【正文】 研究。逆變器啟動后，交流接觸器保持?jǐn)嚅_。當(dāng)直流電壓到達最低逆變啟動電壓后，交流接觸器繼續(xù)保持?jǐn)嚅_，在未接入電網(wǎng)情況下逆變器先獨立運行，逐步建立勵磁電流，直至交流接觸器兩端的電壓一致，吸合交流接觸器，進入并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)。為了使得光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定運行，在光伏逆變器設(shè)計中加入上述預(yù)同步過程，以確保逆變器在投入電網(wǎng)運行時其輸出電壓相位、頻率、幅值與電網(wǎng)基本一致，從而減小電網(wǎng)對逆變器的沖擊，才能使發(fā)電設(shè)備安全切入電網(wǎng)，同時也能保證電網(wǎng)受到的干擾及影響最小。 光伏電站系統(tǒng)集成技術(shù)研究光伏電站系統(tǒng)集成關(guān)鍵在于系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，自2009年至今全國各地已有大量10MW級以上規(guī)模的大型光伏電站已建成投運或正處于建設(shè)當(dāng)中，電站的設(shè)計及集成安裝技術(shù)從最初的模仿發(fā)展到現(xiàn)今，正逐步向合理性和專業(yè)化方向邁進，光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計由最初參差不齊的光伏企業(yè)自行設(shè)計轉(zhuǎn)向了具有電力行業(yè)設(shè)計資質(zhì)的專業(yè)設(shè)計院所。從已建成投運的大型光伏電站整體情況來看，由于多數(shù)設(shè)計單位前期在光伏系統(tǒng)應(yīng)用方面所投入的研究工作較少，大多數(shù)相關(guān)的設(shè)計人員對光伏發(fā)電系統(tǒng)的認(rèn)識以及對相關(guān)部件的電氣特性的掌握正處于學(xué)習(xí)階段，還缺乏深入的理解和實踐經(jīng)驗，創(chuàng)新能力比較弱，針對光伏電站的整體設(shè)計水平不高，經(jīng)濟性不強，設(shè)計質(zhì)量過剩現(xiàn)象普遍存在。光伏電站建設(shè)中除組件和逆變器外，在設(shè)計環(huán)節(jié)的成本優(yōu)勢并沒有被充分挖掘。同時，國內(nèi)光伏電站的整體設(shè)計思想、建設(shè)水平及運行管理等方面與實施大型光伏項目較早的歐美發(fā)達國家相比尚有一定的差距。在光伏發(fā)電成本的構(gòu)成中，光伏電站的建設(shè)投資成本和運行維護成本占決定性因素。隨著光伏組件成本的逐步下降，光伏電站建造成本中的其他設(shè)備成本所占比重將會相對增高。目前一個典型的地面安裝10MW光伏電站的主要成本構(gòu)成及各部分所占比重如圖所示：圖8 光伏電站的主要成本構(gòu)成及各部分所占比重其中組件成本占68％，其他部分占32％。但是，組件成本下降的空間將會越來越小，而其他能夠進一步降低電價成本的措施：一是通過光伏系統(tǒng)集成技術(shù)的研究進一步提升系統(tǒng)發(fā)電效率，提高光伏電站發(fā)電量；二是優(yōu)化工程設(shè)計技術(shù)，進一步降低除組件外的其他環(huán)節(jié)成本；三是創(chuàng)新光伏電站的管理模式，降低電站運營成本。作為國內(nèi)最早從事光伏發(fā)電系統(tǒng)集成應(yīng)用的振發(fā)新能源科技公司，經(jīng)過十余年的經(jīng)驗積累和發(fā)展，在光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)研究及光伏工程設(shè)計，建設(shè)、技術(shù)服務(wù)、運行維護等方面奠定了良好的基礎(chǔ)。自2009年以來，針對大型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，主要以圍繞發(fā)電成本最低化作為目標(biāo)，開展了一系列設(shè)計集成技術(shù)研究和工程實踐，通過優(yōu)化設(shè)計，可有效地提升電站整體系統(tǒng)效率，降低主要設(shè)備及材料成本，從而使發(fā)電成本進一步得到降低。