐怕还在价格机制上。与火电、水电等相比，光伏发电在上网电价方面不具备优势。有人曾经测算，若按现行收购电价，光伏发电企业上马设备，收回投资需要十多年。与此同时，国家可再生能源发展基金存在巨大的资金缺口，据不完全统计，2012年资金缺口可能在200亿元左右。在资金紧张的情况下，对光伏发电企业的补贴常常存在拖欠现象。国家电监会副史玉波透露，截至2012年8月，青海省光伏发电企业累计发电8.75亿千瓦时，但占上网电价71.8%的附加补助资金近7亿元未做到及时发放，给企业经营造成了较大困难。另外，目前我国光伏发电上网电价补贴实施的是“双轨制”，光伏发电企业的电量先由电网公司按照当地燃煤发电标杆上网电价进行收购，之后，再向申请补贴，去财政部领补贴款项，整个程序时间漫长。种种迹象表明，对光伏发电以往的激励机制需要改进和完善。首先，应当拓宽可再生能源发展基金的来源渠道，增加对电网企业收购光伏发电电力的补贴额度。其次，要缩短电价补贴结算周期，及时发放款项，调动发电企业的积极性。《意见稿》中，分布式发电光伏补贴已经由“双轨制”改成“单轨制”，补贴资金还是来自可再生能源发展基金，但由电网企业向发电企业转付，这是一个很好的改进。第三，要加强对光伏发电项目的运行监管。一个前车之鉴是，从2009年开始实施的“金太阳示范工程”，由于相关验收标准和机制的不健全，尤其是补贴针对事前的规划装机容量，而对后期监管不足，不少项目建成之后根本发不了电，大量补贴资金被浪费。最后，要加大对分布式光伏发电的支持力度。分布式光伏发电方便、经济，发电量可以全部上网、全部自用，或自发自用、余电上网。这种发电方式前景广阔，但如何进一步调动电网公司的积极性，使分布式光伏发电的收购更加便捷、顺畅，也是下一步要做的工作。（作者单位：浙江浙能绍兴滨海热电有限责任公司）

责编：张伟 美编：孙珍兰18

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责编：张伟 美编：孙珍兰2013年第03期◇研究与设计◇

光伏发电并网逆变器控制器控制系统的设计

（1.辽宁工业大学

【摘

马永红1于久昌2

121001；2.锦州市自来水总公司

121001）

要】本文根据逆变器的结构和光伏发电阵列特点，提出了基于DC-DC和DC-AC两级并网逆变器的结构。基于DC-DC和

DC-AC电路的相对性，分别对DC-DC和DC-AC进行了分析，随后对并网逆变控制器进行设计，包括逆变器驱动电路的设计、逆变

器驱动电路的软件编程以及并网过程中直流侧欠电压、直流侧过电压、交流侧电流等电路的设计。本文的研究为类似结构的光伏并网逆变器提供了参考。

【关键词】太阳能；光伏并网；逆变器

引言

随着全球环境污染与能源紧缺问题的日益严重，寻找新能源已经是各国不得不面临的现实。进行光伏发电并网逆变器控制系统的研究对于解决全球日益面临的能源危机有深远的意义，不但可以在技术上进一步取得完善，取得工程经验，而且可以确定其经济的可行性，光伏发电只有进入电力规模的应用，才能真正对于缓解能源紧张和抑制环境污染起到积极作用，光伏发电并网逆变器控制系统研究的重点应该放到并网发电的经济研究和具有商业化前景的实用技术上。

我国正处在经济转轨和蓬勃发张时期，但能源问题严峻，城市中由于大量使用化石能源，环境持续恶化。太阳能的转换利用方式有光－热转换、光－电转换和光－化学转换三种形式。光伏发电是将太阳的光能转换为电能的一种发电形式。利用光生伏打效应制成

转换成为电能。在众多分布的太阳能电池，可将太阳的光能直接转、

式发电功能技术中，太阳能产业是全世界公认的最有前途的能源产业，世界各国都将光伏发电作为发展的重点。光伏并网发电的大规模推广除了节约能源与减少环境污染外，还能够刺激光伏工业的迅速壮大，达到能源可持续性发展的目的，提供大量的就业机会。

光伏并网逆变器是实现光伏并网发电的关键。目前，光伏电站所用的逆变器相对较成熟，并已大规模应用，但并网逆变器技术相对落后，国外的并网逆变器价格高昂，在国内推广应用十分困

国内一些企业与高校正开始做相关方难。为了实现自主研发生产，

面的研究，且均为示范系统，还没有实现产业化，为推动光伏并网发电系统的普及应用，自主研发光伏并网逆变器控制系是我们长期致力于研究的课题

１．光伏发电并网逆变控器制系统的理论分析１．１太阳能发电并网系统的拓扑结构

太太阳能发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池（组）组成。如输出电源为交流２２０Ｖ或１１０Ｖ，还需要配置逆变器。太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中价值最高的部分。其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动负载工作。太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统的质量和成本。太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。在温差较大的地方，合格的控制器还应具备温度补偿的功能。其他附加功能如光控开关、时控开关都应当是控制器的可选项。一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。由于太阳能的直接输出一般都是１２ＶＤＣ、２４ＶＤＣ、４８ＶＤＣ。为能向２２０ＶＡＣ的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用ＤＣ－ＡＣ逆变器。在某些场合，需要使用多种电压的负载时，也要用到ＤＣ－ＤＣ逆变器，如将２４ＶＤＣ的电能转换成５ＶＤＣ的电能。

图１为一个太阳能发电系统逆变器的由总拓扑图，可以看到，ＰＶ板产生的直流电压经过ＤＣ／ＤＣ变换器升压，ＭＰＰＴ追踪最大功率点控制后，经过逆变器变成三相交流电，通过单片机控制下的电压检测，负载过电流检测，在辅助电源和ＳＡ４８２８驱动的作用下，使得电能最终送到电网。

１．２系统的总体方案

本设计采用无变压器的两级结构，前级ＤＣ－ＤＣ变换器和后级的ＤＣ－ＡＣ逆变器，两部分通过Ｄ－Ｃｌｉｎｋ相连。前级ＤＣ－ＤＣ变换器，可选择的型式有半桥式、全桥式、推挽式和Ｂｏｏｓｔ式，考虑到输入电压较低，如采用半桥式则开关管电流变大，输出电压太低；而采用全

桥式则控制复杂，开关管功耗增大，因此这里采用结构简单控制方

便的Ｂｏｏｓｔ升压电路，它根据电网电压的大小使在不同天气条件下的输入电压达到一个合适的水平，同时在低压情况下实行最大功率点的跟踪，增大光伏系统的经济性能。后级的ＤＣ－ＡＣ逆变器，采用单相逆变全桥，作用是将Ｄ－Ｃｌｉｎｋ直流电转换成２２０Ｖ－５０Ｈｚ正弦交流电，实现逆变向电网输送功率。Ｄ－Ｃｌｉｎｋ的作用除了连接ＤＣ－ＤＣ变换器和ＤＣ－ＡＣ逆变器，还实现了功率的传递。控制电路的核心芯片是ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｆ２４０７。系统保证并网逆变器输出的正弦电流与电网的相电压同频同相。

图１系统总拓扑图

滤波器电感值选取的合适与否直接影响电路的工作性能。开关管的选取逆变电源的主功率元件的选择至关重要，目前使用较多的功率元件有达林顿功率晶体管（ＢＪＴ），功率场效应管（ＭＯＳＦＥＴ），绝缘栅极晶体管（ＩＧＢＴ）和可关断晶闸管（ＧＴＯ）等，在小容量低压系统中

因为ＭＯＳＦＥＴ具有较低的通态压降和使用较多的器件为ＭＯＳＦＥＴ，

较高的开关频率，在高压大容量系统中一般均采用ＩＧＢＴ模块，这是因为ＭＯＳＦＥＴ随着电压的升高其通态电阻也随之增大，而ＩＧＢＴ在中容量系统中占有较大的优势，而在特大容量（１００ｋＶＡ以上）系统中，一般均采用ＧＴＯ作为功率元件。随着针对于光伏系统的功率模块的发展，主电路元器件选择功率模块也是一个比较有前景的。因此针对本电路的特点，在此选用ＩＧＢＴ作为开关元件。

日照强度和温度对太阳能电池阵列的开路电压和短路电流有很大的影响，当前光伏电池的光电能量转换效率在实验室条件下最高不超过百分三十，为了最大限度的提高光伏发电系统的发电效率，使其功率输出最大化，需要对光伏电池的最大功率点进行跟踪。根据前面的太阳能电池阵列的输出特性功率一电压曲线，可知当阵列工作电压小于最大功率点电压时，阵列输出功率随太阳能电池端电压上升而增加：当阵列工作电压大于最大功率点电压Ｕ时，阵列输出功率随输出电压上升而减少。因此最大功率点跟踪的实现实质是一个自寻优过程，即通过控制阵列端电压，使阵列能在各种不同的日照和温度环境下智能的输出最大功率。

从直流侧采集电压Ｕ和电流Ｉ，通过ＭＰＰＴ算法并与三角波比较，产生ＰＷＭ波，经过驱动来控制Ｖ（ＩＧＢＴ）的开关，从而达到最大功率点的控制。光伏发逆变器驱动电路是采用ＡＴ８９Ｃ５１单片机控制ＳＡ４８２８产生ＳＰＷＭ调制信号，其中ＳＡ４８２８是产生三相ＳＰＷＭ信号的专用芯片。驱动电路的主要作用是：当电压不正常时，自动产生５０ＨＺ两路矩形脉冲电压，这两路矩形脉冲电压相位相差１８０°，分别驱动两个ＩＧＢＴ。

脉宽调制和驱动电路逆变时的电路如图３所示，通过改变驱动信号的频率、占空比，就可以改变控制逆变电路的工作情况，实现输

２６８◇研究与设计◇

出电压的调节。

图２最大功率跟踪原理框图当电压不正常时，此时ＡＴ８９Ｃ５１单片机也发控制信号，使得ＳＡ４８２８开始工作，发六路脉冲信号控制ＩＧＢＴ的开通和关断，同一时刻有三个管子导通，而同一桥臂的上下两个管子轮流导通１８０°，根据ＰＷＭ脉宽调制技术，逆变器将输出频率为５０ＨＺ的交流电。

图３

逆变器驱动电路

图４

逆变器驱动信号产生电路

２．硬件电路设计

太阳能电池板正常工作时，输出电压为９６Ｖ，加在分压电阻Ｒ１０，Ｒ１１上，比较器“＋”端电压Ｕ＋近似为２．４Ｖ，“－”端电压近似为１．８Ｖ，比较器输出＋１２Ｖ电压，光耦合器ｕ２导通，发光二极管Ｚ２承受正向电压，发绿光，输出Ｐ１．１＝０；当太阳能电池板欠压时，Ｕ＋＜１．８Ｖ，比较器输出为０，光耦合器ｕ２不通，灯灭，输出Ｐ１．１＝１，如图５所示。

图５欠电压检测电路

采集Ｂｏｏｓｔ电路中电容Ｃ两侧的电压值，经电阻接入比较器的

负端。直流侧电压约为２４０Ｖ，加在管脚２上的电压约为２．５Ｖ，而＋５Ｖ电压加在电阻Ｒ０６上上，经Ｒ０４，Ｒ０５分压后，加在管脚１上的电压约３．０Ｖ，电路设计时，使Ｕ１＞Ｕ２，这样管脚３便维持在＋１２Ｖ，Ｚ１承受正压，发光，输出Ｐ１．０＝０，电路图如图６所示。当直流侧过压时，管脚２电压也相应的过高，其值比３．０Ｖ还有高，此时，管脚３输出电压为０Ｖ，Ｄ００导通，发光二极管Ｚ２关断，不发光，输出Ｐ１．０＝１。

2013年第03期

当直流侧电压从过压值降到临界电压时，虽然管脚２电压可降到３．０Ｖ，但由于管脚１已由３．０Ｖ变成了２．５Ｖ，因此管脚３仍为０Ｖ，只有当交流电压继续下降到一定值的时候，管脚２才降到２．５Ｖ以下，３管脚才能从０Ｖ上升到１２Ｖ，此时，Ｄ００截止，１管脚上升到３．０Ｖ，准备下一次的过电压检测。

图６

直流侧过电压检测

图７为交流侧过电流检测电路。正常工作状态下，比较器的管

脚１点位低于管脚２的点位，

输出０Ｖ，光耦合器Ｕ３不导通，发光二极管Ｚ３截止，Ａ相输出为高电平；负载过流时，管脚１电位上升，当高于管脚２的电位，使得“３”端输出＋１２Ｖ电压，光耦合器导通，发光二极管Ｚ６发红光，此时Ａ相输出低电平。

虽然负载是三相电压供电，但由于对称性原理，我们只需要检测其中的两相电流，另外一相电流就很容易获得。为了提高单片机管脚的利用率，检测电路中加入一个与门，所检测的Ａ相和Ｃ相电流只有在两者都正常工作是才输出Ｐ１．５＝１，只要有任何一相负载过流，电路中就会亮红灯且Ｐ１．５＝０，输出“０”。

图７

交流侧过电流检测电路

总结

光伏并网逆变器是实现光伏并网发电的关键，本文根据逆变器结构以及光伏发电阵列特点，提出了基于ＤＣ－ＤＣ和ＤＣ－ＡＣ两级并网逆变器的结构。基于ＤＣ－ＤＣ和ＤＣ－ＡＣ电路的相对性，分别对ＤＣ－ＤＣ和ＤＣ－ＡＣ进行了分析，随后对逆变器驱动电路的设计、逆变器驱动电路以及并网过程中直流侧欠电压、直流侧过电压、交流侧电流等电路进行详细分析设计，为光伏并网逆变器的设计提

供了参考。

电●参考文献：

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２６９

2013年3月 第28卷第3期

电 工 技 术 学 报

TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY

Vol.28 No. 3

Mar. 2013

光伏发电并网系统的仿真建模及

对配电网电压稳定性影响

陈 权1 李令冬1 王群京1 段晓波2 叶金根1 曾 野1

（1. 安徽大学教育部电能质量工程研究中心 合肥 230601 2. 河北省电力公司 石家庄 050021）

摘要 为掌握光伏发电并网对电压稳定性的影响，首先基于广义负载概念建立光伏发电并网系统（PVGS）统一电路模型，并利用该模型研究了电压稳定性。研究表明广义负载功率波动、功率因数、接入配电网电压等级对电压波动影响较大，提高并稳定并网点功率因数是提高电压稳定性的根本方法。最后对某公司500kWp光伏发电并网系统测试分析，证明了上述结论。

关键词：配电网 光伏发电 广义负载 电路模型 电压稳定性 中图分类号：TM712

Simulation Model of Photovoltaic Generation Grid-Connected System

and Its Impacts on Voltage Stability in Distribution Grid

Chen Quan1 Li Lingdong1 Wang Qunjing1 Duan Xiaobo2 Ye Jingen1 Zeng Ye1

（1. Power Quality Engineering Research Center Ministry of Education

Anhui University Hefei 230601 China

2. Hebei Electric Power Corporation Shijiazhuang 050021 China）

Abstract In order to gain an understanding of the effects the photovoltaic(PV) generation might have upon the voltage stability in distribution grid, a general PV grid-connected power generation system(PVGS) circuit model based generalized load is built in this paper, and is applied to study the voltage stability. The simulation results show that voltage fluctuation is deeply affected by the fluctuation power, the power factor and the voltage levels of distribution grid. The basic approach to improve voltage stability is to increase and stable power factor. Finally, some simulation conclusions are showed by analysis of the data measured in a company 500kWp PV grid-connected system.

Keywords：Distribution grid, photovoltaic generation, generalized load, circuit model, voltage stability

网，在无充足储能情况下，会发生电压波形严重畸变和功率缺乏等电能质量问题[3,4]。研究表明，安装储能装置可以缓解由于光伏发电波动所带来的电压、功率潮流等波动[5]，但发电成本有所增加。若能够根据光伏接入容量、负载特性、网络结构及系统功率因数要求估算出电压变动范围，在一定的电压范围内配电系统工作人员借助合理规划可以避免高额投资。对波动估算得越准确，则配电网络规划得越经济、合理。

目前就光伏接入容量对功率因数、电压波动的影响作系统研究得较少，多数为了稳定节点电压采

1 引言

光伏发电由补充能源向替代能源过渡，并最终占据能源主导地位是必然趋势[1]，然而光伏发电出力的随机性与电网不友好的特征使电网电压不稳定[2]，是阻碍光伏发电大规模发展的技术瓶颈之一。在接有大容量光伏发电的配电网，此特征给预测节点电压和功率变化趋势带来困难，尤其在一些本来电量供给就不充裕的用户；在一些小容量电网或孤立微

收稿日期 2010-09-06 改稿日期 2012-07-16

242

电 工 技 术 学 报 2013年3月

取的方法是力争在光伏发电的源头抑制电压波动等影响电能质量现象发生[6-8]。根据GB12326—90电能质量电压允许波动和闪变标准要求，允许电压在一定范围内波动。另一方面，对于某一特定配电网，若能够在不影响电能质量前提下，估算可接纳光伏发电并网容量，有利于配电网的安全经济运行。

若对以上问题作全面研究，首先必须建立光伏发电并网系统（PV Grid-Connected Power Generation System, PVGS）统一模型。对于建立光伏并网电路模型，在多数文献中一般将光伏发电系统看作一个电源，从而具有光伏并网的配电网可看作是多电源网络[9,10]，作者认为这势必给分析研究带来一定的复杂性。实际上，在光伏接入配电网中，可以将光伏电源看作是配电母线上一个特殊负载，它不是消耗有功功率，而是发出有功功率（或消耗功率为负值），即它的功率因数可以出现负值。

为研究光伏发电对配电网电压稳定性的影响，本文将光伏电源看作是配电网的一个负载，和其他普通负载一起称作广义负载，建立含广义负载的统一电路模型，在此基础上就某系统进行仿真，得出光伏发电波动引起电压变化趋势。另外，对某公司500kWp PVGS进行测试，对仿真结论进行验证。在仿真和测试分析的基础上给出一些指导性结论与建议。

2 配网内PVGS建模

2.1 PVGS的结构类型

PVGS一般分为光伏电站（见图1a）、含光伏电源的微网发电并网系统（见图1b）、分布式PVGS（见图1c）三种结构类型。

光伏电站特点是所发电能被直接输送到电网上，由电网统一调配向用户供电，光伏电站发电功率不可调度。

含光伏电源的微网发电并网系统是将光伏发电、柴油发电、燃气发电、蓄能发电等结合起来并网向用户供电的系统。含光伏电源的微网发电并网系统通过对各电源控制，基本可以动态满足负荷的电力需求。微网系统对电网电力需求稳定，对电网冲击小，对负荷供电可靠性高。微网光伏发电功率可调度。

分布式PVGS特点是所发电能直接分配到用户负载上，多余或不足的电力通过连接电网来调节，分布式光伏发电功率不可调度。根据光伏电源是否被允许向主电网馈电，分布式PVGS分为可逆流系

统与不可逆流系统。当光伏发电能力大于负载或发电时间同负荷用电时间不一致时，一般均设计成可逆流系统，以保证电能平衡。

(a) 光伏电站

(b) 含光伏电源的微网发电并网系统

(c) 两种分布式PVGS

图1 PVGS结构类型

Fig.1 Structures of photovoltaic grid connected system

2.2 设计PVGS等效电路的思考

（1）PVGS分光伏电站、分布式PVGS、含光伏电源的微网发电并网系统三种结构类型。在光伏电站中把光伏电源与电网电源并联作为负载电源，其特点是电网的负载特性不变，本级电网短路特性随光伏电源发电功率而变化，但对上一级电网，可把光伏电站作为广义负载看待；在分布式PVGS中把光伏电源作为广义负载看，其特点是电网的负载特性随光伏电源发电功率而变化，电源短路特性变

第28卷第3期

陈 权等 光伏发电并网系统的仿真建模及对配电网电压稳定性影响 243

化很小；在含光伏电源的微网发电并网系统中把光伏电源、柴油发电机等作为广义负载看，其特点是电源短路特性和负载特性变化均很小。因此，在仿真分析时，若把各种情况归算为电源短路特性和广义负载的变化，则各种结构类型PVGS可以用统一的等效电路表示。

（2）小容量（＜1MW）光伏电源一般接入0.4kV系统，大容量（≥1MW）光伏电源多是通过升压变压器接入10kV系统。若光伏电源大规模地接入中低压配网系统，则其随机性将影响高（110kV或220kV）、中（10kV）、低（0.4kV）三级电压的稳定性、电能质量和运行经济性，为此用于研究的等效电路应该包括高、中、低三个电压等级。 2.3 含光伏电源的配电网等效电路

50Hz电磁波波长≈6 000km，

只要传输线路长度小于/20，高压传输线路部分可用线性无源双向对称二端口网络表示，因此含光伏电源的配电网等效电路如图2所示。

图2 含光伏电源的配电网等效电路 Fig.2 Distribution network equivalent circuit with

photovoltaic power

图2中：U10，U1，U2，Xs，XL，Zl1，Yl1，I1

，S1，I2，S2

，I，S为110kV高压输电线路送端空载相电压、受端相电压、送端相电压、送端电源电抗、并联补偿电抗、阻抗、导纳、送端电流、送

端功率、受端电流、受端功率（为负载电流I

（或功率P+jQ）

与并联补偿电抗器电流IL

（或功率jQL）之和）、受端广义负载电流、受端广义负载功率（包含光伏电源电流和功率）。

ZT21，ZT2n，Zl2,1，Zl2,n，I31，S31

为110kV高压降压站1#变压器阻抗、n#变压器阻抗、1#变压器进线电缆阻抗、n#变压器进线电缆阻抗、1#变压器10kV出线广义负载电流和广义负载功率（包含光伏

电源电流和功率）。

ZT31，ZT3n，Zl3,1，Zl3,n，I41，S41

为10kV中压 降压站1#变压器阻抗、n#变压器阻抗、1#变压器进线电缆阻抗、n#变压器进线电缆阻抗、1#变压器0.4kV出线广义负载电流和广义负载功率（包含光伏电源电流和功率）。

