光伏发电与风力发电的并网技术分析

摘要：由于现行技术在新能源发电并网中应用效果不佳，并网干扰谐波电流幅值较高，而且光电与风电转换效率比较低，无法达到预期的并网效果。因此，提出光伏发电与风力发电的并网技术分析。根据电子电路原理，建立光伏电池模型与风力发电模型，采用恒定电压法对光伏发电与风力发电最大输出功率跟踪控制，将光伏发电与风力发电输出经过逆变器调整电压后，并联于直流母线，实现光电与风电的并入电压。实验结果表明：设计技术应用下并网干扰谐波电流幅值在0.1 V以下，光电与风电转换效率在65%以上，在电力工程领域具有良好的应用前景。

关键词：光伏发电风力发电并网技术最大输出功率

中图分类号： TM73文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）03-0011-03

Analysis of Grid-Connection Technology for Photovoltaic and Wind Power Generation

ZHAO Qing

POWERCHINA Northwest Engineering Co.， Ltd.， Xi’an， Shaanxi Province， 710065 China

Abstract： Due to the poor application effect of current technology in the grid connection of new energy power generation， the high amplitude of the harmonic current of grid-connected interference， and the relatively low con‐version efficiency between photovoltaic and wind power， the expected grid-connected effect cannot be achieved. Therefore， this paper proposes an analysis of grid-connection technology for photovoltaic and wind power genera‐tion. According to the principles of electronic circuits， this paper establishes photovoltaic cell models and wind power generation models， uses the constant voltage method to track and control the maximum output power of photovoltaic and wind power generation， and connects photovoltaic and wind power outputs in parallel to the DC bus after adjusting the voltage through the inverter， so as to achieve the merging voltage of photovoltaic and wind power. The experimental results indicate that， under the application of design technology， the amplitude of the har‐monic current of grid-connected interference is below 0.1V， and that the conversion efficiency between photovol‐taic and wind power is over 65%， which has good application prospects in the field of power engineering.

Key Words： Photovoltaic power generation； Wind power generation； Grid-connection technology； Maximum output power

随着全球能源结构转型的推进和应对气候变化的迫切需要，可再生能源发电在全球范围内得到了快速发展。其中，光伏发电和风力发电由于其清洁、可再生的特性，成为了当前及未来电力行业的重要发展方向。然而，这两种可再生能源发电方式都存在间歇性、波动性等特性，给电力系统的稳定运行带来了挑战。因此，如何实现光伏发电和风力发电的高效并网，确保电力系统的稳定运行，已成为当前及未来电力行业亟待解决的问题之一。并网技术是实现可再生能源发电高效利用的关键技术之一，其目的是将新能源发电系统与电网有机连接，确保电力系统的安全、稳定运行。在传统的电力系统设计中，并网技术主要考虑的是火电、水电等常规能源的发电方式，而对于可再生能源发电方式的并网技术，则需要根据其自身的特点进行专门的设计和研究。目前，国内外对于光伏发电和风力发电的并网技术已有一定的研究和实践，但仍然存在一些问题和挑战。例如：如何提高光伏发电和风力发电的并网效率，降低对大电网的冲击和影响；如何保证并网过程中的电能质量和稳定性；如何实现不同类型可再生能源发电的协同和互补等。针对以上问题，提出光伏发电与风力发电的并网技术分析。

1 光伏发电与风力发电的并网技术设计

1.1 建立光伏电池模型与风力发电模型

1.2 最大功率跟踪控制

从建立的光伏发电模型与风力发电模型可以看出，电力输出电流与电压变化关系呈现显著的非线性，在某一固定的环境下，存在一个最大功率点[3]。依据电子电路理论，光伏发电与风力发电可以用电压源与电阻相串联的等效电路表示，如果电网外接负载的阻抗等于内部阻抗，则此时发电系统输出功率达到最大。因此如果实现将光电与风电并网，需要不断调节发电系统的负载特性，使电网一直处于功率匹配状态运行，该过程即为最大功率跟踪控制过程[4]。在光伏发电系统中，采用恒定电压法对其最大功率跟踪控制。不考虑温度因素影响，在不同的光照环境下，光伏发电功率与电压曲线对应的最大功率点电压变化幅度最小[5]。因此将固定环境条件下光伏发电系统最大功率点电压值作为最大功率跟踪控制参考值，在光伏发电过程中，根据参考值不断调整光伏电池工作电压，以此调整光伏发电系统输出功率，使其始终处于最大功率。