其采取的主要措施如下：（1）從關(guān)鍵設(shè)備入手，發(fā)揮設(shè)備潛能，進一步提升系統(tǒng)在弱光條件下的效率通過對大功率逆變器的電路分析，在弱光條件下(一天中的早晚及陰雨多云天氣)：一方面，紋波電流占總輸出電流的比重將大幅增加，會導(dǎo)致逆變器輸出諧波含量超標(biāo)，國家標(biāo)準(zhǔn)中對400V級以下電網(wǎng)，諧波含量要求THD≤5％，6kV／10kV級電網(wǎng)，要求THD≤4％，35kV級電網(wǎng)，要求THD≤3％，對于110kV級電網(wǎng)，要求THD≤2％，諧波超標(biāo)將會對電網(wǎng)造成較大的諧波污染。另一方面，濾波器損耗所占的比重也會增加，逆變器效率也會大幅降低。針對存在的問題，通過在逆變器硬件電路和軟件算法上進行優(yōu)化，繼而可有效地解決光伏并網(wǎng)逆變器在弱光特性下的輸出諧波超標(biāo)、效率較低的問題。（2）采用高功率密度逆變升壓設(shè)備。減少設(shè)備及材料用量更高效的大功率逆變器的應(yīng)用，在設(shè)計中將會引起關(guān)聯(lián)設(shè)備材料的配置隨之變化，在逆變器前端，不論是輸入電流的增大還是輸入電壓的升高，其結(jié)果都會帶來匯流設(shè)備和電纜用量的減少。而在逆變器后端帶來的結(jié)果將是變壓器功率密度的增大，相應(yīng)地會使發(fā)電單元站房數(shù)量、土建工程量、高壓電纜的用量、高壓開關(guān)設(shè)備用量、監(jiān)控點數(shù)等發(fā)生不同量的減少，僅此一點，相比之下可降低成本3％～5％。更加安全可靠的大功率并網(wǎng)逆變器在大型光伏電站應(yīng)用的必要性巳在行業(yè)內(nèi)被認(rèn)可，目前國內(nèi)外各主要逆變器生產(chǎn)廠商都在著手進行更大功率逆變器的開發(fā)，并且已有一些品牌產(chǎn)品通過大規(guī)模應(yīng)用表現(xiàn)出了較明顯的優(yōu)勢。（3）增強組串的匹配性設(shè)計，保證組件發(fā)電功率的最大化由于單片光伏電池功率實際值的離散性，造成每塊光伏組件封裝完成后的工作電壓、工作電流及峰值功率也會不盡相同，同一組串中總會存在一塊工作電流或峰值功率最小值的組件。當(dāng)同一個組串中所串聯(lián)的光伏組件的電流或功率離散性較大時，組串中所有組件的電流或功率將會被鉗制在最小值的組件值上，造成組件功率的浪費，使得光伏電站組件實際發(fā)電功率比安裝的功率要小，如果同組件中組件的離散性越大，則損失掉的功率也就越大。為解決這一問題，采用光伏組件篩選分組的方法來確定最佳的分類分組方案，組件安裝人員按照分組方案進行安裝，可有效地提高系統(tǒng)發(fā)電功率，使光伏電站發(fā)電功率再提高2％～3％。（4）采用科學(xué)手段，優(yōu)化板陣直流集電線路，進一步降低線路損耗及線纜用量光伏發(fā)電系統(tǒng)中的發(fā)電單元主要是光伏組件，一個光伏發(fā)電站是由一定數(shù)量的光伏組件按照設(shè)計要求及排列方式進行串聯(lián)和并聯(lián)組合后來提供光伏電力的。對于大型的光伏電站，由于電池組串的數(shù)量較多，這些組串分別安裝在許多不同的支架上，這樣就有多個板陣上的電池組串通過線路連接匯流到安裝在某一個支架上的匯流箱。在組串引出以及定位匯流箱安裝位置時要選用合理的方式使導(dǎo)線長度最短，這樣既可減少線纜用量，又可降低線損。下圖為目前常見的兩組串支架所采用的幾種不同的組串引出線形式。圖9 幾種不同的組串引出線形式三種導(dǎo)線連接方式相比，線纜用量是不同的，從單獨每個支架的引出線路來看，方式一的引出線路最長，方式二次之，方式三最短。但是，如果結(jié)合整個電站設(shè)計的匯流方案，方式三的引出方式不一定是最短的。匯流的支路越多，線路的復(fù)雜性越大，同時還要考慮發(fā)電單元中逆變升壓設(shè)備的安裝位置，很難用簡單的判斷或計算就能得到最佳的方案結(jié)果。