U31，U3n，I41，U4n

为10kV中压Ⅰ段相电压、 n段相电压、0.4kV低压Ⅰ段与n段相电压。 2.4 电压计算

设110kV高压输电线路受端相电压为U2U2

∠0°， 功率为S

2

P2

jQ2

，则高压输电线路受端电流为 IPj2S2U2Q2S2ej2 （1） 2

U2U2式中



2arctan(Q2P2)

P2≥0 2180arctan(Q2P2)P2

<0110kV高压输电线路送端相电压

U1

1jYl1Zl12U2Zl1I2 （2） 110kV高压输电线路送端电流

I1jYl11jYl1Zl14U2

1jYl1Zl12I2 （3） 于是由式（2）、式（3）得

U1ABU2

I1

CD （4） I2即 U2

DBU1

I

2

CA （5）I1 

式中

AD1jYl1Zl12，BZl1

，CjYl11+jYl1Zl14

。 110kV高压输电线路送端空载相电压

U10U1jXsI1U10e

j0 （6） 10kVⅠ段母线相电压

U2S31U(Zl21ZT21)U2G31S31

(Zl21ZT21)2U2

（7）

式（7）中G31S为负载计算系数，UI31；G31 2

一般为复数。

U

244

电 工 技 术 学 报 2013年3月

0.4kVⅠ段母线相电压

UU31S4141

U(Zl31ZT31) 31

UGS31G4131(ZZ) （8） Ul31T3131

式中G41G31SI；G为负载计算系数，一般 U414131为复数。

3 PVGS电压仿真

大容量光伏电源接入电网，对电网而言，广义负荷功率为光伏电源功率与负荷功率之和，由于光伏发电功率的快速随机波动性，使广义负荷功率波动加大，从而引起负载端电压变化。并网光伏电源功率变化也影响送端电源的短路容量，即输电线路送端电源电抗发生变化，高压电源负载电流较小，电源短路特性变化导致负载电压变化的影响可以忽略不计。下文主要就负载特性变化对电压稳定性影响进行研究，本研究可以为光伏电源容量限值计算及广义负载的无功功率控制提供依据和方法。

本文以表1参数进行仿真，研究光伏电源接入配电网不同电压等级的电压变化趋势。

表1 配电系统仿真参数

Tab.1 Simulation parameters of distribution network

送端短路容量：1 467MVA；传输线路长度：43km

高压 线路单位电抗、电阻、电容：0.214/km，0.029 2/km，输电0.18F/km

参数

并联补偿电抗器参数：121kV，7.5Mvar 变压器：110kV/10kV，50MVA，Vs%/17.98%，负载损耗201.24kW

中压 高压变至中压变线路长度忽略不计；中压变至低压输电变线路长度：5km

参数

线路单位电抗、电阻：0.2/km，0.04/km 变压器：10kV/0.4kV，2MVA，Vs%/6%，负载损耗19kW

对含PVGS的配电网电压稳定性仿真内容有： （1）110kV传输线送端电压对受端电压的调整率，即ku2(U1U2)U2100%，仿真结果如图3所示。

（2）110kV传输线送端电压对10kV母线电压的调整率，即ku31(U1U31)U31100%，仿真结果如图4所示。

（3）110kV传输线送端电压对0.4kV母线电压的调整率ku41(U1U41)U41100%，仿真结果如图5所示。

广义负载视在相功率S/MV·A

广义负载视在相功率S/MV·A

图3 110kV传输线受端电压调整率曲线 Fig.3 Voltage regulation curve of 110kV

transmission-line receiving side

广义负载视在相功率S31/MV·A

广义负载视在相功率S31/MV·A

图4 10kVⅠ段母线电压调整率曲线

Fig.4 Voltage regulation curve of the No.Ⅰ10kV-bus segment

第28卷第3期

陈 权等 光伏发电并网系统的仿真建模及对配电网电压稳定性影响 245

广义负载视在相功率S41/MV·A

广义负载视在相功率S41/MV·A

图5 0.4kV I段母线电压调整率曲线

Fig.5 Voltage regulation curve of the No. I 0.4kV-bus

segment

图3给出了当广义负载视在相功率在0～50MV·A变化时110kV传输线受端电压调整率曲线。图中“超前”表示过补偿，功率因数为负值表示有功逆流。由图3可得：功率因数高，受端电压受负载功率影响小；当功率因数为+0.98（超前）时，负载相功率在0～50MV·A范围内变化时，受端电压变化约1%；当功率因数为0.98时（逆流），受端电压变化范围小于2%。

图4中，S

31

0G31

S，广义负载视在相功率S=0～50MV·A，设负载计算系数G31=0.3。由图4 可得：功率因数高，10kVⅠ段电压稳定性受10kVⅠ段母线负载功率影响小；当负载功率因数为1，则广义负载相功率在0～15MV·A范围内变化时，10kVⅠ段母线电压变化在1%以内。

图5中，S41

0G41G31

S，设负载计算系数G

31

与G41分别为0.3、0.1，广义负载视在相功率S=0～50MV·A。由图5可知：功率因数高，0.4kVⅠ段母线电压稳定性受0.4kVⅠ段母线负载功率影响小；有功功率正向流动时，功率因数控制在+1，或有功功率逆向流动时，功率因数控制在0.98（滞后），则0.4kV母线电压变化在2.5%以内。

综上仿真结果可得：①功率因数波动对电压稳定性影响较功率波动大。例如图3有功逆流情况下，广义负载功率为10MV·A时，功率因数由1变化至0.98时Ku2变化0.42%；而对于功率因数为0.98

若Ku2变化0.42%，功率波动约21MV·A，对于功率因数为1时功率波动约18MV·A。②光伏发电功率随机性影响广义负载功率波动。例如图3有功逆流情况下，系统控制功率因数为0.98时，若光伏发

电功率变化使得广义负荷功率变化5MV·A，则0.4kV配网电压变化约0.114%。③近年来有文章研究光伏电源的无功补偿功能[11]，对PVGS而言，它所影响的是广义负载视在功率和功率因数，因此仿真结果也代表了具有无功补偿功能的PVGS对电压稳定性影响。

4 PVGS测试

为验证光伏并网配网电压变化特性，对合肥阳光电源500kWp PVGS进行了测试，图6是该光伏

发电系统配电图。500kW三相光伏逆变器输出0.27kV三相交流电，由光伏变压器Ⅰ升压至0.4kV接入网侧0.4kV母线供本厂负荷使用。10kV厂变为工厂供配电系统与电网的联络变压器，以吸收光伏发电剩余功率或向工厂负荷供给功率。该光伏发电

并网拓扑结构，从I

10

测点向光伏电源看，光伏电源为0.4kV光伏电站，I10

测点为光伏电站0.4kV并网点，I

3

测点为逆变器0.27kV并网点；从I11

测点往 光伏电源看，光伏电源为0.4kV分布式发电系统之 一，I10

测点为0.4kV分布式发电系统并网点之一。

图6 阳光电源光伏发电并网配电图

Fig.6 Distribution network with photovoltaic generation

in Sungrow Power Company

测试工况：多云，光伏电源正常并网运行（不包含光伏电源自然并网过程）；测试时间：2010年5月24日9:39′13〞至18:57′56〞。测试仪器：PQ216

246

电 工 技 术 学 报 2013年3月

电能质量测试仪（教育部电能质量工程研究中心研制）。由于条件这里主要对光伏电源0.4kV并网

点进行测试，同时测量U

1

、I10

、U3

、I3

信号进行 处理分析，结果如图7～图9及表2、表3。图7为0.4kV母线基波电压有效值变化曲线，约12:00（午饭时间）由于车间大部分感性或阻感性设备停止运 转，0.4kV母线相电压回至4003V；在17:45′（下

班时间）大部分设备又停止运行，母线电压再次升

高至4003V；在18:25′光伏并网逆变器解列，停

止光伏发电。图8为0.27kV并网点有功与无功功率变化情况，在12:53′最高发电功率达256.2kW，18:25′光照弱光伏电源解列，解列后光伏逆变器电容与外部电感之间发生约30min时间无功振荡过程。表2在给出三相相电压幅值变化的同时，也根据GB12325—2008《电能质量 供电电压偏差》计算出电压偏差最大、最小及平均值。表3为光伏变0.4kV端功率统计报表，由测试数据来看，由于光伏电源容量较小光伏系统向0.4kV母线注入谐波并不大，但可知光伏电源接入配网所产生的谐波使得系统功率因数由0.999下降至0.987。

图7 0.4kV母线基波电压有效值变化

Fig.7 The fluctuation of 0.4kV-bus fundamental voltage

RMS

图8 0.27kV端功率变化

Fig.8 Power fluctuation of 0.27kV grid connected node

图9 0.4kV并网点功率变化

Fig.9 The total input power fluctuation of 0.4kV

distribution system 表2 电压有效值统计报表 Tab.2 Statistical report of RMS voltage

A/V B/V C/V 偏差（%） 最大值 231.87 232.42 232.09 +0. 最小值 223.62 224.81 224.23 3.17 平均值

226.83 227.99 227.57 1.277

表3 功率统计报表 Tab.3 Statistical report of power

基波有功基波视在

总视在

基波功率真功率功率/kW功率/kV·A 功率/kV·A

因数

因数光伏变0.4kV端178.26178.39 180.59 0.999

0.987

由图7～图9及表2、表3得：

（1）网侧电源供电时，因网侧没有无功补偿装

置，网侧功率因数低，当负荷由光伏电源供电时，功率因数高。

（2）对于多云天气，光伏发电功率在中午时间波动范围为25%～100%，变化周期为1～2min，光伏电源接入电网，将使电网广义负荷的峰谷差加大，由于波动周期短，严重时系统难以通过平移负荷或调度电源解决光伏发电系统造成的系统广义负荷峰谷差大的问题。

（3）由电压偏差最大、最小值可知广义负载容量变化对电压稳定性有影响，并影响网侧功率因数，其中广义负载容量变化部分由光伏电源引起，因此若要系统功率因数，则有必要对并网光伏电源的容量加以。

（4）从真功率因数及基波功率因数值可知，光伏电源接入配电网将产生一系列谐波是系统功率因数下降原因之一。

第28卷第3期

陈 权等 光伏发电并网系统的仿真建模及对配电网电压稳定性影响 247

5 结论

根据统一PVGS等效电路研究了0.4kV、10kV、110kV母线上广义负载功率变化、系统功率因数和电压调整率的关系。由研究得：

（1）功率波动越大，功率因数越低，电压波动越严重。

（2）对于同样的功率波动和功率因数，电压等级越低电压波动越严重。

（3）根据负载功率波动范围和电压波动限值，由仿真曲线可确定允许光伏发电并网容量的限值。

（4）提高并稳定光伏发电并网点负载功率因数是提高电网电压稳定性的根本方法。

另外，通过对某公司500kWp光伏并网系统电压、电流测试，测试结果一方面反映了光伏发电功率随日照强度的变化特性，另一方面对测试结果进行分析表明：含光伏电源的配电系统电网侧电源供电时，因网侧没有无功补偿装置，网侧功率因数低，电压变化相对较大；当负荷由光伏电源供电时，功率因数高。

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作者简介

陈 权 男，1975年生，博士研究生，副教授，现主要从事电能质量治理及新能源利用方面研究。

李令冬 男，1942年生，学士，教授，主要从事工业节电与配电网电能质量控制方面研究。

2013年3月 第28卷第3期

电 工 技 术 学 报

TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY

Vol.28 No. 3

Mar. 2013

光伏发电并网系统的仿真建模及

对配电网电压稳定性影响

陈 权1 李令冬1 王群京1 段晓波2 叶金根1 曾 野1

（1. 安徽大学教育部电能质量工程研究中心 合肥 230601 2. 河北省电力公司 石家庄 050021）

摘要 为掌握光伏发电并网对电压稳定性的影响，首先基于广义负载概念建立光伏发电并网系统（PVGS）统一电路模型，并利用该模型研究了电压稳定性。研究表明广义负载功率波动、功率因数、接入配电网电压等级对电压波动影响较大，提高并稳定并网点功率因数是提高电压稳定性的根本方法。最后对某公司500kWp光伏发电并网系统测试分析，证明了上述结论。

关键词：配电网 光伏发电 广义负载 电路模型 电压稳定性 中图分类号：TM712

Simulation Model of Photovoltaic Generation Grid-Connected System

and Its Impacts on Voltage Stability in Distribution Grid

Chen Quan1 Li Lingdong1 Wang Qunjing1 Duan Xiaobo2 Ye Jingen1 Zeng Ye1

（1. Power Quality Engineering Research Center Ministry of Education

Anhui University Hefei 230601 China

2. Hebei Electric Power Corporation Shijiazhuang 050021 China）

Abstract In order to gain an understanding of the effects the photovoltaic(PV) generation might have upon the voltage stability in distribution grid, a general PV grid-connected power generation system(PVGS) circuit model based generalized load is built in this paper, and is applied to study the voltage stability. The simulation results show that voltage fluctuation is deeply affected by the fluctuation power, the power factor and the voltage levels of distribution grid. The basic approach to improve voltage stability is to increase and stable power factor. Finally, some simulation conclusions are showed by analysis of the data measured in a company 500kWp PV grid-connected system.

Keywords：Distribution grid, photovoltaic generation, generalized load, circuit model, voltage stability

网，在无充足储能情况下，会发生电压波形严重畸变和功率缺乏等电能质量问题[3,4]。研究表明，安装储能装置可以缓解由于光伏发电波动所带来的电压、功率潮流等波动[5]，但发电成本有所增加。若能够根据光伏接入容量、负载特性、网络结构及系统功率因数要求估算出电压变动范围，在一定的电压范围内配电系统工作人员借助合理规划可以避免高额投资。对波动估算得越准确，则配电网络规划得越经济、合理。

目前就光伏接入容量对功率因数、电压波动的影响作系统研究得较少，多数为了稳定节点电压采

1 引言

光伏发电由补充能源向替代能源过渡，并最终占据能源主导地位是必然趋势[1]，然而光伏发电出力的随机性与电网不友好的特征使电网电压不稳定[2]，是阻碍光伏发电大规模发展的技术瓶颈之一。在接有大容量光伏发电的配电网，此特征给预测节点电压和功率变化趋势带来困难，尤其在一些本来电量供给就不充裕的用户；在一些小容量电网或孤立微

收稿日期 2010-09-06 改稿日期 2012-07-16

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电 工 技 术 学 报 2013年3月

取的方法是力争在光伏发电的源头抑制电压波动等影响电能质量现象发生[6-8]。根据GB12326—90电能质量电压允许波动和闪变标准要求，允许电压在一定范围内波动。另一方面，对于某一特定配电网，若能够在不影响电能质量前提下，估算可接纳光伏发电并网容量，有利于配电网的安全经济运行。

若对以上问题作全面研究，首先必须建立光伏发电并网系统（PV Grid-Connected Power Generation System, PVGS）统一模型。对于建立光伏并网电路模型，在多数文献中一般将光伏发电系统看作一个电源，从而具有光伏并网的配电网可看作是多电源网络[9,10]，作者认为这势必给分析研究带来一定的复杂性。实际上，在光伏接入配电网中，可以将光伏电源看作是配电母线上一个特殊负载，它不是消耗有功功率，而是发出有功功率（或消耗功率为负值），即它的功率因数可以出现负值。

为研究光伏发电对配电网电压稳定性的影响，本文将光伏电源看作是配电网的一个负载，和其他普通负载一起称作广义负载，建立含广义负载的统一电路模型，在此基础上就某系统进行仿真，得出光伏发电波动引起电压变化趋势。另外，对某公司500kWp PVGS进行测试，对仿真结论进行验证。在仿真和测试分析的基础上给出一些指导性结论与建议。

2 配网内PVGS建模

2.1 PVGS的结构类型

PVGS一般分为光伏电站（见图1a）、含光伏电源的微网发电并网系统（见图1b）、分布式PVGS（见图1c）三种结构类型。

光伏电站特点是所发电能被直接输送到电网上，由电网统一调配向用户供电，光伏电站发电功率不可调度。

含光伏电源的微网发电并网系统是将光伏发电、柴油发电、燃气发电、蓄能发电等结合起来并网向用户供电的系统。含光伏电源的微网发电并网系统通过对各电源控制，基本可以动态满足负荷的电力需求。微网系统对电网电力需求稳定，对电网冲击小，对负荷供电可靠性高。微网光伏发电功率可调度。

分布式PVGS特点是所发电能直接分配到用户负载上，多余或不足的电力通过连接电网来调节，分布式光伏发电功率不可调度。根据光伏电源是否被允许向主电网馈电，分布式PVGS分为可逆流系

统与不可逆流系统。当光伏发电能力大于负载或发电时间同负荷用电时间不一致时，一般均设计成可逆流系统，以保证电能平衡。

(a) 光伏电站

(b) 含光伏电源的微网发电并网系统

(c) 两种分布式PVGS

图1 PVGS结构类型

Fig.1 Structures of photovoltaic grid connected system

2.2 设计PVGS等效电路的思考

（1）PVGS分光伏电站、分布式PVGS、含光伏电源的微网发电并网系统三种结构类型。在光伏电站中把光伏电源与电网电源并联作为负载电源，其特点是电网的负载特性不变，本级电网短路特性随光伏电源发电功率而变化，但对上一级电网，可把光伏电站作为广义负载看待；在分布式PVGS中把光伏电源作为广义负载看，其特点是电网的负载特性随光伏电源发电功率而变化，电源短路特性变

第28卷第3期

陈 权等 光伏发电并网系统的仿真建模及对配电网电压稳定性影响 243

化很小；在含光伏电源的微网发电并网系统中把光伏电源、柴油发电机等作为广义负载看，其特点是电源短路特性和负载特性变化均很小。因此，在仿真分析时，若把各种情况归算为电源短路特性和广义负载的变化，则各种结构类型PVGS可以用统一的等效电路表示。

（2）小容量（＜1MW）光伏电源一般接入0.4kV系统，大容量（≥1MW）光伏电源多是通过升压变压器接入10kV系统。若光伏电源大规模地接入中低压配网系统，则其随机性将影响高（110kV或220kV）、中（10kV）、低（0.4kV）三级电压的稳定性、电能质量和运行经济性，为此用于研究的等效电路应该包括高、中、低三个电压等级。 2.3 含光伏电源的配电网等效电路

50Hz电磁波波长≈6 000km，

只要传输线路长度小于/20，高压传输线路部分可用线性无源双向对称二端口网络表示，因此含光伏电源的配电网等效电路如图2所示。

图2 含光伏电源的配电网等效电路 Fig.2 Distribution network equivalent circuit with

photovoltaic power

图2中：U10，U1，U2，Xs，XL，Zl1，Yl1，I1

，S1，I2，S2

，I，S为110kV高压输电线路送端空载相电压、受端相电压、送端相电压、送端电源电抗、并联补偿电抗、阻抗、导纳、送端电流、送

端功率、受端电流、受端功率（为负载电流I

（或功率P+jQ）

与并联补偿电抗器电流IL

（或功率jQL）之和）、受端广义负载电流、受端广义负载功率（包含光伏电源电流和功率）。

ZT21，ZT2n，Zl2,1，Zl2,n，I31，S31

为110kV高压降压站1#变压器阻抗、n#变压器阻抗、1#变压器进线电缆阻抗、n#变压器进线电缆阻抗、1#变压器10kV出线广义负载电流和广义负载功率（包含光伏

电源电流和功率）。

ZT31，ZT3n，Zl3,1，Zl3,n，I41，S41

为10kV中压 降压站1#变压器阻抗、n#变压器阻抗、1#变压器进线电缆阻抗、n#变压器进线电缆阻抗、1#变压器0.4kV出线广义负载电流和广义负载功率（包含光伏电源电流和功率）。

U31，U3n，I41，U4n

为10kV中压Ⅰ段相电压、 n段相电压、0.4kV低压Ⅰ段与n段相电压。 2.4 电压计算

设110kV高压输电线路受端相电压为U2U2

∠0°， 功率为S

2

P2

jQ2

，则高压输电线路受端电流为 IPj2S2U2Q2S2ej2 （1） 2

U2U2式中



2arctan(Q2P2)

P2≥0 2180arctan(Q2P2)P2

<0110kV高压输电线路送端相电压

U1

1jYl1Zl12U2Zl1I2 （2） 110kV高压输电线路送端电流

I1jYl11jYl1Zl14U2

1jYl1Zl12I2 （3） 于是由式（2）、式（3）得

U1ABU2

I1

CD （4） I2即 U2

DBU1

I

2

CA （5）I1 

式中

AD1jYl1Zl12，BZl1

，CjYl11+jYl1Zl14

。 110kV高压输电线路送端空载相电压

U10U1jXsI1U10e

j0 （6） 10kVⅠ段母线相电压

U2S31U(Zl21ZT21)U2G31S31

(Zl21ZT21)2U2

（7）

式（7）中G31S为负载计算系数，UI31；G31 2

一般为复数。

U

244

电 工 技 术 学 报 2013年3月

0.4kVⅠ段母线相电压

UU31S4141

U(Zl31ZT31) 31

UGS31G4131(ZZ) （8） Ul31T3131

式中G41G31SI；G为负载计算系数，一般 U414131为复数。

3 PVGS电压仿真

大容量光伏电源接入电网，对电网而言，广义负荷功率为光伏电源功率与负荷功率之和，由于光伏发电功率的快速随机波动性，使广义负荷功率波动加大，从而引起负载端电压变化。并网光伏电源功率变化也影响送端电源的短路容量，即输电线路送端电源电抗发生变化，高压电源负载电流较小，电源短路特性变化导致负载电压变化的影响可以忽略不计。下文主要就负载特性变化对电压稳定性影响进行研究，本研究可以为光伏电源容量限值计算及广义负载的无功功率控制提供依据和方法。