同理，在光伏发电系统中输出功率与风力机转速存在线性关系，已知某一固定环境下风力发电系统最大输出功率下风力机转速为参考值，在风力发电过程中根据参考值不断调整风力机的转速，以此使风力发电系统保持输出功率最大。

1.3 光电与风电并入电网

2 实验分析

2.1 实验过程

以某电网为实验环境，该电网为分布式类型，融合光伏发电与风力发电技术，电网型号为KHFA-A4F7A小型风力发电机组，发电机额定功率为1 000 W，最大功率为1 450 W，额定电压为50 V，额定风速为10 m/s，启动风速为3 m/s，风轮直径为3.5 m，塔架高度为6.5 m，叶片数量为3片，控制器采用电阻卸荷+自动调整浆距角。电网光伏发电采用3 kW光伏列阵，额定功率为200 W，型号为IHYFA-YE88，光伏电池数量为20块，采用3串5并模式，利用上文设计技术对其并网。

2.2 实验结果与讨论

式（6）中：η为光伏发电与风力发电并网的分布式电网输出功率转换效率；μ为光伏阵列、风电阵列转换效率；A为电池的有效面积；S为光伏发电与风力发电强度；γ为电网输出功率温度系数；t为大气温度。实验中使用IYFA-AF7A8测量器测量光伏发电与风力发电并网时分布式电网谐波电流幅值。并在电网运行过程中利用上述公式计算出输出功率的光电、风电转换效率。将本文技术与两种现行技术对比，实验结果如表1、图1所示。

从表1中数据可以看出：在本文技术应用下，光伏发电与风力发电并网引起的谐波电流幅值在0.1 V以下，最小幅值可以达到0.01 V，说明并网引起的电网谐波电流波动非常小，稳定性良好；而在两种现行技术应用下，电网谐波电流幅值在0.3 V以上，远高于本文技术，证明在稳定性方面本文技术表现最佳。从图1可以看出：光电与风电转换效率在65%以上，高于现行技术1将近20%，高于现行技术2高将近16%，因此证明在输出功率转换效果方面本文技术最优。通过以上对比，证明了本文技术具有良好的光伏发电与风力发电并网效果，在电力工程领域中具有良好的应用前景。

3 结语

经过深入研究和探讨，完成了关于光伏发电与风力发电并网技术设计的研究工作。通过对并网技术的设计、实施和测试，验证了所提出的方案的有效性和可行性。本研究不仅关注了光伏发电和风力发电的并网技术，更着眼于两种可再生能源发电系统的互补性和协同性。通过精心的设计和优化，成功地实现了光伏发电和风力发电的高效并网，提高了电力系统的稳定性和可靠性。然而，随着可再生能源发电技术的不断发展和电力系统的日益复杂化，并网技术面临的挑战和问题也将不断增加。因此，未来的研究需要继续深入探索新的并网技术和方法，以适应不断变化的电力系统需求。

参考文献

[1]马建雄.光伏发电与风力发电的并网技术分析[J].光源与照明，2023（9）：141-143.

[2]李春奇.风力与光伏发电的并网技术分析[J].集成电路应用，2022，39（10）：174-175.

[3]朱建康.风力发电和光伏发电并网的问题和对策[J].光源与照明，2022（7）：201-203.

[4]高峰.风力与光伏发电的并网问题分析[J].集成电路应用，2021，38（12）：180-181.

[5]滕正福.风力发电和光伏发电并网问题的探究[J].中国设备工程，2021（23）：212-213.

[6]孟德越，刘伟，崔茂齐.风光互补发电系统协调控制策略与并网研究[J].河北水利电力学院学报，2021， 31（2）：51-55，66.