為此，在組串匯流輸電線路設(shè)計中采用仿真設(shè)計技術(shù)，這個問題就可以得到較好的解決，將整個場站的規(guī)劃布局預(yù)先輸入在計算機中，根據(jù)設(shè)定的出線規(guī)則和匯流方案，由計算機自動計算不同方式下的電纜長度以及損耗。根據(jù)對比結(jié)果來確定全站的直流集電匯流線路物理布局。仿真設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用，不僅增強了直流集電匯流線路設(shè)計的合理性，同時也大大簡化設(shè)計工作量，達到降低線路損和線纜成本的目的。（5）結(jié)合廠站整體規(guī)劃分析功率分布．確定最經(jīng)濟的發(fā)電單元出線方式光伏并網(wǎng)電站一般采用將整個光伏發(fā)電系統(tǒng)分為若干個發(fā)電單元的設(shè)計方案。每個單元根據(jù)單臺逆變器容量又可分為若干個發(fā)電子單元，采用多臺規(guī)格相同、容量相同的逆變器接入I臺升壓變壓器的電氣結(jié)構(gòu)方式。每個發(fā)電單元至主站交流母線的出線方式主要有下圖所示的幾種方式。圖10 發(fā)電單元至主站交流母線的出線方式出線方式一為星形輻射出線方式。每一個發(fā)電單元出線均經(jīng)一路高壓電纜由進線柜接入交流母線，開關(guān)柜及電纜數(shù)量很大，尤其是在35kV系統(tǒng)中，大多數(shù)高壓電纜最小規(guī)格為50ram2。線纜的利用效率很低。出線方式二是分組并聯(lián)出線方式。這種方式是將相臨近的發(fā)電單元并聯(lián)后通過一路電纜送出到主站的進線柜，并聯(lián)的數(shù)量可根據(jù)發(fā)電單元的功率及系統(tǒng)電壓來確定。這種方式與方式一相比可減少進線柜數(shù)量和高壓電纜用量。出線方式三是一種分段母線串聯(lián)出線方式。這種方式是將全部發(fā)電單元采用分區(qū)送出，每個區(qū)域的設(shè)置采用一段母線送出到主站的進線柜，母線采用分段串聯(lián)形式，各段母線根據(jù)承載電流情況可選用適宜的規(guī)格。這種方式的電路結(jié)構(gòu)可大大減少控制設(shè)備的配置量和高壓電纜用量。（6）借助于先進的仿真計算軟件．實現(xiàn)板陣支承結(jié)構(gòu)的進一步優(yōu)化太陽電池板陣系統(tǒng)是光伏發(fā)電站中數(shù)量最大、價值最高的部分，室外布置的板陣支架設(shè)計最主要的是載荷設(shè)計，而目前國內(nèi)大多數(shù)光伏電站在支架設(shè)計方面進行深入研究的較少，設(shè)計質(zhì)量過剩的問題普遍存在。支架的荷載主要包括組件自重、風(fēng)荷載、雪荷載、地震荷載以及荷載組合，其中風(fēng)荷載是大型并網(wǎng)電站結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中作用力最大的系統(tǒng)荷載。一般來說，光伏電站的板陣呈規(guī)則陣列排布，風(fēng)荷載分布不均，呈現(xiàn)一定的衰減特性。對于地形情況較為復(fù)雜或呈規(guī)則陣列分布的光伏組件支架的風(fēng)荷載計算，工程算法無法較為準(zhǔn)確地進行計算，在設(shè)計中借助計算流體動力學(xué)(CFD)可為電池板陣的支承結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來明顯優(yōu)勢。（7）充分利用先進的自動化手段，實現(xiàn)發(fā)電站的無人或少人值守國內(nèi)光伏發(fā)電站基本上是每建一個電站就要設(shè)立一套人員及設(shè)施齊備的運營管理機構(gòu)來進行電站的管理。據(jù)初步調(diào)查，一個10MW的光伏發(fā)電站的運營管理機構(gòu)一年的費用基本上在100萬元以上。而在歐洲所建的光伏發(fā)電站基本上都是利用遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式對電站進行管理，運營管理費用相對國內(nèi)低很多。