本文以表1参数进行仿真，研究光伏电源接入配电网不同电压等级的电压变化趋势。

表1 配电系统仿真参数

Tab.1 Simulation parameters of distribution network

送端短路容量：1 467MVA；传输线路长度：43km

高压 线路单位电抗、电阻、电容：0.214/km，0.029 2/km，输电0.18F/km

参数

并联补偿电抗器参数：121kV，7.5Mvar 变压器：110kV/10kV，50MVA，Vs%/17.98%，负载损耗201.24kW

中压 高压变至中压变线路长度忽略不计；中压变至低压输电变线路长度：5km

参数

线路单位电抗、电阻：0.2/km，0.04/km 变压器：10kV/0.4kV，2MVA，Vs%/6%，负载损耗19kW

对含PVGS的配电网电压稳定性仿真内容有： （1）110kV传输线送端电压对受端电压的调整率，即ku2(U1U2)U2100%，仿真结果如图3所示。

（2）110kV传输线送端电压对10kV母线电压的调整率，即ku31(U1U31)U31100%，仿真结果如图4所示。

（3）110kV传输线送端电压对0.4kV母线电压的调整率ku41(U1U41)U41100%，仿真结果如图5所示。

广义负载视在相功率S/MV·A

广义负载视在相功率S/MV·A

图3 110kV传输线受端电压调整率曲线 Fig.3 Voltage regulation curve of 110kV

transmission-line receiving side

广义负载视在相功率S31/MV·A

广义负载视在相功率S31/MV·A

图4 10kVⅠ段母线电压调整率曲线

Fig.4 Voltage regulation curve of the No.Ⅰ10kV-bus segment

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陈 权等 光伏发电并网系统的仿真建模及对配电网电压稳定性影响 245

广义负载视在相功率S41/MV·A

广义负载视在相功率S41/MV·A

图5 0.4kV I段母线电压调整率曲线

Fig.5 Voltage regulation curve of the No. I 0.4kV-bus

segment

图3给出了当广义负载视在相功率在0～50MV·A变化时110kV传输线受端电压调整率曲线。图中“超前”表示过补偿，功率因数为负值表示有功逆流。由图3可得：功率因数高，受端电压受负载功率影响小；当功率因数为+0.98（超前）时，负载相功率在0～50MV·A范围内变化时，受端电压变化约1%；当功率因数为0.98时（逆流），受端电压变化范围小于2%。

图4中，S

31

0G31

S，广义负载视在相功率S=0～50MV·A，设负载计算系数G31=0.3。由图4 可得：功率因数高，10kVⅠ段电压稳定性受10kVⅠ段母线负载功率影响小；当负载功率因数为1，则广义负载相功率在0～15MV·A范围内变化时，10kVⅠ段母线电压变化在1%以内。

图5中，S41

0G41G31

S，设负载计算系数G

31

与G41分别为0.3、0.1，广义负载视在相功率S=0～50MV·A。由图5可知：功率因数高，0.4kVⅠ段母线电压稳定性受0.4kVⅠ段母线负载功率影响小；有功功率正向流动时，功率因数控制在+1，或有功功率逆向流动时，功率因数控制在0.98（滞后），则0.4kV母线电压变化在2.5%以内。

综上仿真结果可得：①功率因数波动对电压稳定性影响较功率波动大。例如图3有功逆流情况下，广义负载功率为10MV·A时，功率因数由1变化至0.98时Ku2变化0.42%；而对于功率因数为0.98

若Ku2变化0.42%，功率波动约21MV·A，对于功率因数为1时功率波动约18MV·A。②光伏发电功率随机性影响广义负载功率波动。例如图3有功逆流情况下，系统控制功率因数为0.98时，若光伏发

电功率变化使得广义负荷功率变化5MV·A，则0.4kV配网电压变化约0.114%。③近年来有文章研究光伏电源的无功补偿功能[11]，对PVGS而言，它所影响的是广义负载视在功率和功率因数，因此仿真结果也代表了具有无功补偿功能的PVGS对电压稳定性影响。

4 PVGS测试

为验证光伏并网配网电压变化特性，对合肥阳光电源500kWp PVGS进行了测试，图6是该光伏

发电系统配电图。500kW三相光伏逆变器输出0.27kV三相交流电，由光伏变压器Ⅰ升压至0.4kV接入网侧0.4kV母线供本厂负荷使用。10kV厂变为工厂供配电系统与电网的联络变压器，以吸收光伏发电剩余功率或向工厂负荷供给功率。该光伏发电

并网拓扑结构，从I

10

测点向光伏电源看，光伏电源为0.4kV光伏电站，I10

测点为光伏电站0.4kV并网点，I

3

测点为逆变器0.27kV并网点；从I11

测点往 光伏电源看，光伏电源为0.4kV分布式发电系统之 一，I10

测点为0.4kV分布式发电系统并网点之一。

图6 阳光电源光伏发电并网配电图

Fig.6 Distribution network with photovoltaic generation

in Sungrow Power Company

测试工况：多云，光伏电源正常并网运行（不包含光伏电源自然并网过程）；测试时间：2010年5月24日9:39′13〞至18:57′56〞。测试仪器：PQ216

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电 工 技 术 学 报 2013年3月

电能质量测试仪（教育部电能质量工程研究中心研制）。由于条件这里主要对光伏电源0.4kV并网

点进行测试，同时测量U

1

、I10

、U3

、I3

信号进行 处理分析，结果如图7～图9及表2、表3。图7为0.4kV母线基波电压有效值变化曲线，约12:00（午饭时间）由于车间大部分感性或阻感性设备停止运 转，0.4kV母线相电压回至4003V；在17:45′（下

班时间）大部分设备又停止运行，母线电压再次升

高至4003V；在18:25′光伏并网逆变器解列，停

止光伏发电。图8为0.27kV并网点有功与无功功率变化情况，在12:53′最高发电功率达256.2kW，18:25′光照弱光伏电源解列，解列后光伏逆变器电容与外部电感之间发生约30min时间无功振荡过程。表2在给出三相相电压幅值变化的同时，也根据GB12325—2008《电能质量 供电电压偏差》计算出电压偏差最大、最小及平均值。表3为光伏变0.4kV端功率统计报表，由测试数据来看，由于光伏电源容量较小光伏系统向0.4kV母线注入谐波并不大，但可知光伏电源接入配网所产生的谐波使得系统功率因数由0.999下降至0.987。

图7 0.4kV母线基波电压有效值变化

Fig.7 The fluctuation of 0.4kV-bus fundamental voltage

RMS

图8 0.27kV端功率变化

Fig.8 Power fluctuation of 0.27kV grid connected node

图9 0.4kV并网点功率变化

Fig.9 The total input power fluctuation of 0.4kV

distribution system 表2 电压有效值统计报表 Tab.2 Statistical report of RMS voltage

A/V B/V C/V 偏差（%） 最大值 231.87 232.42 232.09 +0. 最小值 223.62 224.81 224.23 3.17 平均值

226.83 227.99 227.57 1.277

表3 功率统计报表 Tab.3 Statistical report of power

基波有功基波视在

总视在

基波功率真功率功率/kW功率/kV·A 功率/kV·A

因数

因数光伏变0.4kV端178.26178.39 180.59 0.999

0.987

由图7～图9及表2、表3得：

（1）网侧电源供电时，因网侧没有无功补偿装

置，网侧功率因数低，当负荷由光伏电源供电时，功率因数高。

（2）对于多云天气，光伏发电功率在中午时间波动范围为25%～100%，变化周期为1～2min，光伏电源接入电网，将使电网广义负荷的峰谷差加大，由于波动周期短，严重时系统难以通过平移负荷或调度电源解决光伏发电系统造成的系统广义负荷峰谷差大的问题。

（3）由电压偏差最大、最小值可知广义负载容量变化对电压稳定性有影响，并影响网侧功率因数，其中广义负载容量变化部分由光伏电源引起，因此若要系统功率因数，则有必要对并网光伏电源的容量加以。

（4）从真功率因数及基波功率因数值可知，光伏电源接入配电网将产生一系列谐波是系统功率因数下降原因之一。

第28卷第3期

陈 权等 光伏发电并网系统的仿真建模及对配电网电压稳定性影响 247

5 结论

根据统一PVGS等效电路研究了0.4kV、10kV、110kV母线上广义负载功率变化、系统功率因数和电压调整率的关系。由研究得：

（1）功率波动越大，功率因数越低，电压波动越严重。

（2）对于同样的功率波动和功率因数，电压等级越低电压波动越严重。

（3）根据负载功率波动范围和电压波动限值，由仿真曲线可确定允许光伏发电并网容量的限值。

（4）提高并稳定光伏发电并网点负载功率因数是提高电网电压稳定性的根本方法。

另外，通过对某公司500kWp光伏并网系统电压、电流测试，测试结果一方面反映了光伏发电功率随日照强度的变化特性，另一方面对测试结果进行分析表明：含光伏电源的配电系统电网侧电源供电时，因网侧没有无功补偿装置，网侧功率因数低，电压变化相对较大；当负荷由光伏电源供电时，功率因数高。

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作者简介

陈 权 男，1975年生，博士研究生，副教授，现主要从事电能质量治理及新能源利用方面研究。

李令冬 男，1942年生，学士，教授，主要从事工业节电与配电网电能质量控制方面研究。

新能源 New Energy

光伏发电并网系统跟踪方法的改进

党　克，杨维湘，严干贵

（东北电力大学电气工程学院，吉林 吉林 132012）

摘要：针对改善光伏发电系统中最大功率跟踪环节因算法缺陷产生的影响系统稳定的问题，提出了一种扰动观察法的改进方案，同时建立了一种适合仿真的PWM模块，并分析了光伏阵列模型的输出特点，结合经典扰动观察法的原理，找到了经典算法在复杂环境下跟踪时，出现震荡与误判等不利因素的原因。在此基础上，提出设定跟踪点目标域的新思路并且加入智能判定环节，使跟踪更加可靠，提高系统稳定性；然后，分析了传统变步长优化方法的局限性，最后总结了改进方法并在PSCAD环境下进行了对比仿真，结果证明改进方案有效。

关键词：最大功率点跟踪；扰动观察法；改进；PSCAD；仿真中图分类号：TM614

文献标志码：B

文章编号：1003-0867(2013)04-0056-03

光伏并网系统中，光伏电池输出功率随机性易造成电网电压波动、闪变[1,2]。有效的跟踪方法可以减小双级系统前级的输出电压波动，也可以提高单级系统的转化效率。

扰动观察法（P&O）作为一种最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）手段应用于实际系统中，它有着原理简单及对硬件要求低等优点。但是，其算法本身也存在着一些问题——跟踪点可能在最大功率点附近震荡，以及在复杂天气下跟踪会出现误判等[3]。以上两个问题会导致控制信号有效瞬时值相对其目标位置产生短期的积累性变化，这种变化严重时可能导致电压崩溃。

针对上述问题，本文提出一种改进方案。通过分析跟踪点震荡与误判时产生抖动的外界条件、内部原因，论述了改进方案及其合理性，并在PSCAD环境下搭建仿真电路，对PWM与MPPT模块建模，与传统方法进行对比仿真，证明方案有效性。

图1 不同照度下的阵列I-V和P-V曲线

其中，Uo为BOOST电路输出电压，E为输入电压，α为占空比。

由公式(1)可得：

α = (U0 – E)/U0 (2)

由此可知，得到输入电压与目标电压即可获得需要的占空比。将占空比作为一个关键字与一个幅值为1、经过整流之后的正弦信号比较，如图2所示。波信号小于关键字的部分输出低电平，大于或等于关键字的部分输出高电平，这样就实现了一个便于仿真的PWM模块。

1 仿真模型

1.1 光伏阵列的模型

参考文献[5]在PSCAD中建立光伏阵列模型并进行仿真，仿真曲线如图1所示，在相同温度、不同照度的情况下，阵列的（600 W/m2，800 W/m2，1000 W/m2）

P–V、I–V曲线都分别表现出很强的非线性[4,5]。1.2　PWM模块

在MPPT的仿真研究中，PWM模块的建立是一个重要环节，它是能否实现跟踪功能的关键。为了准确完成在

RURAL ELECTRIFICATION线对脉冲宽度的调节，本文建立了一种以整流电路和一个比较环节为主体的电路，该电路结构简单，实现方便，能快速、准确的实现PWM模块的功能。接口电路以BOOST电路为例，其输入、输出关系为： U0 = 1/(1 – α)×E (1)图2 PWM原理

562013年第04期 总第311期2 跟踪方法

2.1 扰动观察法

扰动观察法通过周期性扰动阵列的工作电压，再比较其扰动前后的功率变化，调整跟踪电压，使输出功率趋于最大[6]。流程图如图3所示。

图3　扰动观察法控制流程

这种经典方法也存在一些问题。从图3可以看出，在第一个判定环节P(k) – P(k – 1) = 0，仅当两时刻功率恰好相等或在硬件精度盲区内，才会判定为真，这需要反复迭代实现，所以这个环节可能使追踪点在目标点附近震荡，导致控制信号的抖动，影响系统的稳定性。

其中：V(k)、I(k)和P(k)分别是k时刻的阵列电压、电流采样数据和计算出的功率，V(k–1)、I(k–1)和P(k–1)则是前一个时刻对应的数据，∆V是调整步长。

如图1（a）所示，前后两标记点功率相等而电压不同。曲线和x轴构成了一个闭合凸曲面，在曲线上除极值点外，任意一个X点都有且仅有一个与之对应的O点，这样成对出现的点应有无数对。如果由于某种原因使阵列输出发生变化（如阵列部分遮挡前后的一段时间），使阵列的输出从其中一个标记点附近跃变到另一个附近，那么图3中第一个判定环节就会误判，认为已经跟踪到了最大功率点，影响系统输出功率最大化。

如图1（b），标记的两点有相同的电压值，但是由于光照不同输出功率不相同。如出现电池板部分遮挡等干扰采光的问题，使阵列的输出发生类似之前所述的跃变，那么图3中的二级判定环节和三级判定环节就会出现误判，二级环节中根本没有电压相等的预案，这可能使算法出错，导致电压崩溃。2.2　改进方案

变步长是一种经典的方法，适应范围广，可以优化很多算法的收敛速度。影响算法收敛速度的因素很多，大体

New Energy 新能源可以从两方面分析：就算法本身而言，有些算法迭代较繁琐，延长了运算周期，对于这种算法，变步长可以减少迭代次数，有效提高运算速度；若被控对象的非线性比较强，导致运算时间增加，对于这种情况，变步长起到的作用没有第一种情况理想，被控对象的小幅波动比较强烈时，实际系统存在干扰，当接近目标点，可能仍有较大波动[7]。

针对以上论述，提出以下改进方案：考虑到经典扰动法震荡的问题以及光伏阵列本身的非线性，给算法中加入一个参数，相对于目标点，制造一个“目标域”，其半径为D，当跟踪点达到目标域，视为追踪完成，这样既避免了前文提到的震荡，也减少了运算量。

关于之前提到的误判问题，加入一条判据，对相邻两个功率跟踪点比较，若为真，再进行一次对相邻电压点的比较，仍为真则返回，若不为真则说明可能出现误判，要进入电压比较环节再次确认，如图4所示。

图4 改进后的扰动观察法

3　仿真实验

3.1 对比仿真

利用制作好的模块对两种跟踪方法进行对比仿真，得到其电压输出曲线，结果如图5所示。

图5（a）的仿真条件是开始阶段外部条件缓慢变化，两种跟踪方法的跟踪效果几乎没有差别。某一时刻，加入一个类似图1（a）中从一个标记点到另一个标记点的跃变，可以明显观察到改进方法并没有明显变化，跟踪效果比较稳定；经典跟踪方法，出现了误判。

图5（b）的仿真条件为阵列输出变化特别剧烈时的输出，由于对实际系统元件的精度、温度漂移等问题很难加入仿真中，所以给定阵列的输出变化略强于实际情况，从图中可以看出，在阵列变化较强烈时，经典算法经过一段时间就出现了问题，导致电压崩溃，电压波动密集剧烈且

RURAL ELECTRIFICATION2013年第04期 总第311期57

新能源 New Energy

图5 对比仿真

有上升趋势，改进后的算法稳定度较好。

改进后的算法基本完善了经典算法存在的问题。3.2 仿真实验

为验证改进算法的实际效果，搭建单相光伏并网系统仿真电路[8,9]，观察并网情况。

图6（a）为单项并网的仿真电路图，图6（b）为并网电压和并网电流，在PSCAD下，用C语言编写光伏特性函数，假设温度不变，输出功率由照度决定，利用改进方法并网，可以得到波形良好的电压、电流仿真曲线,结果表明改进方法可在试验中发挥作用，方法有效。

图6 并网仿真及实验

NOI4 结束语ATCIFIR经典算法在环境变化不是很复杂并且没有突变的情况TCE下，仍然有很好的控制效果。本文提出的改进算法有更强LE LA的适应性，不论是对于小型光伏系统可能经常出现的阵列RUR582013年第04期 总第311期部分遮挡问题，还是对于大型系统需要面对复杂天气的问题，其控制效果都优于经典方法。

改进方法中，消除了误判问题，为了避免跟踪点震荡，引入了目标域的概念，解决了震荡的问题。本仿真实验对实际系统实验有一定的指导作用。

参考文献

[1] 王周红, 王日军, 施涛, 等. 并网光伏发电系统建模与仿真[J]. 农村电气化, 2010, 11: 48-49.

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制策略[J]. 电力自动化设备, 2010, 12(30): 92-96.

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法的光伏并网控制系统及其实现[J]. 中国电机工程学报, 2008, 31(28): 94-100.

[9] 杨苹, 曾晓生. 单相光伏并网发电系统控制方法的研究[J].

电力电子技术, 2012, 46(2): 48-51.

（责任编辑：张峰亮）

资讯

复旦研究新型锂电池性能提高80%

复旦大学教授吴宇平课题组完成了一项关于水溶液锂电池体系的最新研究成果，该成果可将锂电池性能提高80%。电动汽车只需充电10 s即可行驶400 km，而且成本低廉，安全不易爆炸。课题组展示了这种锂电池体系。一片薄薄的金属锂，被特制的复合膜紧密包裹，将其置于pH值呈中性的水溶液中，与锂离子电池中传统的正极材料尖晶石锰酸锂组装，即可制成平均充电电压为4.2 V、放电电压为4.0 V的新

型水锂电，突破了水溶液的理论分解电压1.23 V。据称，新型的水锂电采用水溶液作为电解质，阻燃性增强，使电池在使用过程中不易发烫发热，安全性能高；用高分子材料和无机材料制成复合膜，能将电池的能量损耗降到5%以下。

来源：《南方电网报》

研究与设计

基于神经网络光伏发电预测模型的研究

康洪波1，刘瑞梅1，侯秀梅2

（1.河北建筑工程学院，河北张家口075024；2.张家口职业技术学院，河北张家口075000）

摘要：随着光伏发电应用规模和区域的不断扩大，光伏发电系统监控具有越来越重要的意义。而光伏发电预测是光伏监分析影控系统能量调度的一项重要日常工作，是制定输配电方案的主要依据。通过对比三种主流的光伏发电预测模型，响光伏发电量的各种因素，设计了一种新颖的基于ＢＰ神经网络的光伏发电预测模型。该模型根据不同的日类型和季节进行预测子模型划分，预测子模型以温度、历史发电数据、历史日照强度数据为输入数据对模型进行了训练与仿真分析。预测结果验证了该模型的有效性，对于保持电力系统的功率平衡和经济运行有着重要的意义。关键词：光伏发电；光电跟踪；神经网络；发电预测中图分类号：ＴＭ６１５

文献标识码：Ａ

文章编号：１００２－０８７Ｘ（２０１３）０３－０４４７－０３

Researchofpowerforecastingmodelofphotovoltaicpowersystem

basedonneuralnetwork

KANGHong-bo1,LIURui-mei1,HOUXiu-mei2

（1.HebeiInstituteofArchitectureandCivilEngineering,ZhangjiakouHebei075024,China;2.ZhangjiakouVocationalCollegeofTechnology,ZhangjiakouHebei075000,China）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｉｔｓｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎｂｅｃｏｍｅｓｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｄａｉｌｙｗｏｒｋｉｎｅｎｅｒｇｙｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇａｎｄｉｓａｍａｉｎｆａｃｔｏｒｉｎｍａｋｉｎｇｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐｌａｎ．

Ｔｈｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｒｅｅｍａｉｎｓｔｒｅａｍｐｏｗｅｒｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ

ｍｏｄｅｌｓ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄａｎｏｖｅｌｐｏｗｅｒｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎＢＰｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｉｓｍｏｄｅｌｗａｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｓｅｖｅｒａｌｓｏｎｍｏｄｅｌｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｗｅａｔｈｅｒａｎｄｓｅａｓｏｎｓ．Ｓｏｎｍｏｄｅｌｓｔｏｏｋｔｈｅｄａｔａｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｉｓｔｏｒｙｐｏｗｅｒａｎｄｓｕｎｌｉｇｈｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｓｉｎｐｕｔｄａｔａａｎｄｆｉｎｉｓｈｅｄｔｈｅｔｒａｉｎｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｖｅｒｉｆｙｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ｉｔｈａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｉｎｋｅｅｐｉｎｇｔｈｅｂａｌａｎｃｅｏｆｐｏｗｅｒａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｏｐｅｒａｔｉｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＶｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｃｋｉｎｇ；ｎｅｒｕａｌｎｅｔｗｏｒｋ；ｐｏｗｅｒｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ太阳能作为一种新型可再生能源，与传统能源相比具有可再生、无污染、来源广泛等优点，是替代化石能源的主要选择，作为太阳能的重要应用。光伏发电技术已经成为各国争相发展的新能源技术之一。我国太阳能资源极其丰富，尤其是青海、等人烟稀少的地区。太阳能的年日照时数能达到3500h，因此太阳能的利用在我国具有良好的前景，对太阳能的研究和开发已经成为能源利用中的重中之重。

