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摘要：光伏組件上光照時間的長短和強度都影響著光伏發電的效率，導致發電功率具有隨機波動性。隨著光伏并網系統的增多，產生孤島效應的概率也隨之增加。微電網是一種將分布式電源、負荷、儲能裝置、變流器以及監控保護裝置整合在一起的小型發配電系統，可以降低分布式電源并網時由于供電的不連續性而給配電網帶來的不利影響，提高供電可靠性和電能質量。

關鍵詞：光伏發電；微電網；并網；供電質量

太陽能是取之不盡的綠色可再生能源，光伏發電過程簡單、資源隨處可得、不排放污染物質，操作、維護簡單，系統性能穩定，在長期的能源戰略中具有重要地位。光伏發電將成為今后主要的分布式發電方式之一。

1光伏發電并網對電網的影響

光伏組件上光照時間的長短和強度都影響著光伏發電的效率，發電功率變化波動性較大。光伏發電系統產生的是直流電，接入公共電網一般要通過逆變裝置先進行轉換，這些逆變裝置及其它電力電子轉換器，起到了能量的傳遞和負荷的投切作用，但也引入了大量的非線性負載，對電網產生諧波污染，不僅會降低發電、輸電及用電設備的使用效率，還會支電網運行的安全穩定性造成影響。光伏并網系統數量的不斷增加，產生孤島效應的概率也隨之增大[1]。當光伏并網發電系統處于獨立運行狀態即孤島方式運行時，如果該供電系統沒有儲能元件或其容量太小，不足以為用戶提供合適的電壓，用戶端的負荷電壓就會發生跳變，當電網重新向孤島電網供電時還可能損壞設備。孤島效應還可能危害電力維修人員的安全、破壞用電設備，對整個配電系統產生不利影響。因此，必須找到一種合適的系統模式，降低光伏發電并網對配電網的影響，提高光伏發電的效率，保證電網的安全性和穩定性。

2微電網系統的特點

微電網是一種將分布式電源、儲能裝置、能量轉換裝置、負荷、以及監控保護裝置等組合而成的小型發配電系統[2]。數量龐大、種類不同的分布式電源并網所帶來的問題，都可以靠微電網得以解決，并使分布式電源的靈活高效應用得以實現。微電網實際上也是一個完整的小型配電系統，具有自我控制、保護和管理的功能，能對功率進行平衡調節，對系統運行進行優化，還可實現故障檢測與保護等。憑借這些關鍵技術，可以降低分布式電源并網時由于供電的不連續性而給配電網帶來的不利影響，提高供電可靠性和電能質量。將分布式電源以微電網的形式接入配電網，被普遍認為是利用分布式電源有效的方式之一。微電網作為配電網和分布式電源的紐帶，使得配電網不必直接與不同種類、不同歸屬、分散接入的(甚至是間歇性的)大量分布式電源進行對接。在《2010-2030應對能源挑戰白皮書》中，國際電工委員會(IEC)明確將微電網技術列為未來能源鏈的關鍵技術之一。

3光伏發電微電網系統的組成

光伏發電微電網系統也是一個完整的電力系統，主要由光伏組件、光伏控制器、蓄電池組、逆變器和負載組成。

3.1光伏組件光伏組件通常叫太陽能電池板，是由太陽能電池片切割成不同規格的太陽能電池組合在一起構成。單獨太陽能電池由于電流和電壓都很小，所以要作為電源必須將若干電池串并聯并嚴密封裝成組件。

3.2光伏控制器光伏控制器是用于對多路太陽能電池方陣和蓄電池、以及蓄電池和設備之間的電能傳輸進行自動控制的設備，是光伏供電系統的核心控制部分。光伏發電產生的電流具有隨機波動性，直接輸出會容易損壞蓄電池和負載。光伏控制器通過高速CPU微處理器和高精度A/D模數轉換器對數據進行采集、監測和調節控制，穩定電流輸出，起到保護蓄電池和負載的作用。此外，光伏控制器還具有通信功能，可在各光伏發電系統子站中進行數據傳輸，實現對子站的集中管理和遠距離控制。