目前應(yīng)用在大型光伏電站中的環(huán)境氣象采集設(shè)備及主要電氣設(shè)備均能實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳送和實時監(jiān)控，視頻監(jiān)控、安全防范設(shè)施在國內(nèi)電站已被普遍采用，但沒有充分發(fā)揮這些設(shè)施的作用。作為光伏電站的投資建設(shè)單位也應(yīng)該在運維管理方面發(fā)揮在降低度成本工作當(dāng)中的作用，共同努力來實現(xiàn)光伏發(fā)電的平價上網(wǎng)。只有產(chǎn)業(yè)內(nèi)共同努力，依靠科技進步進一步降低生產(chǎn)成本，終端應(yīng)用環(huán)節(jié)加深光伏系統(tǒng)集成技術(shù)研究，有效地提升工程設(shè)計能力和建設(shè)管理水平，大型光伏發(fā)電在中國光照資源豐富的西部地區(qū)，率先實現(xiàn)光伏發(fā)電平價上網(wǎng)的時代很快就會到來。 光伏電站系統(tǒng)電能質(zhì)量研究隨著工業(yè)化進程的加快，大量非線性和沖擊性負(fù)荷接入電網(wǎng)，傳統(tǒng)的無源濾波已經(jīng)不能滿足電網(wǎng)對電能質(zhì)量的要求，因此可采用有源電力濾波器來實現(xiàn)光伏并網(wǎng)的無功補償和諧波抑制。光伏發(fā)電系統(tǒng)作為重要的微電源，采用電力電子型逆變器并網(wǎng)，具有從源頭處改善電網(wǎng)電能質(zhì)量的潛力。因此可以充分利用光伏發(fā)電系統(tǒng)現(xiàn)有的電力電子裝置，將諧波抑制和無功補償功能融入其中，形成具有諧波治理及無功補償?shù)墓δ埽瑥浹a現(xiàn)有補償設(shè)備的不足，改善電能質(zhì)量。（1）無功和諧波電流的檢測光伏并網(wǎng)系統(tǒng)無功補償和諧波抑制的關(guān)鍵技術(shù)之一是無功和諧波電流的檢測。最早的諧波電流檢測方法是采用模擬電路實現(xiàn)的，這種方法對電網(wǎng)頻率波動和電路元件參數(shù)十分敏感，而采用周期電流相位的無功電流檢測方法由于其具有較長時間的延遲，實時性不好，且不能檢測電流中的諧波，因而不適應(yīng)要求快速反應(yīng)的光伏系統(tǒng)。自適用檢測方法、基于諧波理論的檢測方法和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的檢測方法，這些方法還較少被應(yīng)用于實際工程中。對三相電路來說，已經(jīng)有了得到公認(rèn)的諧波抑制和無功電流檢測方法，即基于瞬時無功功率理論的諧波檢測方法，并且它已經(jīng)在三相APF中獲得了成功的應(yīng)用。但對單相電路，盡管有許多諧波檢測方法，但都存在一些問題。比如采用固定頻率濾波器的直接濾波法，存在較為嚴(yán)重的相移和頻率漂移問題，且無法直接分離出畸變電流中的基波有功分量?；贔FT的采樣數(shù)字計算方法，由于需要一定的采樣計算時間，造成檢測速度慢、實時性差，無法滿足實際要求。采用定積分運算的積分分離方法，盡管檢測效果好一些，但很難構(gòu)造所需要的積分器，基于瞬時無功功率理論的三相電路諧波檢測方法可以推廣到單相電路，但由于要先構(gòu)造三相電路并要對畸變電流進行相移，所以實時性較差、電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于實現(xiàn)?；谏窠?jīng)元的自適應(yīng)諧波電流檢測方法，雖然電路結(jié)構(gòu)簡單、動態(tài)響應(yīng)速度快、檢測精度高，但它不是一種常規(guī)的方法，實際應(yīng)用還需進一步深入研究。直到1996年才提出了以瞬時無功功率理論為基礎(chǔ)的單相電路無功和諧波電流的檢測方法。（2）系統(tǒng)諧波和無功補償?shù)目刂撇呗员竟?jié)所提出的系統(tǒng)是要同時實現(xiàn)無功及諧波電流補償和光伏并網(wǎng)發(fā)電。此系統(tǒng)主要是把光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變直流側(cè)當(dāng)成是APF的直流電壓側(cè)。