光伏发电系统是由光伏阵列、控制器和电能储存及变换环节构成的发电与电能变换系统。它是利用光生伏特效应原理，将太阳能辐射能量直接转换为电能的发电系统。光伏发电系统发电效率的影响因素众多：有系统各部件的效率、天气情况、系统的朝向、系统的安装倾角等。这其中光伏发电受天气及地域的影响较大，具有随机性和间歇性，大规模光伏电站并网运行会影响电力系统的安全稳定运行。因此，研究光伏发电的预测模型，对于光伏发电具有重要意义。

收稿日期：２０１２－０９－１０基金项目：河北省建设厅２０１１年度经费资助项目（２０１１－１１４）作者简介：康洪波（１９７２—），女，河北省人，硕士，副教授，主要研究方向为电气自动化。

１光伏发电预测方法介绍

光伏阵列发电量预测是指对未来一天或几天的发电量数据做出估计，它是光伏监控系统能量调度的一项重要日常工作，是制定输配电方案的主要依据。发电量预测作用的大小主要取决于预测精度，所以如何提高预测精度是目前研究发电量预测理论与方法的重点[1]。

光伏发电功率预测主要有两种方法。一种是物理方法，另一种是统计方法。物理方法是通过分析气象，电气参数等条件对光伏电池输出特性和转换效率的影响，建立能精确描述光伏电池本身特性的光物理模型。光伏阵列模型是整个光伏物理模型中的重要组成部分，是光伏发电输出预测成功的关键。统计方法是通过长期现场实验来搜集太阳辐射量、气温、风速等气象要素和现场光伏发电系统的输出数据，利用这些数据气温、风速等因素相关的该地光伏发电研发出与太阳辐射量、功率预测模型[2]。

本文采用统计模型的方法对影响光伏发电输出的多种因素进行分析，结合光伏发电历史数据，通过BP神经网络的方法对光伏发电量进行预测。

４４７２０１３．３Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．３

研究与设计

２基于神经网络的光伏发电预测方法分析

光伏阵列发电量预测的核心是利用现有的历史发电量和气象等数据，采用适当的数学预测模型对日发电量进行预测估计，从而得出相应的控制数据，以指导光伏阵列的发电过程。

进行有效地发电量预测要具备两方面的条件，一是历史数据信息的准确性，二是统计方法的选择和实现。目前由于电力电子科技的发展和气象预测水平的提高，加之数据库技术的支撑，精确地获取、掌握各种光伏运行的历史数据已不是什么难事，因此发电量预测的核心问题是建立出准确的光伏发电预测统计模型。

目前对光伏发电具有随机性的预测技术研究并不多，如神经网络模型、多元线性回归模型、径向基函数模型、多层感知模型等。此外，光伏发电系统还是一个部分信息明确、部分未知的典型灰色系统，基于灰色理论的预测模型，在电力规划及负荷预测方面有广泛的应用。

[3]

是预测日若干个时间点的发电量。隐层数取决于输入节点、输输出层节出节点的参数进行确定。假设输入层节点为18点，点为12点，则隐层节点数约为15个点。具体的光伏发电预测结构图如图2所示。

图２光伏发电预测结构图

利用模块化思想，本系统根据季节及天气情况建立了七个夏、秋、冬、睛天、多云、雨天。一方面可预测子模型分别为春、

以简化相应的模型，方便网络的训练；另一方面也有利于提高模型的预测精度。根据实际情况确定了输入层节点数据、输出层节点数据及隐层节点数之后，就可以构造出预测模型的拓扑结构，从而完成网络设计。

完成网络设计之后，就需要采用样本值对网络进行相应的训练，训练时对所有样本正向运行一轮并反向修改权值一通常训练一个网络需要成千上万次。本例当次称为一次训练。

中预测模型的样本数据为光伏监控系统数据库中的历史发电数据和气象数据，数据包括每日的白天12个点钟的发电量数据以及对应时间点的温度和日类型指数。因为本系统已经划分出了几个子系统，因此样本数据也要依据相应的子系统按季节和天气情况进行划分。

将BP神经网络应用于光伏发电预测问题时，训练网络的原始数据中，不同的变量通常以不同的单位变化，数量级的差异也比较大，因此采用归一化的公式来进行决定。

归一化公式为：

神经网络是一种运算模型，由大量的节点（或称“神经元”，或“单元”）和节点之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的激励函数。节点与节点之间用权重系数进行连接。由激励函数、节点、节点之间的连接、权重等构成的网络就是神从而对现经网络。利用网络自身特性对自然界某种算法或者，实状况可以进行模拟实现。

光伏发电是一种复杂的非线性系统，涉及的因素很多，所以模型难以用数学方法准确表现。在这种情况下，可以建立BP神经网络表达非线性参数。该方法把未知系统看成一个黑箱，首先用系统输入输出数据训练BP神经网络，使网络能够表达该未知函数，然后就可以用训练好的BP神经网络预测系统输出。

光伏发电是一种单向的输出形式，而BP神经网络模型是整个网络一种单向传播的多层前向网络，其结构如图1所示，过程分为输入层、隐含层和输出层。光伏发电的输入信号从输入节点传到隐含层各节点，然后输出到输出层，每一层的节点输出只影响下一层的输入，但是下一层设置误差反向学习过程，从而利用传递函数及相应的权重值进行函数训练，从而达到网络训练和模型确定的目的。

光伏阵列发电量神经网络模型主要涉及输入层节点、输出层节点、隐层及隐节点数的确定。其中，输入层节点主要为前一天及预测日的最高、最低预测日前一天的发电时间序列、

气温及前一天和预测日的综合天气指数。输出层节点输入的

CÁ?CÂÁÃÄ?CÁ?CÂCÂÅÆÃÄ

式中：Ci为输入数据或目标；Cmax为样本中的最大值；Cmin为样本中的最小值；Ci'为归一化的数据。

３仿真结果分析

为了验证本文提出的光伏发电预测模型，利用Matlab进行网络的学习算法和迭代过程的实现，预测模型的数据采用光伏发电监控系统数据库中的2012年1月至6月的历史数据、气象数据及历史日照强度值。以春天光伏发电预测子模型为例，针对晴天的天气类型将预测日前一天白天12点的发电量序列和预测日的相应时间点的温度，输入训练好的预测春季子模型，从而得到预测日的发电量。预测结果与实际结果相对比分析，其中均方根误差RMSE=16.11%，预测误差小于16%，整体效果较好。

图１ＢＰ神经网络模型结构

４结语

本文论述了基于神经网络光伏发电预测模型的研究过程。

２０１３．３Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．３

４４８研究与设计

实验结果证明，以神经网络构成的统计预测方法误差率较小，蓄电池电压、蓄电池充电电流、环境温能够利用光伏阵列电压、

度，辐照度等参数有效地完成预测工作。同时由于本文所选的训练样本数据不多，预测结果与实际发电量有一些差距，随着训练样本数目的增多，预测的精度会进一步地提高。因此对于光伏发电系统配合电力系统制定发电计划有着巨大的参考价值。

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!!!!!!!!!!!!(上接第442页)

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JAMESBW．DesignoffeedbackloopinunitypowerfactorACtoDCconvener[C]∥ProceedingsofPowerE1ectronicsSpecialistsConference，19．Austin：IEEE，19：959-967．

!!!!!!!!!!!!(上接第446页)

４结语

本文针对目前智能建筑的发展以及智能建筑概念的更新，在建筑节能、环保和健康的基础上提出了智能建筑水环境系从而拓展了统的概念。并利用光伏发电系统为智能建筑供电，

传统给排水监控系统的概念，丰富了建筑设备监控及管理系统的内涵，为实现智能建筑环保、节能、健康的目标，从水资源利用方面提出了具体可行的方案，有较强的实用价值。

参考文献：

[1]汪海霞．智能建筑水环境监控系统的研究[D]．西安：长安大学，2009：60-62.

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州电子科技大学，2009：17-20.

图３水环境软件系统总体框图

４４９２０１３．３Ｖｏｌ．３７Ｎｏ．３

研究与设计

基于神经网络光伏发电预测模型的研究

康洪波1，刘瑞梅1，侯秀梅2

（1.河北建筑工程学院，河北张家口075024；2.张家口职业技术学院，河北张家口075000）

摘要：随着光伏发电应用规模和区域的不断扩大，光伏发电系统监控具有越来越重要的意义。而光伏发电预测是光伏监分析影控系统能量调度的一项重要日常工作，是制定输配电方案的主要依据。通过对比三种主流的光伏发电预测模型，响光伏发电量的各种因素，设计了一种新颖的基于ＢＰ神经网络的光伏发电预测模型。该模型根据不同的日类型和季节进行预测子模型划分，预测子模型以温度、历史发电数据、历史日照强度数据为输入数据对模型进行了训练与仿真分析。预测结果验证了该模型的有效性，对于保持电力系统的功率平衡和经济运行有着重要的意义。关键词：光伏发电；光电跟踪；神经网络；发电预测中图分类号：ＴＭ６１５

文献标识码：Ａ

文章编号：１００２－０８７Ｘ（２０１３）０３－０４４７－０３

Researchofpowerforecastingmodelofphotovoltaicpowersystem

basedonneuralnetwork

KANGHong-bo1,LIURui-mei1,HOUXiu-mei2

（1.HebeiInstituteofArchitectureandCivilEngineering,ZhangjiakouHebei075024,China;2.ZhangjiakouVocationalCollegeofTechnology,ZhangjiakouHebei075000,China）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｉｔｓｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎｂｅｃｏｍｅｓｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｄａｉｌｙｗｏｒｋｉｎｅｎｅｒｇｙｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇａｎｄｉｓａｍａｉｎｆａｃｔｏｒｉｎｍａｋｉｎｇｐｏｗｅｒｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｐｌａｎ．

Ｔｈｏｕｇｈｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｒｅｅｍａｉｎｓｔｒｅａｍｐｏｗｅｒｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ

ｍｏｄｅｌｓ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄａｎｏｖｅｌｐｏｗｅｒｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎＢＰｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｉｓｍｏｄｅｌｗａｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｓｅｖｅｒａｌｓｏｎｍｏｄｅｌｓａｃｃｏｒｄｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｗｅａｔｈｅｒａｎｄｓｅａｓｏｎｓ．Ｓｏｎｍｏｄｅｌｓｔｏｏｋｔｈｅｄａｔａｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｉｓｔｏｒｙｐｏｗｅｒａｎｄｓｕｎｌｉｇｈｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｓｉｎｐｕｔｄａｔａａｎｄｆｉｎｉｓｈｅｄｔｈｅｔｒａｉｎｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｖｅｒｉｆｙｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ｉｔｈａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｉｎｋｅｅｐｉｎｇｔｈｅｂａｌａｎｃｅｏｆｐｏｗｅｒａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｏｐｅｒａｔｉｏｎ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＶｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｃｋｉｎｇ；ｎｅｒｕａｌｎｅｔｗｏｒｋ；ｐｏｗｅｒｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ太阳能作为一种新型可再生能源，与传统能源相比具有可再生、无污染、来源广泛等优点，是替代化石能源的主要选择，作为太阳能的重要应用。光伏发电技术已经成为各国争相发展的新能源技术之一。我国太阳能资源极其丰富，尤其是青海、等人烟稀少的地区。太阳能的年日照时数能达到3500h，因此太阳能的利用在我国具有良好的前景，对太阳能的研究和开发已经成为能源利用中的重中之重。

光伏发电系统是由光伏阵列、控制器和电能储存及变换环节构成的发电与电能变换系统。它是利用光生伏特效应原理，将太阳能辐射能量直接转换为电能的发电系统。光伏发电系统发电效率的影响因素众多：有系统各部件的效率、天气情况、系统的朝向、系统的安装倾角等。这其中光伏发电受天气及地域的影响较大，具有随机性和间歇性，大规模光伏电站并网运行会影响电力系统的安全稳定运行。因此，研究光伏发电的预测模型，对于光伏发电具有重要意义。

收稿日期：２０１２－０９－１０基金项目：河北省建设厅２０１１年度经费资助项目（２０１１－１１４）作者简介：康洪波（１９７２—），女，河北省人，硕士，副教授，主要研究方向为电气自动化。

１光伏发电预测方法介绍

光伏阵列发电量预测是指对未来一天或几天的发电量数据做出估计，它是光伏监控系统能量调度的一项重要日常工作，是制定输配电方案的主要依据。发电量预测作用的大小主要取决于预测精度，所以如何提高预测精度是目前研究发电量预测理论与方法的重点[1]。

光伏发电功率预测主要有两种方法。一种是物理方法，另一种是统计方法。物理方法是通过分析气象，电气参数等条件对光伏电池输出特性和转换效率的影响，建立能精确描述光伏电池本身特性的光物理模型。光伏阵列模型是整个光伏物理模型中的重要组成部分，是光伏发电输出预测成功的关键。统计方法是通过长期现场实验来搜集太阳辐射量、气温、风速等气象要素和现场光伏发电系统的输出数据，利用这些数据气温、风速等因素相关的该地光伏发电研发出与太阳辐射量、功率预测模型[2]。

本文采用统计模型的方法对影响光伏发电输出的多种因素进行分析，结合光伏发电历史数据，通过BP神经网络的方法对光伏发电量进行预测。

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研究与设计

２基于神经网络的光伏发电预测方法分析

光伏阵列发电量预测的核心是利用现有的历史发电量和气象等数据，采用适当的数学预测模型对日发电量进行预测估计，从而得出相应的控制数据，以指导光伏阵列的发电过程。

进行有效地发电量预测要具备两方面的条件，一是历史数据信息的准确性，二是统计方法的选择和实现。目前由于电力电子科技的发展和气象预测水平的提高，加之数据库技术的支撑，精确地获取、掌握各种光伏运行的历史数据已不是什么难事，因此发电量预测的核心问题是建立出准确的光伏发电预测统计模型。

目前对光伏发电具有随机性的预测技术研究并不多，如神经网络模型、多元线性回归模型、径向基函数模型、多层感知模型等。此外，光伏发电系统还是一个部分信息明确、部分未知的典型灰色系统，基于灰色理论的预测模型，在电力规划及负荷预测方面有广泛的应用。

[3]

是预测日若干个时间点的发电量。隐层数取决于输入节点、输输出层节出节点的参数进行确定。假设输入层节点为18点，点为12点，则隐层节点数约为15个点。具体的光伏发电预测结构图如图2所示。

图２光伏发电预测结构图

利用模块化思想，本系统根据季节及天气情况建立了七个夏、秋、冬、睛天、多云、雨天。一方面可预测子模型分别为春、

以简化相应的模型，方便网络的训练；另一方面也有利于提高模型的预测精度。根据实际情况确定了输入层节点数据、输出层节点数据及隐层节点数之后，就可以构造出预测模型的拓扑结构，从而完成网络设计。

完成网络设计之后，就需要采用样本值对网络进行相应的训练，训练时对所有样本正向运行一轮并反向修改权值一通常训练一个网络需要成千上万次。本例当次称为一次训练。

中预测模型的样本数据为光伏监控系统数据库中的历史发电数据和气象数据，数据包括每日的白天12个点钟的发电量数据以及对应时间点的温度和日类型指数。因为本系统已经划分出了几个子系统，因此样本数据也要依据相应的子系统按季节和天气情况进行划分。

将BP神经网络应用于光伏发电预测问题时，训练网络的原始数据中，不同的变量通常以不同的单位变化，数量级的差异也比较大，因此采用归一化的公式来进行决定。

归一化公式为：

神经网络是一种运算模型，由大量的节点（或称“神经元”，或“单元”）和节点之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的激励函数。节点与节点之间用权重系数进行连接。由激励函数、节点、节点之间的连接、权重等构成的网络就是神从而对现经网络。利用网络自身特性对自然界某种算法或者，实状况可以进行模拟实现。

光伏发电是一种复杂的非线性系统，涉及的因素很多，所以模型难以用数学方法准确表现。在这种情况下，可以建立BP神经网络表达非线性参数。该方法把未知系统看成一个黑箱，首先用系统输入输出数据训练BP神经网络，使网络能够表达该未知函数，然后就可以用训练好的BP神经网络预测系统输出。

光伏发电是一种单向的输出形式，而BP神经网络模型是整个网络一种单向传播的多层前向网络，其结构如图1所示，过程分为输入层、隐含层和输出层。光伏发电的输入信号从输入节点传到隐含层各节点，然后输出到输出层，每一层的节点输出只影响下一层的输入，但是下一层设置误差反向学习过程，从而利用传递函数及相应的权重值进行函数训练，从而达到网络训练和模型确定的目的。

光伏阵列发电量神经网络模型主要涉及输入层节点、输出层节点、隐层及隐节点数的确定。其中，输入层节点主要为前一天及预测日的最高、最低预测日前一天的发电时间序列、

气温及前一天和预测日的综合天气指数。输出层节点输入的

CÁ?CÂÁÃÄ?CÁ?CÂCÂÅÆÃÄ

式中：Ci为输入数据或目标；Cmax为样本中的最大值；Cmin为样本中的最小值；Ci'为归一化的数据。

３仿真结果分析

为了验证本文提出的光伏发电预测模型，利用Matlab进行网络的学习算法和迭代过程的实现，预测模型的数据采用光伏发电监控系统数据库中的2012年1月至6月的历史数据、气象数据及历史日照强度值。以春天光伏发电预测子模型为例，针对晴天的天气类型将预测日前一天白天12点的发电量序列和预测日的相应时间点的温度，输入训练好的预测春季子模型，从而得到预测日的发电量。预测结果与实际结果相对比分析，其中均方根误差RMSE=16.11%，预测误差小于16%，整体效果较好。

图１ＢＰ神经网络模型结构

４结语

本文论述了基于神经网络光伏发电预测模型的研究过程。

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实验结果证明，以神经网络构成的统计预测方法误差率较小，蓄电池电压、蓄电池充电电流、环境温能够利用光伏阵列电压、

度，辐照度等参数有效地完成预测工作。同时由于本文所选的训练样本数据不多，预测结果与实际发电量有一些差距，随着训练样本数目的增多，预测的精度会进一步地提高。因此对于光伏发电系统配合电力系统制定发电计划有着巨大的参考价值。

参考文献：

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!!!!!!!!!!!!(上接第442页)

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!!!!!!!!!!!!(上接第446页)