3.3蓄電池組光伏發電系統的發電效率跟光照強度有關，會隨著環境和天氣變化而變化，隨機波動性較大，造成發電功率的不穩定，不但影響了設備的利用效率，而且影響電網的穩定性。因此，光伏發電系統必須配備蓄電池組，將產生的電能轉化成化學能進行儲存。光伏發電能量過大時，儲存電能，過少時補充電能，以起到電能的調節作用，保證供電的穩定性。

3.4逆變器經過蓄電池輸出的是直流電，而公共電網是交流電，日常的用電設備工作電壓要求也是交流電。因此，光伏發電系統要并網或者直接輸出做生活用電，都必須配備合適的交流逆變器，使輸出的正弦波電流的頻率和相位與電網或者負載相匹配[3]。

4光伏發電微電網系統的可靠性和安全機制

4.1光伏發電微電網系統的可靠性微電網并網運行時，負荷的無功功率和諧波會影響二者之間的電能質量傳輸[4]。而微電網一般處于電力系統的末端，在虛弱電網的末梢，這種影響要比中心電網嚴重的多，需采用有源逆變技術進行濾波和無功補償。在光伏發電并網技術中，可將無功補償控制、有源濾波和發電控制指令進行合成，實現發電和無功補償一體化控制，減少功率損耗，提高供電質量。微電網自身的穩定性決定了，即使并網終端數量不斷增加，系統的負荷主要由微電網承擔時，微電網也可減少系統的平均停電次數和時間，保證系統供電的可靠性。

4.2光伏發電微電網系統的安全機制微電網存在多種運行狀態，可以與電網并網運行，也可與電網斷開轉為孤島運行。當處于并網運行時，電能可以在微網與電網之間雙向運輸；當微電網或者電網發生故障時，微電網的自動控制功能會其脫離電網獨立運行，僅向其所連接的重要負荷供電，故障排除后，控制功能會再次將微電網轉為并網運行。由于微電網的自我控制保護功能，可以減小光伏發電系統作為分布式電源并網和斷網時對電網的沖擊，增加電網的安全性。微電網孤島效應產生的可能原因有：電網斷電但微電網仍連接在電網上；微電網并網開關斷開但微電網未停運。國內外學者雖未這個問題上達成共識，但微電網孤島效應的所帶來的不利影響都是認同的，因此孤島現象的檢測顯得尤為重要。孤島效應的檢測不僅要快速，而且要考慮發電裝置的特性以及孤島響應的差異性。針對微電網的保護，主要是從分布式發電電源入手，采取限制電源注入量、繼電保護等技術，來解決電源故障引起的輸出短路電流對保護裝置的影響問題。

5光伏微電網系統的應用及發展前景

我國生產的太陽能電池占全球市場份額的一半以上，也是光伏發電應用大國。但由于技術和資金的限制，目前我國對光伏發電微電網系統的使用還處于初級階段，雖然在工業、農業和城市建設等方面都有應用，但主要是用于公共照明、緊急通信電源、醫療設備、加油站、避難場所指示及照明等重要或應急負載的供電系統[5]。光伏發電微電網系統技術具有存儲、調節和穩定電能等優點，不僅可以直接輸出給負載，也可以并入電網與配電網進行能量交換。隨著光伏發電和微電網技術的不斷提高，其應用成本會不斷降低，光伏發電微電網系統必將得到越來越廣泛的應用，促進綠色能源的不斷普及。

參考文獻

[1]熊靜.光伏并網發電系統的研究[D].南京：南京理工大學,2017.

[2]楊新法,蘇劍,呂志鵬,劉海濤,李蕊.微電網技術綜述[J],中國電機工程學報,2014,1(34):57-70.

[3]呂志鵬,劉海濤,蘇劍.可改善微網電壓調整的容性等效輸出阻抗逆變器[J].中國電機工程學報,2013,33(9):1-9.

[4]江海寧,蘇建徽,丁明,張國榮.光伏并網功率調節系統[J].中國電機工程學報,2007,27(2):75-79.

[5]王文靜,王斯成.我國分布式光伏發電的現狀與展望[J].中國科學院院刊,2016(2):165-172.

作者：陳思文 單位：武漢紡織大學電子與電氣工程學院