這樣我們可以把光伏并網(wǎng)系統(tǒng)同時看成一個有源濾波器來使用，諧波和無功補償問題可以就地解決，節(jié)省了設(shè)備的投資成本。這種新型的光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)采用兩個閉環(huán)進行控制，即電壓外環(huán)控制和電流內(nèi)環(huán)控制。電壓外環(huán)控制的作用是控制逆變器輸入側(cè)的直流電壓，使其穩(wěn)定在一個合適的值；電流的內(nèi)環(huán)控制的作用是按補償電流指令進行電流控制，使補償電流跟蹤其指令電流變化。（3）電壓波動與閃變的改善方案由于供電端母線電壓出現(xiàn)短時暫降造成供電端母線電壓閃變超標(biāo)，若故障持續(xù)時間進一步增大，光伏電站可能會因為低電壓穿越能力而脫網(wǎng)，影響局部電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。針對如上所描述的問題，一種可能采取的改善措施是調(diào)整并網(wǎng)光伏逆變器的控制策略，使光伏電站白天工作在功率因數(shù)滯后的運行狀態(tài)，在輸出有功功率的同時，也同步輸出一定的感性無功功率，提高并網(wǎng)點母線電壓水平，降低白天與夜間的電壓偏差。但由于光伏電站自帶的無功補償裝置一直不能投入運行，僅僅調(diào)整并網(wǎng)光伏逆變器的控制策略對光伏電站的電壓波動的改善能力比較有限。其最佳的解決方案為適當(dāng)調(diào)整原無功補償裝置的投切策略，使其與系統(tǒng)相互配合運行，或配置動態(tài)響應(yīng)性能更加優(yōu)越的SVC、STATCOM等新型無功補償裝置。靜止無功補償裝置（STATCOM）是柔性交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的重要設(shè)備，采用STATCOM進行無功補償具有響應(yīng)速度快、輸出容量范圍大、占地面積小、安全性高等優(yōu)點，在提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，抑制電壓波動與閃變，改善系統(tǒng)穩(wěn)定及動態(tài)性能等方面具有重要作用，是變電站、風(fēng)電場、電弧爐等無功補償場合的理想裝置，具有廣闊的應(yīng)用前景。在資源和環(huán)境的雙重壓力下，各國都加緊了發(fā)展光伏等可再生能源發(fā)電的步伐。美國提出“太陽能先導(dǎo)計劃”意在降低太陽能光伏發(fā)電的成本，使其2015年達到商業(yè)化競爭的水平；日本也提出了在2020年達到28GW的光伏發(fā)電總量；歐洲光伏協(xié)會提出了“setfor2020”規(guī)劃，規(guī)劃在2020年讓光伏發(fā)電做到商業(yè)化競爭。在發(fā)展低碳經(jīng)濟的大背景下，各國政府對光伏發(fā)電的認(rèn)可度逐漸提高。根據(jù)國外的經(jīng)驗來看，國家政策引導(dǎo)甚至強制規(guī)定，是光伏裝機能否在該國大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。黨的十八大報告明確提出，要實行更加有利于實體經(jīng)濟發(fā)展的政策措施，強化需求導(dǎo)向，推動戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、先進制造業(yè)健康發(fā)展。在光伏產(chǎn)業(yè)跌入低谷的這個冬天，利好政策帶來了陣陣暖意，帶來了企業(yè)在迷茫中走出困境的希望。企業(yè)看到了國家發(fā)展這個新興產(chǎn)業(yè)的堅定信心，對于國內(nèi)光伏應(yīng)用市場的實質(zhì)性開啟信心倍增。在此之前出臺的有關(guān)規(guī)劃政策，明確了產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展的路線和方向，同時描繪出了光伏平價上網(wǎng)的前景和目標(biāo)，已經(jīng)傳遞出支持產(chǎn)業(yè)發(fā)展的信號。伴隨著產(chǎn)業(yè)形勢的日趨嚴(yán)峻，國家針對光伏產(chǎn)業(yè)的鼓