４结语

本文针对目前智能建筑的发展以及智能建筑概念的更新，在建筑节能、环保和健康的基础上提出了智能建筑水环境系从而拓展了统的概念。并利用光伏发电系统为智能建筑供电，

传统给排水监控系统的概念，丰富了建筑设备监控及管理系统的内涵，为实现智能建筑环保、节能、健康的目标，从水资源利用方面提出了具体可行的方案，有较强的实用价值。

参考文献：

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图３水环境软件系统总体框图

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应用技术APPliedTeehnofogy企业科技与发展2013年第6期(总第348期)No.6,2013(CumulaivellyN0.348)Ente甲risesdeneeAndTechnolo盯&Dev1QP塑竺e些全太阳能光伏发电的设计应用陈秋宇1广西华蓝设计(集团)有限公司,广西南宁530012琢注卿,争雄葬蘸多_国赛私琳终爆能光伙发龟,!琦光殊产典的发展具有重妥的愈义\"丈章络合多的砂题宣麟产玄!光长太阳恤作为一种祈型能源,备受许手妻舜币瓣彝和薄情撼丈获扮龚牵夏嘴硕彝水身)参聋优缺潇灰未来发惫藕练旨冬雀担养畔事珍灌释准畔枣丈先嘴合广西美林项/的实际电峭懊汁禅行介争,一并总结了乓贡光仪太阳能发电的脉瓣=舞.钾扶加脚健中翔毅典每>触硕污场汗枷舔踢俩娜ChenQiuyuuacng心0伪11)heDesi邵aTndApplieationofSolarPhotovoltaieGeneration(-/朋邵卫物.加>D韶枷(伽op)C.,Lto.,N如njdgn[Abstraet1Traditionalenergieshaveeauses访ereas访蜘seriousintemaionatlene卿\"esasirnden咖nemvol面eSolarasanewene卿hasdrnwastuetrionindustyrhasgreat51,击eacnnt砂llution.Photo-manyeoun苗es.aenttion.Howto四伴rvapplyslolrphoaovotltie罗naeriontoeon-taefrohedevelopmtnetofphotovoliateindus卿.Basedonthep,motionOftheene卿tahomendaabroad,relevantnaionatlandindustiarlstndaadrndtachneologiealliteratu,,aswellasthesituationfGuaOn翻Gal呵,thep叩eranalyzesthetchnoloeieaglfea姗5ofsolarphoovo俪e罗neratlon,intnxtlueeshowto罗neratepowerbytheene乓分andsumsuPtheadvnaagesatnddisadvna加嗯esOfiranditsdevelop功en*rendeney.[Keywordslsolarene卿;photovoltie邵neraiotan:desi,and叩plieaiont太阳能光伏发电系统作为一种绿色能源,于20世纪so年,.3负荷分类负荷等级按大型博物馆!展览馆标准确定,属一级负荷供代引人我国\"近年来,随着产业的发展和太阳能电池板单晶硅原材料成本的大幅下降,我国北方地区已有相当多成功应用太阳能光伏发电的案例\"并且在国家利好和国家电网的推动电,具体分级如下\"(l)一级负荷中的重要负荷:安防系统用电,珍贵展品展室照明用电,恒温恒湿空调用电等\"2)一级负荷:消防控制室!防排烟风机!防火卷帘!应(急照明及疏散指示标志灯等消防用电设备,以及生活!排水泵!电梯用电\"下,该技术趋向成熟化,应用领域愈加广泛\"就目前广西而言,太阳能光伏发电应用的案例相对较少,本文结合笔者所设计的广西美术馆项目案例进行介绍\"1,.1广西美术馆项目案例概况项目规模广西美术馆建筑规模约36以洲)时\"本建筑为一类高层公3)二级负荷:展览用电,展厅一般照明,主要办公室!(小会议厅!值班室及各主要通道照明等\"4)三级负荷:除二级负荷以外的设备,如空调等\"(共建筑,耐火等级一级\"地面3层,地下2层,建筑高度为30.4m\"1一3层为展厅!多功能厅!办公室!会议室等场所,地下1一2层为库房及设备用房!餐厅等场所\"1.4负荷计算及变压器容t选取本工程根据建筑!暖通!水工各专业提供的资料,同时结合单位指标法及需要系数法进行负荷计算\"其中,1一3层的展厅!会议室照明插座按30W/耐计算,公共走道!大堂!办公1.2电源引入根据本工程情况,拟由市电不同区域变电站引接2路10场所的照明插座按20WlmZ计算,车库负荷按SW/n12计算\"经计算,总用电计算负荷约3170kw,拟装设2台sCRB川5型125okVA!2台seRBH15型llxx2kvA干式变压器,总装机kV电源进线,2路电源同时工作并互为备用\"rokV电源进线采用电缆埋地引人\"=作者简介>陈秋宇,男,广西华蓝设计(集团)有限公司工程师\"12容量为4500kVA,负载率为65%一75%\"一级!二级负荷总计算负荷平时为815kw,消防时为6以kw,按消防时需要,拟装设发电机容量功率为902kw(备用)1823kw(常用)\"2采用光伏发电方案的背景由于广西美术馆项目是广西的重点工程,也是绿色建筑项目的试点工程,申报为一星级绿色建筑,因此本工程根据实际情况,拟采用太阳能光伏发电系统的形式\"由于本项目所在地南宁市位于广西南部,年日照时数约160Oh\"近年平均年太阳辐射量为4200一00MJ加2,经过倾角调整后为4614川lmZ,属我国第三类太阳能资源区域,较适合建设太阳能光伏发电项目\"本项目年耗电量约613万kw#h,用能标准为1467kw#丫(m,#a)\"在方面,大型的光伏电站可以享受国家的补贴,约0.5元卿\"此外,日后并网运行发电后还能享受电网的补贴\"按照国家电网的相关文件,若项目能成功并网运行,系统的发电补贴2011年约1.巧元爪W#h,2012年约1元瓜W#h\"综合上述,本项目作为广西的重点绿色示范性项目,采用光伏发电是有利于项目长远发展和运营的选择\"3光伏发电在广西美术馆项目设计中的应用.31并网形式的选择确定太阳能光伏发电系统具备实施性之后,我们开始着手太阳能光伏发电系统的细化设计\"按与电力系统之间的联系分类,目前光伏发电系统主要有系统和并网系统2种形式\"(l)运行的光伏发电系统一般由太阳电池方阵!控制器!蓄电池!逆变器及负载5个部分组成\"由于整个系统需要配置蓄电池,导致整个系统的造价比较高,同时由于蓄电池的使用寿命通常为5一8年,报废的蓄电池会对环境造成二次污染\"2()并网型太阳能光伏电站一般由太阳电池方阵!连接器!并网逆变器!计量电表及电网5个部分组成\"其工作原理主要是利用光伏组件将太阳能转换成直流电能,再通过逆变器将直流电逆变成50Hz!230伸阅V的三相或230v单相交流电\"逆变器的输出端通过配电柜与变电所内的变压器低压端(230伸阳V)并联,对负载供电,并将多余的电能送人电网\"并网型太阳能光伏电站在阴雨天或夜间时,由电网供电给负载\"就目前可再生能源的利用条件而言,本项目采用并网运行的太阳能光伏发电系统方案,发电量要求不少于建筑总发电量的2%\"由此可得,该系统总容量为90一100kWPo.32光伏发电系统与建筑物结合及位置定位的论证目前,光伏发电系统与建筑物的结合及位置定位主要有2种形式\"(l)与建筑完全型的光伏系统(BAPV),即整个光伏发电系统是增加在建筑物的屋顶上的,不破坏原有建筑的立面效果\"(2)光伏建筑一体化系统(BIPV),即光伏系统作为建筑元素的一部分,可以作为建筑物的一面墙或屋面\"根据广西美术馆项目的情况,由于该项目立面效果要求很高,且立面的形状均为不规则的多面体,立面的主色调为白色,因此本项目采用与建筑完全型的光伏系统(BAPV)\"经过几个方案的对比,最终选择将型的光伏系统设置在本建筑物的最高处屋面平台,即标高为30.4m的正方形区域处\"根据上述分析,广西美术馆项目拟采用太阳能光伏并网系统,在屋面设置太阳能光伏电池板,安装面积约1口以)时,系统装机容量约92kwp,年发电量约18.7万kw#h,占整个建筑年耗电量的2%(本项目年耗电量约1万kw#h,用能标准为巧0.2kw#丫(mZ#a)\"在屋面设置控制室,内设控制器及逆变器,并通过电气竖井接至地下二层变配电间变压器母线段,并网点设置计量电表及防倒送装置\"广西美术馆项目的太阳能光伏发电板安装在建筑物的最高处,即标高为30.4m的正方形区域处,有效使用面积约980mZ,满足太阳能光伏发电量不少于建筑总发电量的2%的要求\"根据计算,拟对该工程安装系统总容量约92kWP,由4()X块太阳能光伏组件组成\"规格为230W!650mmx990mm太阳能光伏组件安放在正方形屋面上,安装夹角为200\"系统配备5台17kw逆变器,每台逆变器接20串4并共计80块太阳能电池组件,太阳能电池组件进逆变器要经过防雷处理,安装防雷箱,从逆变器出来后接交流配电柜,由交流配电柜出来拉至并网点直接供负载供电\"在屋面处设置机房,各太阳能电池阵列通过交流配电柜接至地下一层变配电间照明专用母排处\"根据太阳能光伏发电情况,太阳能发电的电量主要用于地下车库及各设备房的照明负荷,以及1一3层各公共走道部分,基本能满足这部分负载的用电需求\".33光伏发电的显著成效及瓶颈本项目采用并网发电的太阳能光伏发电技术方案,不仅可以大幅度降低造价,具有更高的发电效率!更好的环保性能和更高的可靠性,而且通过合理的上网电价获得利益回报,也能够减少投资回收周期\"若主管部门能够出面促成广西太阳能光伏发电与南方电网并网发电并可以倒送功率的相关事宜,则本项目的造价及投资回报率将进一步提高,预计10年即可收回投资成本\"尽管采用并网发电的太阳能光伏发电系统具有明显优势,但是鉴于目前广西对太阳能光伏发电系统的应用相对较少,与南方电网公司的对接问题也未得到足够重视,太阳能光伏发电多余的发电量尚不能倒送至电网,因此目前建筑物用不完多发的电量无法倒送至电网,需在并网点安装防倒送装置,导致目前该系统的运营成本相对较高,这将是未来系统推广应用的一大瓶颈\"(下转第19页)13采用多级循环逆流提取工艺,生产步骤少,易操作,生产成本低\"同时,热流提取的熊果酸含量高,色素和其他杂质相对偏少,易于对熊果酸的精制分离,不需要用石油醚脱脂脱色,从而简化了工艺流程,节约了成本\"立项代码为ol0GBZEI()362\"X参考文故118N口山AvAI2HANIuv,PANDAANITAK,RAOY凡Pha一omreolo留andehemotxonao哪\"fDio印界05[J].Phtoeheost,y本项目的研制工作于2()9年年初顺利完成,并于2创为年X5月通过广西壮族自治区科学技术厅组织的科技成果鉴定(桂科鉴字水平\"该工艺经过几年的实际生产应用,证实其工艺路线简单,1998,49(4):901.[2]LluJ.Pharnlaco一\"留ofoleano五cAcidana比olieAeia[J].Ethnopharnucolo留,1995,49(1一2):57一68.12()9218X3号),鉴定结论认为该项目达到国内先进138刘柯形,陶亮亮,马雄,等.熊果酸的生物活性及其研究热点[J2.饮料工业,Zoro,13(7):11#生产成本低,产品收率高,生产设备要求低,生产过程容易控制\"该产品已经成功进入国外市场\"/多级循环逆流法提取柿子落叶中熊果酸工艺中试0已被列人2010年国家科技部农业科技成果转化资金支持的项目,[].]s[陈光,贾澎云,徐绥绪,等.柿叶化学成分的研究(11)1].中草J药,2005,36(z):26.吕光政,韦彩珠,刘樟艳,等.用复合逆流法从柿叶中提取熊果酸的方法[P8.中国专利:zL2009loll39824,2009一04一11.1责任编辑:黄庆发2(上接第13页)太阳能光伏发电是一种绿色能源,近年来随着太阳能电池参]z[考文从板单晶硅原材料成本的大幅下降,光伏行业被越来越多的人认识\"特别是2012年12月19日主持召开常112赵争鸣.太阳能光伏发电及其应用=M2.北京:科学出版社,2005.王长贵.太阳能光伏发电实用技术7M].北京:化学工业出版社,21洲28\"务会议,研究确定促进光伏产业健康发展的措施,提出了5点措施,为太阳能光伏发电未来的发展指明了方向\"国]s[5太阳能光伏发电新技术与发电工程设计!运行!维护及标准规范实家电网及南方电网也积极响应,纷纷出台了一些有利于太阳能光伏发电发展的优惠和措施,且未来还会出台更多更有利物全书6编委会.太阳能光伏发电新技术与发电工程设计!运行!维护及标准规范实物全书1M8.北京:中国电力出版社,2011.于光伏发电的措施\"笔者相信,随着人们对绿色能源认识程度的提高,以及在国家的大力推动下,太阳能光伏发电的应用将日渐广泛,将来和电网的并网事宜也一定可以得到很好的解决\"1资任编辑:黄庆发219应用技术APPliedTeehnofogy企业科技与发展2013年第6期(总第348期)No.6,2013(CumulaivellyN0.348)Ente甲risesdeneeAndTechnolo盯&Dev1QP塑竺e些全太阳能光伏发电的设计应用陈秋宇1广西华蓝设计(集团)有限公司,广西南宁530012琢注卿,争雄葬蘸多_国赛私琳终爆能光伙发龟,!琦光殊产典的发展具有重妥的愈义\"丈章络合多的砂题宣麟产玄!光长太阳恤作为一种祈型能源,备受许手妻舜币瓣彝和薄情撼丈获扮龚牵夏嘴硕彝水身)参聋优缺潇灰未来发惫藕练旨冬雀担养畔事珍灌释准畔枣丈先嘴合广西美林项/的实际电峭懊汁禅行介争,一并总结了乓贡光仪太阳能发电的脉瓣=舞.钾扶加脚健中翔毅典每>触硕污场汗枷舔踢俩娜ChenQiuyuuacng心0伪11)heDesi邵aTndApplieationofSolarPhotovoltaieGeneration(-/朋邵卫物.加>D韶枷(伽op)C.,Lto.,N如njdgn[Abstraet1Traditionalenergieshaveeauses访ereas访蜘seriousintemaionatlene卿\"esasirnden咖nemvol面eSolarasanewene卿hasdrnwastuetrionindustyrhasgreat51,击eacnnt砂llution.Photo-manyeoun苗es.aenttion.Howto四伴rvapplyslolrphoaovotltie罗naeriontoeon-taefrohedevelopmtnetofphotovoliateindus卿.Basedonthep,motionOftheene卿tahomendaabroad,relevantnaionatlandindustiarlstndaadrndtachneologiealliteratu,,aswellasthesituationfGuaOn翻Gal呵,thep叩eranalyzesthetchnoloeieaglfea姗5ofsolarphoovo俪e罗neratlon,intnxtlueeshowto罗neratepowerbytheene乓分andsumsuPtheadvnaagesatnddisadvna加嗯esOfiranditsdevelop功en*rendeney.[Keywordslsolarene卿;photovoltie邵neraiotan:desi,and叩plieaiont太阳能光伏发电系统作为一种绿色能源,于20世纪so年,.3负荷分类负荷等级按大型博物馆!展览馆标准确定,属一级负荷供代引人我国\"近年来,随着产业的发展和太阳能电池板单晶硅原材料成本的大幅下降,我国北方地区已有相当多成功应用太阳能光伏发电的案例\"并且在国家利好和国家电网的推动电,具体分级如下\"(l)一级负荷中的重要负荷:安防系统用电,珍贵展品展室照明用电,恒温恒湿空调用电等\"2)一级负荷:消防控制室!防排烟风机!防火卷帘!应(急照明及疏散指示标志灯等消防用电设备,以及生活!排水泵!电梯用电\"下,该技术趋向成熟化,应用领域愈加广泛\"就目前广西而言,太阳能光伏发电应用的案例相对较少,本文结合笔者所设计的广西美术馆项目案例进行介绍\"1,.1广西美术馆项目案例概况项目规模广西美术馆建筑规模约36以洲)时\"本建筑为一类高层公3)二级负荷:展览用电,展厅一般照明,主要办公室!(小会议厅!值班室及各主要通道照明等\"4)三级负荷:除二级负荷以外的设备,如空调等\"(共建筑,耐火等级一级\"地面3层,地下2层,建筑高度为30.4m\"1一3层为展厅!多功能厅!办公室!会议室等场所,地下1一2层为库房及设备用房!餐厅等场所\"1.4负荷计算及变压器容t选取本工程根据建筑!暖通!水工各专业提供的资料,同时结合单位指标法及需要系数法进行负荷计算\"其中,1一3层的展厅!会议室照明插座按30W/耐计算,公共走道!大堂!办公1.2电源引入根据本工程情况,拟由市电不同区域变电站引接2路10场所的照明插座按20WlmZ计算,车库负荷按SW/n12计算\"经计算,总用电计算负荷约3170kw,拟装设2台sCRB川5型125okVA!2台seRBH15型llxx2kvA干式变压器,总装机kV电源进线,2路电源同时工作并互为备用\"rokV电源进线采用电缆埋地引人\"=作者简介>陈秋宇,男,广西华蓝设计(集团)有限公司工程师\"12容量为4500kVA,负载率为65%一75%\"一级!二级负荷总计算负荷平时为815kw,消防时为6以kw,按消防时需要,拟装设发电机容量功率为902kw(备用)1823kw(常用)\"2采用光伏发电方案的背景由于广西美术馆项目是广西的重点工程,也是绿色建筑项目的试点工程,申报为一星级绿色建筑,因此本工程根据实际情况,拟采用太阳能光伏发电系统的形式\"由于本项目所在地南宁市位于广西南部,年日照时数约160Oh\"近年平均年太阳辐射量为4200一00MJ加2,经过倾角调整后为4614川lmZ,属我国第三类太阳能资源区域,较适合建设太阳能光伏发电项目\"本项目年耗电量约613万kw#h,用能标准为1467kw#丫(m,#a)\"在方面,大型的光伏电站可以享受国家的补贴,约0.5元卿\"此外,日后并网运行发电后还能享受电网的补贴\"按照国家电网的相关文件,若项目能成功并网运行,系统的发电补贴2011年约1.巧元爪W#h,2012年约1元瓜W#h\"综合上述,本项目作为广西的重点绿色示范性项目,采用光伏发电是有利于项目长远发展和运营的选择\"3光伏发电在广西美术馆项目设计中的应用.31并网形式的选择确定太阳能光伏发电系统具备实施性之后,我们开始着手太阳能光伏发电系统的细化设计\"按与电力系统之间的联系分类,目前光伏发电系统主要有系统和并网系统2种形式\"(l)运行的光伏发电系统一般由太阳电池方阵!控制器!蓄电池!逆变器及负载5个部分组成\"由于整个系统需要配置蓄电池,导致整个系统的造价比较高,同时由于蓄电池的使用寿命通常为5一8年,报废的蓄电池会对环境造成二次污染\"2()并网型太阳能光伏电站一般由太阳电池方阵!连接器!并网逆变器!计量电表及电网5个部分组成\"其工作原理主要是利用光伏组件将太阳能转换成直流电能,再通过逆变器将直流电逆变成50Hz!230伸阅V的三相或230v单相交流电\"逆变器的输出端通过配电柜与变电所内的变压器低压端(230伸阳V)并联,对负载供电,并将多余的电能送人电网\"并网型太阳能光伏电站在阴雨天或夜间时,由电网供电给负载\"就目前可再生能源的利用条件而言,本项目采用并网运行的太阳能光伏发电系统方案,发电量要求不少于建筑总发电量的2%\"由此可得,该系统总容量为90一100kWPo.32光伏发电系统与建筑物结合及位置定位的论证目前,光伏发电系统与建筑物的结合及位置定位主要有2种形式\"(l)与建筑完全型的光伏系统(BAPV),即整个光伏发电系统是增加在建筑物的屋顶上的,不破坏原有建筑的立面效果\"(2)光伏建筑一体化系统(BIPV),即光伏系统作为建筑元素的一部分,可以作为建筑物的一面墙或屋面\"根据广西美术馆项目的情况,由于该项目立面效果要求很高,且立面的形状均为不规则的多面体,立面的主色调为白色,因此本项目采用与建筑完全型的光伏系统(BAPV)\"经过几个方案的对比,最终选择将型的光伏系统设置在本建筑物的最高处屋面平台,即标高为30.4m的正方形区域处\"根据上述分析,广西美术馆项目拟采用太阳能光伏并网系统,在屋面设置太阳能光伏电池板,安装面积约1口以)时,系统装机容量约92kwp,年发电量约18.7万kw#h,占整个建筑年耗电量的2%(本项目年耗电量约1万kw#h,用能标准为巧0.2kw#丫(mZ#a)\"在屋面设置控制室,内设控制器及逆变器,并通过电气竖井接至地下二层变配电间变压器母线段,并网点设置计量电表及防倒送装置\"广西美术馆项目的太阳能光伏发电板安装在建筑物的最高处,即标高为30.4m的正方形区域处,有效使用面积约980mZ,满足太阳能光伏发电量不少于建筑总发电量的2%的要求\"根据计算,拟对该工程安装系统总容量约92kWP,由4()X块太阳能光伏组件组成\"规格为230W!650mmx990mm太阳能光伏组件安放在正方形屋面上,安装夹角为200\"系统配备5台17kw逆变器,每台逆变器接20串4并共计80块太阳能电池组件,太阳能电池组件进逆变器要经过防雷处理,安装防雷箱,从逆变器出来后接交流配电柜,由交流配电柜出来拉至并网点直接供负载供电\"在屋面处设置机房,各太阳能电池阵列通过交流配电柜接至地下一层变配电间照明专用母排处\"根据太阳能光伏发电情况,太阳能发电的电量主要用于地下车库及各设备房的照明负荷,以及1一3层各公共走道部分,基本能满足这部分负载的用电需求\".33光伏发电的显著成效及瓶颈本项目采用并网发电的太阳能光伏发电技术方案,不仅可以大幅度降低造价,具有更高的发电效率!更好的环保性能和更高的可靠性,而且通过合理的上网电价获得利益回报,也能够减少投资回收周期\"若主管部门能够出面促成广西太阳能光伏发电与南方电网并网发电并可以倒送功率的相关事宜,则本项目的造价及投资回报率将进一步提高,预计10年即可收回投资成本\"尽管采用并网发电的太阳能光伏发电系统具有明显优势,但是鉴于目前广西对太阳能光伏发电系统的应用相对较少,与南方电网公司的对接问题也未得到足够重视,太阳能光伏发电多余的发电量尚不能倒送至电网,因此目前建筑物用不完多发的电量无法倒送至电网,需在并网点安装防倒送装置,导致目前该系统的运营成本相对较高,这将是未来系统推广应用的一大瓶颈\"(下转第19页)13采用多级循环逆流提取工艺,生产步骤少,易操作,生产成本低\"同时,热流提取的熊果酸含量高,色素和其他杂质相对偏少,易于对熊果酸的精制分离,不需要用石油醚脱脂脱色,从而简化了工艺流程,节约了成本\"立项代码为ol0GBZEI()362\"X参考文故118N口山AvAI2HANIuv,PANDAANITAK,RAOY凡Pha一omreolo留andehemotxonao哪\"fDio印界05[J].Phtoeheost,y本项目的研制工作于2()9年年初顺利完成,并于2创为年X5月通过广西壮族自治区科学技术厅组织的科技成果鉴定(桂科鉴字水平\"该工艺经过几年的实际生产应用,证实其工艺路线简单,1998,49(4):901.[2]LluJ.Pharnlaco一\"留ofoleano五cAcidana比olieAeia[J].Ethnopharnucolo留,1995,49(1一2):57一68.12()9218X3号),鉴定结论认为该项目达到国内先进138刘柯形,陶亮亮,马雄,等.熊果酸的生物活性及其研究热点[J2.饮料工业,Zoro,13(7):11#生产成本低,产品收率高,生产设备要求低,生产过程容易控制\"该产品已经成功进入国外市场\"/多级循环逆流法提取柿子落叶中熊果酸工艺中试0已被列人2010年国家科技部农业科技成果转化资金支持的项目,[].]s[陈光,贾澎云,徐绥绪,等.柿叶化学成分的研究(11)1].中草J药,2005,36(z):26.吕光政,韦彩珠,刘樟艳,等.用复合逆流法从柿叶中提取熊果酸的方法[P8.中国专利:zL2009loll39824,2009一04一11.1责任编辑:黄庆发2(上接第13页)太阳能光伏发电是一种绿色能源,近年来随着太阳能电池参]z[考文从板单晶硅原材料成本的大幅下降,光伏行业被越来越多的人认识\"特别是2012年12月19日主持召开常112赵争鸣.太阳能光伏发电及其应用=M2.北京:科学出版社,2005.王长贵.太阳能光伏发电实用技术7M].北京:化学工业出版社,21洲28\"务会议,研究确定促进光伏产业健康发展的措施,提出了5点措施,为太阳能光伏发电未来的发展指明了方向\"国]s[5太阳能光伏发电新技术与发电工程设计!运行!维护及标准规范实家电网及南方电网也积极响应,纷纷出台了一些有利于太阳能光伏发电发展的优惠和措施,且未来还会出台更多更有利物全书6编委会.太阳能光伏发电新技术与发电工程设计!运行!维护及标准规范实物全书1M8.北京:中国电力出版社,2011.于光伏发电的措施\"笔者相信,随着人们对绿色能源认识程度的提高,以及在国家的大力推动下,太阳能光伏发电的应用将日渐广泛,将来和电网的并网事宜也一定可以得到很好的解决\"1资任编辑:黄庆发219太阳能光伏发电技术及其发展前景分析王玲霞 （龙源内蒙古风力发电有限公司，内蒙古呼和浩特 010010）摘 要 本文从太阳能电池和太阳能光伏发电系统出发分析了太阳能光伏发电技术，并指出了其发展前景。关键词 光伏发电；太阳能电池；前景中图分类号：TM914 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）022-003-1随着全球经济的迅速发展和人口的不断增加，以石油、天能通过太阳能光伏电池板被转换为电能，并通过逆变器转换后然气和煤炭等为主的化石能源正逐步消耗，能源危机成为世界可以提供给负载用户使用。各国共同面临的课题。与此同时，化石能源造成的环境污染和1.3.1 光伏发电系统生态失衡等一系列问题也成为制约社会经济发展甚至威胁人类光伏发电系统是运行的发电系统，不与电网相连，生存的严重障碍。新能源应用正成为全球的热点。太阳能资源一般建设在远离电力系统的边远地区或者作为野外移动式电源是最丰富的可再生能源之一，它分布广泛，可再生，不污染环境，使用。光伏发电系统将白天生产的部分电能存储在蓄电池是国际上公认的理想替代能源。里，晚上释放出来使用，对没有条件接入电网的居民而言是很1 太阳能光伏发电技术好的选择。但是在实际应用过程中，因为光伏发电系统供1.1 太阳光伏发电技术原理电不稳定，通常会建立一个普通电站辅助，这提高了光伏发电的成本，也与利用清洁能源发电的目的背道而驰。太阳能电池是太阳能光伏企业的核心设备，光伏发电利用1.3.2 并网光伏发电系统太阳能电池将光能直接转换成电能。1839年Becquerel发现了光并网光伏发电系统是指将光伏发电设备与电网连接在一起生伏打效应，为太阳能电池的产生奠定了基础。太阳能电池芯的发电系统。太阳能光伏发电设备与其他类型的发电站一样能片的PN结被光照射后，高能状态下的电子吸收了光能，被激发为公共电网提供有功电能和无功电能。光伏电池在阳光照射下成为自由电子，自由电子在晶体里移动，余下的空穴也围绕晶产生的是直流电，需要经过相关设备变换成与公共电网频率相体移动，自由电子在N结聚集，空穴在P结聚集，由此PN结同的交流电，之后再以电流源、电流源等方式把电能送入电网，间形成电势差，从而可以作为电源使用。所以并网系统不需要蓄电池，系统运行成本低于光伏发电1.2 太阳能电池系统。另外，并网光伏发电系统的转换率比光伏发电系统提高太阳能光伏发电技术的关键是提高太阳能电池的转化高很多，所以发电系统的供电比较稳定，是太阳能光伏发电产率。太阳能电池主要分为硅基太阳、化合物半导体电池。业的比较合理发展方向。1.2.1 硅基电池2 太阳能光伏发电技术发展前景电池和化学电池是目前商业化最成熟的太阳电池。硅基太我国公布的相关规划提出，2015年的分布式光伏发电要达阳电池分为晶体硅和非晶硅电池，晶体硅可分为多晶硅电池和到一千万千瓦；英国，日本国家成为光伏产业新兴海外市场；单晶硅电池，单晶硅光伏电池虽然转换效率高，稳定性好但是股神巴菲特第三次投资光伏电站项目，一系列行动表明光伏产成本也比较高，多晶硅电池虽然转换率低些，但是以其较高的业正在缓慢回升。中国的光伏企业的市场主要是欧美等发达国性价比成为市场上最主要的光伏太阳能电池。晶硅光伏发电技家，但是随着我国出台了一系列光伏补贴，国内市场将逐术的发展的方向主要是硅薄膜光伏发电。硅薄膜太阳电池的是渐被打开，光伏企业有望摆脱生产过剩的现状。国家已经明确指将硅膜放在其他材料比如玻璃等做成的支持衬底上制成的太提出鼓励在中东部地区建设和建筑相结合的分布式光伏发电系阳能电池，相对传统的晶硅太阳能电池而言，生产硅薄太阳能统，所以分布式光伏发电和建筑光伏一体化将是我国未来光伏膜电池所需的硅材料少，成本低，能耗小但是生产工艺比较复杂。产业的重要发展方向。由此，光伏产业可能从高端市场向下游1.2.2 化合物半导体电池市场延伸，专业从事诸如太阳能照明或者屋顶太阳能的企业可半导体硅的价格比较贵，相对而言化合物半导体的成本就能得到大力发展，光伏企业需要更加重视相关技术的开发与研比较低了，化合物半导体电池主要有CdTe电池和CIGS电池。究，比如光伏并网电路的拓扑结构、分布式光伏发电系统的能这些化合物半导的体能隙宽度可以方便的调节，从而与太阳光量管理，对系统的显示和远程监控等，同时也应该提供安装维谱匹配，将更多的光能转换为电能。理论上CdTe电池的光电转护等增值服务。换效率可达30%，而且性能稳定，原材料价格低廉。另外，金虽然晶硅太阳能板仍然是市场的主流，但是很多企业也将属镉Cd具有毒性，会严重的污染环境，根据有关研究结果，生目光投向了薄膜太阳能板技术。薄膜太阳能板相对于晶硅太阳产相同多的电量，CdTe与煤、石油和晶体硅电池相比，排放的能板而言，更能适应高温潮湿的条件，在我国大多用于下游的镉等重金属的量是最低的。建筑幕墙，生产成本低，在制造过程中使用的能源也在晶硅太1.3 太阳能光伏发电系统阳能板的一半以下。全球经济衰退影响时，薄膜太阳能板市场太阳能光伏发电系统由太阳能光伏电池板、储电装备、控仍然稳定增长，美国的FirstSolar公司也因此成为全球最大的太制器存和逆变器构成，包含了电能变换系统和发电系统。太阳阳能板生产商之一。目前，MiaSole公司将CIGS薄膜的光能转（下转第152页）硅谷3T科技创新论坛ECHNOLOGY FORUM解除了越冬状况，成为完全可以自己飞行、自己捕食的表现出环境中后新职蜂外出捕不到食物、找不到蜂巢、被蚂蚁、避虎、寻找筑巢环境的蜂王，我们将这一过程叫做练蜂王。鸟等天敌吃掉，蜂群在15天左右败亡。 4.4 蜂王筑巢、产卵、育第一批职蜂及培育初级蜂群试验结果2）练职蜂的外移养殖试结果及分析：将初级蜂群外移到野及分析外环境养殖后，不立即将蜂巢与筑巢室分离，同时在蜂巢附近1）蜂王筑巢、产卵、育第一批职蜂试验结果及分析： 四年提供食物15天左右，职蜂取食人工提供的食物、熟悉周围环境的试验结果证明筑巢室中的蜂王是否会筑巢、产卵、育职蜂与后，外出捕食和返回蜂巢能力逐渐增加，抗蚂蚁等天敌能力增强，筑巢室内的温度、筑巢室的结构、给蜂王提供的筑巢材料、提当观察到职蜂外出后可以自由返回蜂巢的行为后再将筑巢室与供的食物及喂食顺序有密切关系，满足以下条件，蜂王筑巢、蜂巢分离，这以后虽然不再提供食物，蜂群也能自由发展，蜂产卵、育第一批职蜂的效率最高，反之蜂王不会筑巢、产卵、群和蜂巢随时间推移逐渐增大，成为具有商品价值的蜂群。详育第一批职蜂。细情况见《凹纹胡蜂蜂王筑巢及培育初级蜂群试验研究》作者2）培育初级蜂群试验结果及讨论分析：第一批3-5个职蜂郭云胶。羽化出来后，保持筑巢室的温度、湿度、食物等条件，职蜂在5 试验研究结论及初步效益 蜂王的带领下取食人工提供的食物，并逐渐学会喂养幼虫，学1）试验研究表明，胡蜂科凹纹胡蜂通过人工雌雄蜂交配、会取人工提供的筑巢材料筑新蜂巢。随时间的推移蛹不断羽化蜂王批量越冬、蜂王筑巢、产卵及培育初级蜂群等技术处理后出新职蜂，同时蜂王继续在六角形小蜂房产卵，卵孵化为幼虫，可以实施商品化批量养殖，其受刺激后会蜇伤人的隐患可以通幼虫取食后生长、化蛹，蛹羽化为更多新职蜂，需要的食物量过防蜂服和养殖在边远山区无人的山林环境中降到最低点。逐渐增大，当职蜂数量达20个时，成为可以移到野外环境中养2）经初略统计，2012年11个试验点的200家农户将3600殖的初级蜂群。窝初级蜂群移到野外养殖，有3000窝蜂群正常繁殖发展，平3）经过四年时间的近1000组筑巢试验，2012年我们研究均每户养殖15窝，每窝平均产蜂蛹8市斤，2012年德宏州所下属的11个试验点共有3600多只蜂王筑巢、产卵、育第一芒市凹纹胡蜂蜂蛹平均价格为每市斤60元，每户增加收入批职蜂成功，共培育出了3600窝初级蜂群，培育初级蜂群的成15×8×60=7200元。功率达95%左右。参考文献4.5 外移初级蜂群及练职蜂的试验结果分析[1]郑国权，谭垦.凹纹胡蜂的生物学特性及饲养管理[J].特种当筑巢室内的职蜂达到20个左右成为初级蜂群时，四年中经济动植物，2008（11）：10-12.我们分别反复用以下两种方法做外移初级蜂群养殖的试验，结[3]冯颖，陈晓鸣，叶寿德，等.云南常见食用胡蜂种类及其食果如下。用价值[J].林业科学研究，2001（05）.1）不练职蜂的外移养殖试结果及分析：2009年我们第一[4]陈晓鸣、冯颖.《资源昆虫学概论》[M].北京：科学出版次将初级蜂群连同蜂巢外移到野外环境养殖时，随即将蜂巢与社，2009：1-281.筑巢室分离，结果是没有一个蜂群成活，成功率为零。我们分作者简介析原因是经过雌雄蜂交配、蜂王越冬、蜂王筑巢产卵育职蜂等过程培育出的初级蜂群，各阶段一直都人工条件的环境中，蜂 郭云胶（1963-），男，教授，云南德宏师范高等专科学校群抗蚂蚁等天敌、职蜂外出寻找食物及返回蜂巢的能力非常弱，食用昆虫研究所所长，研究方向：资源昆虫研究。同时蜂王没有带第一批新职蜂外出捕食的行为，蜂群移到野外（上接第3页）（上接第144页）化率提高到17%，改变了以往薄膜太阳能板转化率低的状况，参考文献对晶硅太阳能板提出了挑战。[1]李光琦.电力系统暂态分析[J].中国电力出版社，2007.3 结束语[2]田华，王卿，朱峰，杜林，毛玉宾.基于PSASP程序的短路电我国幅员辽阔，可利用的太阳能多，太阳能光伏发电技术流计算结果分析比较探讨[J].电力系统保护与控制，2010，1.已经大大提高了转换率，因此光伏产业的发展前景看好。随着[3]PSASP7.0版短路计算用户手册[M].中国电力科学研究院，电价补贴和光伏发电的使用时间增加，未来太阳能发电成本有2010.可能降到和常规电价相近的水平。另一方面我国石油、煤炭、天然气等不可再生能源不断减少，太阳能等清洁能源的开发利用是未来能源发展必然的方向。作者简介参考文献 郑军超（1987-），男，河南鲁山人，郑州大学电气工程学院2011级硕士研究生，电力系统及其自动化专业，研究方向：[1]马宁.太阳能光伏发电概述及发展前景[J].智能建筑电气技电力系统规划与运行分析。术，2012（02）：25-26. 张亚萍（1984-），女，，陕西咸阳人，机械设计制造[2]吴福保，王湘艳.太阳能光伏发电技术的特点及其发展.电力及其自动化，助理工程师，舞阳钢铁有限责任公司。与能源，2011（01）：74-76.[3]李蔚.太阳能光伏发电技术的应用方式及发展前景[J].智能建筑电气技术，2012（10）：24.152硅谷2013年第02期◇研究与设计◇

一种新型高效太阳能光伏发电系统的设计及优化分析

刘兴文张红严浩张陆洲

（三峡大学电气与新能源学院湖北宜昌443002）

【摘

要】针对目前光伏发电系统发电效率较低这一问题，本研究通过一系列对比实验,确定不同组态下太阳能发电系统的发电效率及

其在外界干扰下发电功率变化情况。提出一种最为有效的光伏电池组件连接模式，即新型直流功率模块式结构的光伏发电系统，可有效提高光伏系统的发电效率及稳定性。

【关键词】太阳能；光伏系统；最大功率；连接方式

引言

由于太阳辐射的波动性和随机性，太阳能电池的光电转换效率较低，发电效率极不稳定，这种波动性引起的系统运行状态瞬时的变化也容易对作业设备造成一定损耗，甚至损坏发电设备。因此提高光伏发电系统的稳定性，提高太阳能电池的光电转换效率和利用率是发挥其最大产能的关键［１－２］。

本研究选取硅光伏电池板为研究对象，以太阳能发电系统在不同组态下的最大发电功率为研究目标，通过实验分析在该组态下系统受到外界干扰时，最大发电效率的变化情况，依此做出结论并提

［３－４］

并进行评估。出一种最优的光伏发电系统的连接模式，

１．太阳能电池的工作原理

光伏电池是基于半导体Ｐ－Ｎ结接受太阳光照产生光伏效应，直接将光能转换成电能的能量转换器，如图１所示。

理图及特性曲线。

（ａ）

（ｂ）

图２－１（ａ）正常条件下单块光伏组件的端口特性测试原理图

（ｂ）正常条件下单块光伏组件的端口特性曲线

图１单晶硅光伏电池发电原理

最佳工作点为：Ｐ＝４７．６８０Ｗ，Ｕ＝１５．９２Ｖ，Ｉ＝２．９９Ａ。

２．２实验二：正常条件下串联光伏组件的端口特性测试

如图２－２所示为正常条件下串联光伏组件的端口特性测试原理图及特性曲线。

当太阳光照射到光伏电池表面，其吸收具有一定能量的光子，在内部产生处于非平衡状态的电子－空穴对；在Ｐ－Ｎ结内建电场

空穴分别被驱向Ｎ、Ｐ区，从而在Ｐ－Ｎ结附近形成的作用下，电子、

与内建电场方向相反的光生电场；光生电场抵消Ｐ－Ｎ结内建电场后的多余部分使Ｐ、Ｎ区分别带正、负电，于是产生由Ｎ区指向Ｐ区的光生电动势；当外接负载后，则有电流从Ｐ区流出，经负载从Ｎ区流入光伏电池。

２．光伏组件测试数据分析由于技术条件有限，本研究在实验室条件下制作了该光伏组件输出特性测试系统。实验采用两块ＳＦＭ７５Ｗ型号的硅光伏电池组件进行测试，该光伏电池在正常条件下的规格均为：额定功率７５Ｗ，９×４单元，开路电压２１．８Ｖ，工作电压１８Ｖ。测试光源：自然（光

时间：２０１２－１０－２５。地点：三峡大学照均匀，强度一般）；温度：２０℃；

电气与新能源学院实验楼楼顶试验场。

实验方法：正常条件下单块光伏组件的端口特性测试、正常条

局部受遮蔽条件下串联光伏组件下串联光伏组件的端口特性测试、

件的端口特性测试、正常条件下并联光伏组件的端口特性测试、局部受遮蔽条件下并联光伏组件的端口特性测试，对这五种情况进行

２＃，局部遮挡在实验测试。本实验将两块太阳能电池组件编号１＃、

于说明太阳光照不均匀的情况，采用人为的遮挡的方法，重点在突出在光伏组件出现特性不一致性的情况下，光伏电池的输出特性。

２．１实验一：正常条件下单块光伏组件的端口特性测试

如图２－１所示为正常条件下单块光伏组件的端口特性测试原

（ａ）

（ｂ）

图２－２（ａ）正常条件下串联光伏组件的端口特性测试原理图

（ｂ）正常条件下串联光伏组件的端口特性曲线

◇研究与设计◇

最佳工作点为：Ｐ＝１０６．９０３Ｗ，Ｕ＝３１．３５Ｖ，Ｉ＝３．４１Ａ。２．３实验三：局部受遮蔽条件下串联光伏组件的端口特性测试如图２－３所示为局部受遮蔽条件下串联光伏组件的端口特性测试原理图及特性曲线。

（ａ）

（ｂ）

图２－３（ａ）局部受遮蔽条件下串联光伏组件的端口特性测试原理图

（ｂ）局部受遮蔽条件下串联光伏组件的端口特性曲线

最佳工作点为：Ｐ＝３９．５３８Ｗ，Ｕ＝３１．８６Ｖ，Ｉ＝１．２４Ａ。２．４实验四：正常条件下并联光伏组件的端口特性测试

如图２－４所示为正常条件下并联光伏组件的端口特性测试的原理图及特性曲线。

（ａ）

（ｂ）

图２－４（ａ）正常条件下并联光伏组件的端口特性测试原理图

（ｂ）正常条件下并联光伏组件的端口特性曲线

最佳工作点为：Ｐ＝１１３．４８７Ｗ，Ｕ＝３１．３５Ｖ，Ｉ＝３．６２Ａ。

２．５实验五：局部受遮蔽条件下并联光伏组件的端口特性测试如图２－５所示为局部受遮蔽条件下并联光伏组件的端口特性测试的原理图及特性曲线。

（ａ）

2013年第02期

（ｂ）

图２－５（ａ）局部受遮蔽条件下并联光伏组件的端口特性测试原理图

（ｂ）局部受遮蔽条件下并联光伏组件的端口特性曲线

最佳工作点为：Ｐ＝６５．３８３Ｗ，Ｕ＝３４．２５Ｖ，Ｉ＝１．９１Ａ。

２．６综合测试比较分析：

从以上测试的结果分析中可以得出：（１）在两块光伏组件端口输出特性正常测试条件下，串联、并联的最大功率基本相同；当局部出现遮蔽，其最大功率点均会下降，而串联方式下降幅度更大。

（２）正常和局部遮蔽条件下不同连接方式的开路电压和短路电流差距不大，但是最大功率点的位置却不尽相同。

（３）串并联结构的光伏方阵的光伏发电系统中，控制器采用最大功率点跟踪算法，一旦出现局部光伏遮蔽，算法将不能保证光伏方阵工作处于最大功率点，算法失效。

３．并联光伏发电系统的提出

传统的光伏发电系统模式已从大规模的串联结构转向串并联结构发展，但是现有的串并联结构系统中依是采用相对数量的光伏模块串联后并联组成，该结构相对于纯串联的模式，在每条支路中增加了ＭＰＰＴ模块，对每条支路而言实行最大功率跟踪，但在支路中每块光伏电池板的特性并不是统一的，只是相对的提高了系统的总发电效率和稳定性，但并不能使每块光伏电池最大效率工作。串联支路中的光伏组件如果出现故障，将会影响到支路的功率输出，最大功率点出现偏移，进而对光伏阵列的最大功率点跟踪带来困难。

总之，传统的模式已显露出种种问题：面对太阳辐射的波动性

和随机性、

光伏组件的特性不统一、外界的干扰等，致使光伏发电效率低，利用率低的问题日益严重，必须有所改进。基于以上实验的结论，本研究提出将并联支路结构与直流模块式结构相结合，就构成了本文所述的新型直流功率模块化的光伏发电系统。

４．结论

该新型直流模块式结构由光伏直流功率模块和集中逆变模块结构构成，如图３－１所示。光伏直流功率模块是将光伏组件和高增益ＤＣ／ＤＣ变换器通过合理的设计集成为一体，构成具有光伏发电

功能的、

的、既插即用的单元元件。集中逆变模块的主要功能是将大量并联在公共直流母线上的光伏直流建筑模块发出的直流电能，在二次升压后逆变为交流电能且实现并网功能，同时控制直流母线电压稳定，保证各个光伏直流功率模块正常并联运行。

图３－１直流模块式结构的光伏发电系统（下转第47页）

◇研究与设计◇

３．高压直流输电系统的仿真结果分析仿真时系统首先进入稳态，０．０２ｓ变换器导通，０．４ｓ将电流增大到设定值（１ｐ．ｕ），０．７ｓ参考电流值下降０．２ｐ．ｕ，０．８ｓ恢复，１．０ｓ参考电压由１ｐ．ｕ跌落到０．９ｐ．ｕ，１．１ｓ恢复，１．６ｓ触发延迟角设置为指定值，

可以得到如下仿１．７ｓ关断变换器。打开整流器和逆变器的示波器，

真波形，可以观察到起停和阶跃的动态响应特性。

2013年第02期

进行系统暂态仿真，得出相应的仿真波形，验证ＨＶＤＣ和控制器模

型的有效性和正确性。Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ下对ＨＶＤＣ系统进行仿真能够达到一定的精度，而且仿真所用的时间较短。

（ａ）整流侧相关波形

（１）晶闸管在０．０２ｓ时导通，电流开始增大，在０．３ｓ时达到最小稳态参考值０．１ｐ．ｕ．，同时直流线路开始充电，使得参考电压为１ｐ．ｕ．，整流器和逆变器均为电流控制状态。

（２）在０．４ｓ时，参考电流从０．１ｐ．ｕ斜线上升到１ｐ．ｕ。整流器为电

在稳流控制状态，逆变器为电压控制状态，直流侧电压维持在１ｐ．ｕ。

逆变器的触发延迟定状态下，整流器的触发延迟角在１６．５°附近，

角在１４３°附近。

（３）在０．７ｓ；时，参考电流出现－０．２ｐ．ｕ的变化，０．８ｓ时恢复到设定值。从图中可见系统的阶跃响应。

（４）在１．０ｓ时，参考电压出现－０．１ｐ．ｕ的偏移，在１．１ｓ时恢复到设定值。从图中可见系统的阶跃响应。

（５）在１．４ｓ时，触发信号关断，使得电流斜线下降到０．１ｐ．ｕ。（６）在１．６ｓ时，整流器侧的触发延迟角被强制设置为１６６°，逆变器侧的触发延迟角被强制设置为９２°，使得直流线路放电。

（７）在１．７ｓ时两个变换器均关断。结语

直流输电技术具有非同步联络能力强、线路输送容量大、网络调节迅速等优点，将得到广泛的发展。直流输电系统的暂稳损耗小、

态仿真对于电力系统研究、规划、设计和运行等起着重要作用。本文在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下，针对ＨＶＤＣ系统及其控制器建立详细的模型，

（ｂ）逆变侧相关波形

●

参考文献：

［１］赵畹君．高压直流输电工程技术［Ｍ］．北京：中国电力工业出版社，２００４．

［２］浙江大学发电教研组直流输电科研组．直流输电［Ｍ］．北京：水利电力出版社，１９８５．

［３］戚庆茹，焦连伟，严正，等．高压直流输电动态相量建模与仿真［Ｊ］．中国电机工程学报，２００３，２３（１２）：２８－３２．

［４］李广凯，李庚银，梁海峰，等．新型混合直流输电方式的研究［Ｊ］．电网技术，２００６，３０（４）：８２－８６．

（上接第45页）

该光伏直流功率模块式结构的主要特点是每一快光伏电池板都具有的ＭＰＰＴ电路，能保证每块光伏直流功率模块均运行在最大功率点，最大限度地发挥了光伏组件的性能，能量转换效率较高；将光伏直流功率模块发出的电能经直流母线汇总后集中的整流，再送到集中逆变模块，可有效的减少电能中谐波的干扰；该系统具有很高的抗局部阴影和组件电气参数适配能力，适合在具有不同

安装方向和角度特点的场合中应用；采用模块化设计，系统构大小、造灵活，给系统的扩充提供了很大的灵活性和即插即用性，易于标准化，尤其适用于大功率场合。

结束语

本研究提出的新型直流功率模块式结构的光伏发电模式，旨在发挥每一块光伏电池板的最大效率。且本研究优点突出，可以有效地提高光伏发电系统发电效率，又保证了稳定性，有很大的实际应

用价值，发展前景优越。电●

参考文献：

［１］ＥｍｍｏｔｔＣ；ＡｚｚｏｐａｒｄｉＢ．Ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｓｏｌａｒｅｌｅｃｔｒｉ－ｃｉｔｙｆｒｏｍｏｒｇａｎｉｃｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＩＥＴＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ．２０１１，Ｐａｇｅ（ｓ）：１－２

［２］ＷｅｉｍｉｎｇＤｉｎｇ；ＸｉａｏＬｉＷｕ；ＬｉＣｈｅｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｐ－ｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｏｌａｒｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ２０１１，Ｐａｇｅ（ｓ）：２３８９－２３９２

［３］张兴；曹仁贤．太阳能光伏并网发电及其逆变控制［Ｅ］．北京．机械工业出版社．

［４］赵争鸣；刘建政；等．太阳能光伏发电及其应用［Ｍ］．北京：科学出版社，２００５：１１７－１３０．

第47卷第3期2013年3月电力电子技术PowerElect功niesVol.47,No.3March2013以光伏发电为代表的微电网的经济运行评估杨海晶.,田春筝2,王.河南电力经济技术研究院,河南郑州2嫌2,吴峰.50524;1098)2(1.河南省电力公司电力科学研究院,河南郑州5052;3.河海大学,能源与电气学院,江苏南京4摘要:微电网具有包容性!灵活性!定制性!经济性和自治性的特点,它作为大电网的有效补充及可再生能源的有效利用形式,发展潜力巨大\"为了对以光伏发电为代表的微电网项目进行经济性分析以案例分析的形式来对现行微电网的经济运行进行评估和计算,提出了适合微电网发展的成本回收模式;同时根据微电网参与市场的程度等因素,分析了运营过程中的收益框架设计,并对基本收益!合理折旧方式,项目的财务盈利能力等进行详细论证分析\"关健词:光伏发电;微电网;经济运行;评估中圈分类号二TM6巧文献标识码:A文章编号:10(X卜looX(2013)03e()363XEeonondclaOperationAssessmRePresentbyPVentofMiero一gridWiththePowerGenerationYANGHai一ing-,TIANChun一zhen扩,WANGJin扩,WUFen扩(1.HAEPCEeetlCirA加tract:Mie\"一idhargsmanyehacarO/夕PerRese二h加tirue,乃亡甲hou45()52,CXhina)ofusingrenew-easonablerteristies,suehasinelusive,flexibility,eustomization,eeonomieandautonomyete.hedevelopment卯tTentialofmiero一id15ve可hu郎argsasupplementofl毗epowerghdandaformion,anaPPrtoaehtoeasestudy15madebasedonthetansaetrioneosttheoryfOleene卿.Inorbadertotheeconomiealanalysisof而ero一hdprgjeetroenesentedbytrhephoovol面epotwergenera-institutionaleeonomies,aneostreeove可modlfeorthedevelopmentof而ero一hd15prgoposed.Meatimebasedontnhefaetorsliketheparieiva-tionintthemarketofmiero一id,trghePoeeedfameworrk15desi,edintheoperationalproeess,thebasieproeeed,theeasronalewayObfdepreeiaion,ttheanalysisOffinancialprifobatility,ete.aeriseussed.de了砰ordKs:photvoltaoiepower罗neration;而em一id;econo而eoperrgation;assessmentFounda廿on价Oject:SuPportedbyNaionatlNaturlScieneeFaOundationofChina(No.50907016)1引言目前,以金太阳工程为代表的光伏发电微电营过程中的收益框架设计,对基本收益!合理折旧方式,项目的财务盈利能力分析等方面进行了论述\"网在全国各地积极开展\"通过大量的实验和研究,取得了诸多成果并得到了大量的实践数据,为清洁能源实现经济运行提供了基础数据,为微电网的未来发展奠定了良好的基础卜2]\"文献=]提出了3国外现行的微电网的运营模式,对DER一CAM模式的模型!结构!经济运营方式及达到的效果进行了系统的描述\"在此,以金太阳工程为例,以案例分析的形式来对现行微电网的经济运行进行评估和2项目概况金太阳工程的投资人由两方组成,一方为电力公司,投资约560万元,投资范围主要为微电网的建设,包括工程费用!预备费用!其他费用等\"另一方为河南某高等专科学校,投资约900万元,投资范围主要为光伏发电建设费用,该部分投资有一半由国家财政部补贴\"光伏发电建设包括太阳能板,并网逆变器和交/直流控制屏,其估算投资分别为500万元,300万元和100万元;外部工程投资合计为900万元;储能系统建设包括蓄能电计算,提出了适合微电网发展的成本回收模式,同时根据微电网参与市场的程度等因素,分析了运池组(含PCS)和蓄能电池运输!安装,其估算投资苍金项目:国家自然科学基金(50007016)定稿日期:2012一12一30分别为235万元和25万元;微电网系统包括微电网集中控制器和微电网综合管理系统,其估算投资分别为160万元和120万元;预备金估算投资为20万元;试点工程投资合计为560万元\"上述作者简介:杨海晶(1977一),男,河南驻马店人,博士,研究方向为电力系统分析!保护与控制及徽电网新能源等\"以光伏发电为代表的徽电网的经济运行评估资金总计1460万元\"储能系统容量:磷酸铁铿020kwh,光伏发电容量380kw\"为方便计算和理解,将两个投资主体统称为投资人,用户为河南某高等专科学校\"光伏所发的电能主要由学校自产自销,当遇到寒!暑假等学校用电低峰时,考虑将电能卖给大电网,实现资源的优化配置\"经过实地考察,目前该微电网项目运营状态良好,能满足学校部分日常用电\"项目寿命期预期为20年以上\"3案例项目的经济评估光伏发电项目作为一种新兴发电形式,虽然其技术日趋成熟,但在建设和运营过程中会产生大量的成本(目前高于所有其他发电形式)[4间,这些成本的回收对光储联合微电网实现可持续发展!参与市场竞争有着不容忽视的影响\".31微电网的成本回收模式为鼓励用户充分利用可再生能源,在微电网发展初期可采用电网公司拨款补助模式来帮助用户尽快回收其运营成本闭\"金太阳工程正是运用了微电网发展初期的成本回收模式\"调查显示,这种成本回收模式是现阶段在国内外比较流行的成本回收模式\"鉴于微电网建设的高成本,预计微电网的成本回收模式在短期内不会被新的成本回收模式所取代\".32微电网的主要收益情况通过对该学校附近地区年日照量的统计,由于光伏发电的接入,可为用户提供每年约88万千瓦时的发电量\"按照目前市场上的学校用电电价,即0.56元lk矶计算,该学校每年可节省电费49.28万元\"按照该电站20年运营期计算,累计发电2()X0万千瓦时,总计可节省电费1120万元,实际运行20年后,该电站仍具有发电能力\"此外,由于该项目中用于外部工程投资的900万有一半是由国家财政局一次性补贴的,根据有关资料规定,由国家财政局对企业的财政补贴可作为企业的收益考虑,所以对学校而言,该光伏发电项目的投资额为450万元\"同时,以可再生能源发电为特色的微电网大大减少了二氧化碳!二氧化硫等气体的排放,为缓解温室效应做出了贡献\"用户可以对减排的二氧化碳等气体进行公证并参与国际间交易从而达到一定的经济收益\".33微电网财务盈利能力分析光伏发电项目财务盈利能力主要是通过投资回收期等评价指标来反映的\"此处将示范工程以金太阳模式和用户全投资模式在有储能和无储能的情况下进行微电网的盈利计算,量化计算结论\"3.3.1回收全部投资的期望电价分析由于静态投资回收期未考虑资金的时间价值,不能真正反映资金的回收时间\"光伏发电项目投资规模大,回收期较长,因此计算动态投资回收期更为合理\"动态投资回收期计算公式为:只艺(c,一co)-(l+-)一\"(l)公二l式中:只为动态投资回收期;a为电费;Co为投资成本;i为基准收益率或设定的折现率\"采用投资回收期评价单一方案的标准是:只簇T0,项目可行;只>T0,项目不可行\"其中,T0为基准投资回收期,可参照国家颁布的标准\"在该项目中,微电网的投资为560万元,光伏工程投资为900万元,其中有450万元由国家补贴\"1=6.6%,项目设定的T0=8年\"(l)金太阳模式¹微电网接入:金太阳模式下,通过微电网接入,Co=1010万元,按照每年可节省CI=49.28万元计算,该项目是收不回成本的\"由于项目设定的T0二8年,若需要在T0内收回成本,则项目的CO应减少为298.88万元(0.79万元Ikw)\"假设投资成本不变,如果要求在基准投资回收期内收回成本,则电价需提升为1.元Ikwh\"º光伏电站接入:作为光伏电站直接接入电网运行,CO=450万元(1.18万元Ikw),按照每年可节省CI=49.28万元计算,则项目可在15年内收回成本\"假设投资成本不变,若要求在8年内收回成本,则电价需要设定为0.84元Ikwh\"(2)用户全投资模式¹微电网接入:该项目中,co二1460万元\"假设此时光伏所发电力全部向大电网输送,则需确定合理的上网电价来实现在年内收回成本\"通过计算得出,此时电价应为2.74元/kwh\"º光伏电站接入:作为光伏电站接入,co二900万元,按照每年可节省49.28万元计算,则在项目寿命期内是收不回成本的\"假设投资成本不变,若要求在基准投资回收期内收回成本,则电价需设定为1.68元/k矶\"3.3.2现行电价条件下期望投资年分析光伏所发电力全部向大电网输送,考虑到微电网建设的区域性,需要考虑不同用户对微电网的影响\"表1示出对于不同用户对微电网投资回收期及在8年内收回成本的最高投资额的影响\"37第47卷第3期2013年3月电力电子技术PowerElectroniesVol.47,No.3March2013表1不同的用户类型对微电网投资回收期的影响表2不同用户类型在8年内收回成本的可行投资年份eyeaJ活ofcerevor加vestlnentunder山n触rentTableIT七ee肠ectonthen止ere#酬dinvestl0entrcove口eerPiodu.derdi月rerenteSUrtypeshT日ble2Tesurty脚留in8years居民生活用电工商业用电农业生产用电居民生活工商业农业生产用不同用户的用电价格0.56元Ikwh0.76元IkWll0.42元/kwh用电用电光伏电站可金太阳模式行投资年份微电网可行投资年份全投资模式金太阳模式全投资模式2013202201292025现在2017201620212016>20252022>2025投资回收期无法收回成本期望投资额0.79万元Ikw5年3无法收回成本1.07万元/kW0.59万元/kW3.3.3财务盈利能力分析4结论目前光伏发电在我国迅猛发展,光伏发电组件成本大幅降低\"据预测,光伏发电的成本价格将按每年6%一10%的趋势下降,且第一年下降10%,通过对金太阳工程的实际考察,研究了以光伏发电为代表的微电网的经济运行现状\"通过对微电网的成本与收益的分析,研究了微电网的财务盈利能力分析,对其经济性进行了评估\"按次年逐年下降的趋势减缓5%计算,可求得特定光伏发电的成本价格所对应的年份,为未来对光伏发电的投资做出预测,价格变化趋势如图1所示\"众叼粗异祷沙/`/g伙nI,qU-勺J心-J弓`参考文献11]VenkataramananG,Mam叮C.A肠飞erRoleforMiero-Magazine,hds1gJ].IEEEI!alls.onProwerandEne卿2008,6(3):78一82.味满,满0.699..百二祷限长/\"导链翔()长-20102014裂,-裂#呼,,,2]鲁宗相,王彩霞,阂勇,等.微电网研究综述[1].电力J系统自动化,2()7,31(19):l(X)一107.X2022202620>02014201820222026年份a)光伏系统的投资预测(年份(b)微电网接入设备价格颅测.钟瑞衡衡20183]杨佩佩.微网的经济运行分析与研究[D[].保定:华北电力大学,2(j9.X图1投资预测和价格预测Fig.1InvestmentpredietionandPrieePredietion]4[项目决策分析与评价=M].全国注册咨询工程师(投资)资格考试参考教材编写委员会,2008.居民生活用电,工商业用电及农业生产用电的用户用电价格分别为0.56元Ikwh,0.76元瓜Wh,5]程倩,王雁凌,唐靖.电力交易收费问题研究[1].J电网技术,2()8,32(增刊2):20X9一212.[6]AsanolH,Bandol.Eeono而eAnalysisofMieroghds=A:.P战eedingsOfIEEECon.fgoya,2()7.X0.42元Ikwh;最高投资额分别为0.79万元/kw,1.07万元Ikw,0.59万元Ikw\"根据图1得到不同用户类型下微电网在8年内收回成本的可行投资年份分析如表2所示\"肾之公妙刃褚几蕊乙奋,梦\"!-朋POwreConversion=C].Na-[7]V5KMurhyBatjepailli,5AKh叩ade,CVDobaliya#rDeveloPmentofMieroGidsinIndia[A].ProwerandEne-卿SoeietyGenerlMeeting[C].2010.a飞勺引众沙公吧,又甲伦的7叼丫自句佃今八冲夕之俨川会份的吵日妙幻臼几习寸货乙引又-/介的-!2013年第12期/功率集成电路及其应用0专辑征文启事为了更好地促进功率集成电路相关技术的研究与应用,本刊拟将2013年第12期辟为/功率集成电路及其应用0专样,以集中反映这一领域国内外近期的研究情况!关键技术的发展和创新\"主要征文范围包括:¹可集成功率器件,如山MOS!VnMOS!uGBT!J几T等;º高低压器件兼容技术;»高压功率集成技术,包括硅!501!SIC!GaN的高压功率集成;¼功率集成电路的设计,如高压橱驱动Ic!开关电源Ic等;½功率集成电路的测试技术;¾功率集成电路的封装技术;¿功率集成电路的应用特性研究;À功率集成电路的可靠性和失效机理;Á杭辐射功率集成技术;Â杭辐射功率集成电路等\"欲投稿的作者请在2013年09月30日前将论文发送至本刊编辑部邮箱(Emal:沮dijsst夕163.com),并注明/功率集成电路及其应用0字样\"所投论文将按本刊常规审稿程序请国内外同行专家评审,评审结果将于2013年10月3日前通知作者\"本刊将邀请电子科技大学张波教授作为本专辉特邀主编,对本领城的研究及专拜的论文进行分1析和点评\"截稿日期:2013年09月30日录用通知发出日期:2013年10月31日论文刊登预期:2013年第12期52013年12月20日出版)38第47卷第3期2013年3月电力电子技术PowerElect功niesVol.47,No.3March2013以光伏发电为代表的微电网的经济运行评估杨海晶.,田春筝2,王.河南电力经济技术研究院,河南郑州2嫌2,吴峰.50524;1098)2(1.河南省电力公司电力科学研究院,河南郑州5052;3.河海大学,能源与电气学院,江苏南京4摘要:微电网具有包容性!灵活性!定制性!经济性和自治性的特点,它作为大电网的有效补充及可再生能源的有效利用形式,发展潜力巨大\"为了对以光伏发电为代表的微电网项目进行经济性分析以案例分析的形式来对现行微电网的经济运行进行评估和计算,提出了适合微电网发展的成本回收模式;同时根据微电网参与市场的程度等因素,分析了运营过程中的收益框架设计,并对基本收益!合理折旧方式,项目的财务盈利能力等进行详细论证分析\"关健词:光伏发电;微电网;经济运行;评估中圈分类号二TM6巧文献标识码:A文章编号:10(X卜looX(2013)03e()363XEeonondclaOperationAssessmRePresentbyPVentofMiero一gridWiththePowerGenerationYANGHai一ing-,TIANChun一zhen扩,WANGJin扩,WUFen扩(1.HAEPCEeetlCirA加tract:Mie\"一idhargsmanyehacarO/夕PerRese二h加tirue,乃亡甲hou45()52,CXhina)ofusingrenew-easonablerteristies,suehasinelusive,flexibility,eustomization,eeonomieandautonomyete.hedevelopment卯tTentialofmiero一id15ve可hu郎argsasupplementofl毗epowerghdandaformion,anaPPrtoaehtoeasestudy15madebasedonthetansaetrioneosttheoryfOleene卿.Inorbadertotheeconomiealanalysisof而ero一hdprgjeetroenesentedbytrhephoovol面epotwergenera-institutionaleeonomies,aneostreeove可modlfeorthedevelopmentof而ero一hd15prgoposed.Meatimebasedontnhefaetorsliketheparieiva-tionintthemarketofmiero一id,trghePoeeedfameworrk15desi,edintheoperationalproeess,thebasieproeeed,theeasronalewayObfdepreeiaion,ttheanalysisOffinancialprifobatility,ete.aeriseussed.de了砰ordKs:photvoltaoiepower罗neration;而em一id;econo而eoperrgation;assessmentFounda廿on价Oject:SuPportedbyNaionatlNaturlScieneeFaOundationofChina(No.50907016)1引言目前,以金太阳工程为代表的光伏发电微电营过程中的收益框架设计,对基本收益!合理折旧方式,项目的财务盈利能力分析等方面进行了论述\"网在全国各地积极开展\"通过大量的实验和研究,取得了诸多成果并得到了大量的实践数据,为清洁能源实现经济运行提供了基础数据,为微电网的未来发展奠定了良好的基础卜2]\"文献=]提出了3国外现行的微电网的运营模式,对DER一CAM模式的模型!结构!经济运营方式及达到的效果进行了系统的描述\"在此,以金太阳工程为例,以案例分析的形式来对现行微电网的经济运行进行评估和2项目概况金太阳工程的投资人由两方组成,一方为电力公司,投资约560万元,投资范围主要为微电网的建设,包括工程费用!预备费用!其他费用等\"另一方为河南某高等专科学校,投资约900万元,投资范围主要为光伏发电建设费用,该部分投资有一半由国家财政部补贴\"光伏发电建设包括太阳能板,并网逆变器和交/直流控制屏,其估算投资分别为500万元,300万元和100万元;外部工程投资合计为900万元;储能系统建设包括蓄能电计算,提出了适合微电网发展的成本回收模式,同时根据微电网参与市场的程度等因素,分析了运池组(含PCS)和蓄能电池运输!安装,其估算投资苍金项目:国家自然科学基金(50007016)定稿日期:2012一12一30分别为235万元和25万元;微电网系统包括微电网集中控制器和微电网综合管理系统,其估算投资分别为160万元和120万元;预备金估算投资为20万元;试点工程投资合计为560万元\"上述作者简介:杨海晶(1977一),男,河南驻马店人,博士,研究方向为电力系统分析!保护与控制及徽电网新能源等\"以光伏发电为代表的徽电网的经济运行评估资金总计1460万元\"储能系统容量:磷酸铁铿020kwh,光伏发电容量380kw\"为方便计算和理解,将两个投资主体统称为投资人,用户为河南某高等专科学校\"光伏所发的电能主要由学校自产自销,当遇到寒!暑假等学校用电低峰时,考虑将电能卖给大电网,实现资源的优化配置\"经过实地考察,目前该微电网项目运营状态良好,能满足学校部分日常用电\"项目寿命期预期为20年以上\"3案例项目的经济评估光伏发电项目作为一种新兴发电形式,虽然其技术日趋成熟,但在建设和运营过程中会产生大量的成本(目前高于所有其他发电形式)[4间,这些成本的回收对光储联合微电网实现可持续发展!参与市场竞争有着不容忽视的影响\".31微电网的成本回收模式为鼓励用户充分利用可再生能源,在微电网发展初期可采用电网公司拨款补助模式来帮助用户尽快回收其运营成本闭\"金太阳工程正是运用了微电网发展初期的成本回收模式\"调查显示,这种成本回收模式是现阶段在国内外比较流行的成本回收模式\"鉴于微电网建设的高成本,预计微电网的成本回收模式在短期内不会被新的成本回收模式所取代\".32微电网的主要收益情况通过对该学校附近地区年日照量的统计,由于光伏发电的接入,可为用户提供每年约88万千瓦时的发电量\"按照目前市场上的学校用电电价,即0.56元lk矶计算,该学校每年可节省电费49.28万元\"按照该电站20年运营期计算,累计发电2()X0万千瓦时,总计可节省电费1120万元,实际运行20年后,该电站仍具有发电能力\"此外,由于该项目中用于外部工程投资的900万有一半是由国家财政局一次性补贴的,根据有关资料规定,由国家财政局对企业的财政补贴可作为企业的收益考虑,所以对学校而言,该光伏发电项目的投资额为450万元\"同时,以可再生能源发电为特色的微电网大大减少了二氧化碳!二氧化硫等气体的排放,为缓解温室效应做出了贡献\"用户可以对减排的二氧化碳等气体进行公证并参与国际间交易从而达到一定的经济收益\".33微电网财务盈利能力分析光伏发电项目财务盈利能力主要是通过投资回收期等评价指标来反映的\"此处将示范工程以金太阳模式和用户全投资模式在有储能和无储能的情况下进行微电网的盈利计算,量化计算结论\"3.3.1回收全部投资的期望电价分析由于静态投资回收期未考虑资金的时间价值,不能真正反映资金的回收时间\"光伏发电项目投资规模大,回收期较长,因此计算动态投资回收期更为合理\"动态投资回收期计算公式为:只艺(c,一co)-(l+-)一\"(l)公二l式中:只为动态投资回收期;a为电费;Co为投资成本;i为基准收益率或设定的折现率\"采用投资回收期评价单一方案的标准是:只簇T0,项目可行;只>T0,项目不可行\"其中,T0为基准投资回收期,可参照国家颁布的标准\"在该项目中,微电网的投资为560万元,光伏工程投资为900万元,其中有450万元由国家补贴\"1=6.6%,项目设定的T0=8年\"(l)金太阳模式¹微电网接入:金太阳模式下,通过微电网接入,Co=1010万元,按照每年可节省CI=49.28万元计算,该项目是收不回成本的\"由于项目设定的T0二8年,若需要在T0内收回成本,则项目的CO应减少为298.88万元(0.79万元Ikw)\"假设投资成本不变,如果要求在基准投资回收期内收回成本,则电价需提升为1.元Ikwh\"º光伏电站接入:作为光伏电站直接接入电网运行,CO=450万元(1.18万元Ikw),按照每年可节省CI=49.28万元计算,则项目可在15年内收回成本\"假设投资成本不变,若要求在8年内收回成本,则电价需要设定为0.84元Ikwh\"(2)用户全投资模式¹微电网接入:该项目中,co二1460万元\"假设此时光伏所发电力全部向大电网输送,则需确定合理的上网电价来实现在年内收回成本\"通过计算得出,此时电价应为2.74元/kwh\"º光伏电站接入:作为光伏电站接入,co二900万元,按照每年可节省49.28万元计算,则在项目寿命期内是收不回成本的\"假设投资成本不变,若要求在基准投资回收期内收回成本,则电价需设定为1.68元/k矶\"3.3.2现行电价条件下期望投资年分析光伏所发电力全部向大电网输送,考虑到微电网建设的区域性,需要考虑不同用户对微电网的影响\"表1示出对于不同用户对微电网投资回收期及在8年内收回成本的最高投资额的影响\"37第47卷第3期2013年3月电力电子技术PowerElectroniesVol.47,No.3March2013表1不同的用户类型对微电网投资回收期的影响表2不同用户类型在8年内收回成本的可行投资年份eyeaJ活ofcerevor加vestlnentunder山n触rentTableIT七ee肠ectonthen止ere#酬dinvestl0entrcove口eerPiodu.derdi月rerenteSUrtypeshT日ble2Tesurty脚留in8years居民生活用电工商业用电农业生产用电居民生活工商业农业生产用不同用户的用电价格0.56元Ikwh0.76元IkWll0.42元/kwh用电用电光伏电站可金太阳模式行投资年份微电网可行投资年份全投资模式金太阳模式全投资模式2013202201292025现在2017201620212016>20252022>2025投资回收期无法收回成本期望投资额0.79万元Ikw5年3无法收回成本1.07万元/kW0.59万元/kW3.3.3财务盈利能力分析4结论目前光伏发电在我国迅猛发展,光伏发电组件成本大幅降低\"据预测,光伏发电的成本价格将按每年6%一10%的趋势下降,且第一年下降10%,通过对金太阳工程的实际考察,研究了以光伏发电为代表的微电网的经济运行现状\"通过对微电网的成本与收益的分析,研究了微电网的财务盈利能力分析,对其经济性进行了评估\"按次年逐年下降的趋势减缓5%计算,可求得特定光伏发电的成本价格所对应的年份,为未来对光伏发电的投资做出预测,价格变化趋势如图1所示\"众叼粗异祷沙/`/g伙nI,qU-勺J心-J弓`参考文献11]VenkataramananG,Mam叮C.A肠飞erRoleforMiero-Magazine,hds1gJ].IEEEI!alls.onProwerandEne卿2008,6(3):78一82.味满,满0.699..百二祷限长/\"导链翔()长-20102014裂,-裂#呼,,,2]鲁宗相,王彩霞,阂勇,等.微电网研究综述[1].电力J系统自动化,2()7,31(19):l(X)一107.X2022202620>02014201820222026年份a)光伏系统的投资预测(年份(b)微电网接入设备价格颅测.钟瑞衡衡20183]杨佩佩.微网的经济运行分析与研究[D[].保定:华北电力大学,2(j9.X图1投资预测和价格预测Fig.1InvestmentpredietionandPrieePredietion]4[项目决策分析与评价=M].全国注册咨询工程师(投资)资格考试参考教材编写委员会,2008.居民生活用电,工商业用电及农业生产用电的用户用电价格分别为0.56元Ikwh,0.76元瓜Wh,5]程倩,王雁凌,唐靖.电力交易收费问题研究[1].J电网技术,2()8,32(增刊2):20X9一212.[6]AsanolH,Bandol.Eeono而eAnalysisofMieroghds=A:.P战eedingsOfIEEECon.fgoya,2()7.X0.42元Ikwh;最高投资额分别为0.79万元/kw,1.07万元Ikw,0.59万元Ikw\"根据图1得到不同用户类型下微电网在8年内收回成本的可行投资年份分析如表2所示\"肾之公妙刃褚几蕊乙奋,梦\"!-朋POwreConversion=C].Na-[7]V5KMurhyBatjepailli,5AKh叩ade,CVDobaliya#rDeveloPmentofMieroGidsinIndia[A].ProwerandEne-卿SoeietyGenerlMeeting[C].2010.a飞勺引众沙公吧,又甲伦的7叼丫自句佃今八冲夕之俨川会份的吵日妙幻臼几习寸货乙引又-/介的-!2013年第12期/功率集成电路及其应用0专辑征文启事为了更好地促进功率集成电路相关技术的研究与应用,本刊拟将2013年第12期辟为/功率集成电路及其应用0专样,以集中反映这一领域国内外近期的研究情况!关键技术的发展和创新\"主要征文范围包括:¹可集成功率器件,如山MOS!VnMOS!uGBT!J几T等;º高低压器件兼容技术;»高压功率集成技术,包括硅!501!SIC!GaN的高压功率集成;¼功率集成电路的设计,如高压橱驱动Ic!开关电源Ic等;½功率集成电路的测试技术;¾功率集成电路的封装技术;¿功率集成电路的应用特性研究;À功率集成电路的可靠性和失效机理;Á杭辐射功率集成技术;Â杭辐射功率集成电路等\"欲投稿的作者请在2013年09月30日前将论文发送至本刊编辑部邮箱(Emal:沮dijsst夕163.com),并注明/功率集成电路及其应用0字样\"所投论文将按本刊常规审稿程序请国内外同行专家评审,评审结果将于2013年10月3日前通知作者\"本刊将邀请电子科技大学张波教授作为本专辉特邀主编,对本领城的研究及专拜的论文进行分1析和点评\"截稿日期:2013年09月30日录用通知发出日期:2013年10月31日论文刊登预期:2013年第12期52013年12月20日出版)38鞠城曝挑脚晰卿;鞠卿握面面睡习文章编号:1009一8119(2013)05一0055一02厂监二名l:盈铭乙::1思二翻冬:二I班乙:I托二-.:二I篮廿二盆U香甚口K口U口蕊口公口器妞洛:IJ3肠二盔l二笼公盆至二月目二二1气1余容东公台农亡家本-应用于停车棚的光伏一储能微网发电系统研究朴铁军吴天明(上海航天技术研究院,上海201109戈韶箱吕l8盆吕盆目目峪从枯翩岭习监二扭只玉弓沁二盆装-居骆韶公赴召韶-:吕目导I日骆目翻目只公公路翻-R石杀叨摘要提出了应用于停车棚的分布式发电光伏一储能微网发电系统设计方案,进行了并网光伏发电系统!储能系统和微网控制管理系统设计\"重点介绍了光伏电池阵列!并网逆变器!储能装置充放电系统!储能系统容量规划!微网电网结构!光储微网系统整合运行等设计内容\"关键词并网光伏发电,储能,微网,研究l引言向系统输入或者输出的电流大小,从而实现对储能系统和光伏发电系统之间能量流动的控制\"在某些地区不具备接随着光伏等可再生能源发电技术的发展,分布式发电日益成为满足负荷增长需求!提高能源综合利用效率!入电网的条件时,可以去掉电网侧整流器模块,由电池储能单元来完成稳定直流母线电压的任务,从而由光伏和储能混合系立组成微网,按照模式运行\"提高供电可靠性的一种有效途径,并在配电网中得到了广泛应用\"但分布式发电的大规模渗透也产生了一些负面影响,如单机接入成本较高!控制复杂!对大系统的电压和频率存在冲击等\"上述影响了分布式发电的运行方式,削弱了其优势和潜能,而微网(Microgrid)技术则为分布式发电技术的整合和利用提供了灵活!高效的平台\"微网是指由各种分布式电源!储能!负荷,以及监控和保护装置组成,可同时向用户供电!供热和供冷的小型电力系统\"自治运行能力是微网的一个重要特点,同时储能具有双向流动和响应速度较快等特点,能有效改善微网#汰之i鼓器器}:{/#交魂的-配电计....}{{3设计方案监徨使II电能质量并提高系统稳定性,对微网运行起到了重要的作用,已成为微网系统必不可少的部分\"本文涉及的光伏一储能微网发电系统是结合上海航天技术研究院2.3MwBIPv金太阳停车棚示范工程,选择一期A区共799kwp建设规模,进行光伏发电系统!蓄电池储能系统和微网发电系统的研究和设计,完成分布式光伏一储能发电系统技术方案,为实现绿色光伏电源无障碍并网提供了技术指导\"图1分布式并网发电示意图分布式光伏一储能发电系统将采用分布式并网的设计方案,附加蓄电池储能微网发电系统\"将799kwp系统分成2个270kWP和l个260kWP发电单元,通过6台100kWP!3台50kWP!l台3okwp等并网逆变器接人0.38kV交流电网,实现并网发电\"4发电系统设计以下对该系统的光伏发电系统!储能系统和微网发电系统等子系统方案设计进行重点描述\"2设计原理4.1光伏电池阵列设计本设计方案基于光伏阵列的直流物理模型,在Malatb/Smuilink环境下,结合编写S函数建立了实用化的动态模型,模拟任意太阳辐射强度!环境温度!光伏模块参数!光伏阵列串并联组合方式下的光伏阵列卜U特性和输出功率;并在此基础上采用变步长扰动观察法,实现了光伏阵列的最大功率追踪(MPPT)\"当外界环境变化剧烈时,采用大步长扰动;当系统接近最大功率点时,采用小步长扰图1所示为光伏和储能微网发电系统示意图,光伏列阵输出的直流电压首先经过一组汇流箱等设备进行初步稳定,随后电网侧整流器进一步控制公共直流母线,电压为设定值\"负载侧逆变器将公共直流母线的直流电压逆变成单相220V或3相38Ov供给负载使用\"电池储能单元则通过一个双向逆变器和公共直流母线相连接\"由逆变器来控制012./军民两用技术与产品}535目诬对瞰蜘礴秘奏纲酬鳃濒油;动,减小了功率的振荡,提高了系统的跟踪效率\"经模拟计算,光伏发电系统的太阳电池组件选用功率为23oWP!lsowp!16swp等Wp型号的多晶硅太阳电池组件,工作电压约为29.5V,开路电压约为37V\"根据IO0kW并网逆变器的MPPT工作电压范围,每个电池串列按照20块电池组件串联进行设计,每个>OokW的并网单元需配置62个电池串联组并列,整个799kwp系统需要4412块电池组件\".42并网逆变器设计发电系统设计为6台IDokwp!3台sokwp!l台3okwp等的光伏并网逆变器,组成799kwp并网发电系统\"逆变器主电路的拓扑结构如图2所示,并网逆变电源通过三相全桥变换器,将光伏阵列的直流电压变换为高频的三相斩波电压,并通过滤波器滤波变成正弦波电压,接着通过三相变压器隔离升压后并人电网发电\"为了使光伏阵列以最大功率发电,在直流侧加入了MPPT算法\"图2逆变器主电路图5储能系统设计5.1储能装里选择鉴于太阳能电池发电成本问题,蓄电池的充电!放电效率,以及高瓦时效率是太阳能光伏发电储能蓄电池最重要!最基本的技术指标\"其次,蓄电池应该有比较平坦的充电特性\"对于并网光伏发电系统,由于有了比较平坦的充电特性曲线,MPPT里面的DC/DC变换器的电压差可以做到最小化,所以,跟踪效率将有所提高口再次,充电放电循环次数多\"充电放电循环次数多,实际上的表现为使用寿命长,这是一个非常重要的指标\"最后,性价比要高,过高的价格是没有市场竞争力的\"量化的概念是:存储Ikw.h电能的价格高低将直接体现出蓄电池的价格和使用寿命\"基于上述特性,相比而言,全钒液硫电池具有最好的环保效益,且其工作性能和生产成本正向大批量的方向发展\"所以本文利用全钒液硫电池储能电池模块,考虑电池的充放电特性,添加相应的控制环节,构成光伏一储能微网发电系统的储能系统\"本文对蓄电池储能系统采用P/f和Q刃下垂控制策略\"利用微电源输出有功功率和频率!无功功率和电压的线性关系进行控制,即通过检测母线电压和频率的变化,实时地进行有功和无功补偿,从而保持微电网的稳定运行\"P/f65{军民两用技术与产品201.35和Q阿控制电路的简单结构如图3!图4所示\"采样器器图3储能系统的P/f控制图困图4储能系统的Q刃控制图.52储能装置充放电系统对于储能系统,设计采用双向逆变器实现钒电池储能系统与交流母线的能量交互\"双向逆变器采用逆变/充电一体机,可以实现纯正弦波输出交流电压,以及在交流逆变器中集合了蓄电池充电功能!交流自动切换开关等\"由于其具有与电网并网运行或脱离电网单独运行的双重功能,双向逆变器能够与光伏发电系统一起,提供全天候戴备用电能\"该储能系统配置的监控系统,监控范围覆盖温度!电流!电池容量等各方面\"对于储能系统的各主要运行部位的温度,采用高精度温度传感器实时测量系统温度;针对钒电池储能系统,电解液循环速度亦有精确的传感器进行实时测量和反馈,以保证系统运行平稳高效\"充电放电电流实时测量,系统同时实时监控电压值,以保证系统运行在最佳状态下,延长系统使用时间\"所有的监控数据均由子系统数据综台之后通过通讯总线系统将监控数据实时传输给微电网监控管理系统\"7一1.L,:月!l十,飞了去飞:沂饥!酥.七池叮认石止巴众浮每姆斋8丁-.甲}.队双向Dc^c转换路*{图5储能单元的结构5.3储能系统容t规划该院平均用电负荷约2.4MW,日用电高峰在17:00,用电低谷在02:30\"负荷特性曲线如图6所示\"储能系统以平滑光伏电站的输出波动和提高供电可靠性为主要目的,将光伏波动抑制在10%以下,则功率最优配比在巧%心0%之间,储能容量2h以上\"考虑微网系统对于储能的要求不仅仅是出于平滑光伏电站出力波动的目的,而是为了实现微网独(下转60页)目曲葱聆加枷谙裔蜘娜卿缅-划和产品规划,是当前困扰营销主体的主要问题\"数的分系统院两大主业收人在50亿一70亿元,产业已经具按照上述的从分权化模式向仅整合营销控制功能模备一定规模\"院级市场部履行品牌建设!市场规划!市场式,再向市场和销售职能分离模式成者是集权式营销管控分析!大型推介等职能,同时承担对产品线的反馈功能,模式的转变,是大多数企业营销管控发展之路\"航天科技各单位的销售部门承担销售职责\"院级市场部能够起到集团公司存在一定的特殊性,其产品种类多,营销资源分院内单位有效营销资源的有效利用,建立起院级的营销平散,如果要将各级单位的市场职能上升到集团公司总部,-入口\"需要从机制上做相当大的变革,航天科技集团公司两大主业很多单位要进行划转!重组,此种改革可能会冲击3.2按行业分类,有效利用各种资源和现代营销方式,建立集团公司级的营销资源和渠道平台\"众多单位的核心竞争力,无法实现军民有效融合,无法获得航天技术的有效支撑,不利于当前状况的改善,并且具由航天科技集团公司总部作为主导,按行业来分别措有较大风险\"建集团公司各行业营销平台,利用网站!微博!微信!即营销的对象决定了营销的方式,每个行业的营销模式时通讯软件等方式构建,从航天科技集团公司总部到各级不尽相同,多年发展起来的航天科技集团公司两大主业产子公司可同时通过平台中,利用快捷高效的通讯和信息化品种类众多,营销资源大多聚集在三级和四级公司内部,手段,随时发布需求和资源,企业以共同戴类似的客户群如何实现航天科技集团公司内部的营销资源有效利用,其为纽带,渠道资源随时共享,充分调动企业营销人员的积次,营销的效率是至关重要的因素,多级管理因管理链条极性,并定期举办行业内的市场营销方面的研讨会和策划过长,影响营销的效率,如何提高营销效率\"会,增进相互沟通和信任口同时加以适当的管理,在营销3相关建议平台上及时分享客户资源,定期分享营销渠道的新成果\"通过上述方法驱动实现营销渠道管理的扁平化,在市场规通过对以上情况的分析,仅从营销管理的角度,本文则的指引下,加以一定的指导意见和管理办法来合理推动提出观点供读者参考:中介和代理机制的形成,最终促成其良性循环\"3.1在各院设里市场部,加强营销战略!营销管控!市场参考文献策划!产品规划方面的能力.逐步推进所属三级和四级公1沈翠珍.市场营销学[M2.武汉:湖北人民出版社,司的市场职能上升\"2004各总体院两大主业收人规模在80亿一11\"亿元,大多2白万纲.集团管控之营销管控.中国发展出版社,2008(上接56页)立自治运行,所以储能的规模要比只完成平滑出力波动或微网离网运行时,微网控制系统同时识别主网状态,者拟合负荷曲线时要大\"结合负荷分布情况,储能系统容通过负荷控制!充放电控制以保证微网状态的平稳变迁,量配置为100kw理00kw一h\"并且保证重要负荷供电\"当光伏发电系统不能满足系统要6微网控制管理系统方案设计求时,启动储能系统实现对负载供电,直到系统供电恢复6.1微网电网结构正常,当储能系统电池电压降到设定的放电电压时,停止放电以保护电池组\"微网电网结构见图7\"整个微电网通过双回线与配电结论系统相连,微网内部采用辐射状供电方式,项目拟建光伏799kwp,分3组直接通过院部大楼供电馈线38Ov就地接人本研究是设计应用于停车棚的包含光伏发电!电力微电网,同时拟建储能100kw/200kw.h\"储能!并具有微性的实际运行系统;能够真正实现分该设计方案中光伏采用分散接人0.38kv,简化工程布布式光伏电源!储能系统友好接入电网,实现与配电网并线,节约投资;采用无升压变压器,节约投资,同时损耗网协调运行,实现微电网双向潮流环境下控制保护协调工降低!逆变效率提高\"作的系统;可体现分布式光伏电源!储能系统智能协调工作,凸显智能微网能量优化调度控制的效果\".62光储微网发电系统整合运行微网并网运行时,光伏发电系统借助逆变器输出端,参考文献通过配电拒与园区内的变压器低压端38Ov并联,实现对当l李安定太阳能光伏发电系统工程=M].北京:北京工地负载供电,并将多余的电能通过变压器送人电网\"储能业大学出版社,200一:xo一20系统通过自动调整充放电工作模式和输出功率控制平缓光2王志群,朱守真,周双喜.分布式电源对配电网电分布伏发电功率波动,兼以实现抑制电压波动和闪变,补偿负的影响IJI.电力系统自动化,2004,28(x6):55一60荷电流谐波等功能\"微网控制功率系统通过闭环控制调节裴玮,李澎森,李惠宇.微网运行控制的关键技术及其策略保证系统的稳定运行\"3测试平台[J].电力系统自动化,2010,34(l)06{军民两用技术与产品201.3/