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光伏建筑一体化并入配电网后的影响分析 　　摘要:介绍了光伏发电系统的工作原理和数学模型;分析了光伏建筑一体化发电系统并入配电网后可能带来的电能质量、系统运行管理、电能计量等方面的问题，并提出了解决问题的办法和建议，以期为光伏建筑一体化接入配电网、促进智能配电网快速发展提供参考。 　　关键词:分布式发电;光伏建筑一体化;并网系统 　　0引言 　　能源的紧缺到出了对可再生能源的需求，而太阳能作为一种有太阳存在的地方都可以使用的能源受到广泛关注。它已经从最初在边远地区和缺电地区的使用逐渐转移到城市的使用，从简单的使用和安装太阳电池板到由于能把太阳能电池板和建筑进行比较好的结合，使得光伏发电得到更广阔的发展空间[1]。光伏发电与建筑物集成化(Building Integrated Photovoltaic，BIPV)的概念于1981年正式提出，近年来光伏建筑一体化及并网发电得到了快速发展。光伏建筑一体化是太阳能光伏与建筑的完美结合，属于分布式发电的一种。它能够减少电网用电，大大减轻公共电网的压力，是解决电力工业可持续发展问题的理想突破[2]。 　　由于太阳光伏发电可以和建筑很好地结合，使得其在城市中的作用得到了很好的发挥。一般来说，将太阳电池组件安装在住房或建筑物的屋顶，引出端经过控制器及逆变器与公共电网连接，由光伏方阵及电网并联向用户供电，这就组成了用户并网光伏系统。另外，也可以用光伏发电的玻璃幕墙代替普通的玻璃幕墙，这样，既可以做建材又可以发电，进一步降低光伏发电的成本，也可以直接用电池组件做建筑材料，比如说将单晶、多晶封装到瓦状的电池板中用来做屋顶。光伏产业的日益发展，势必带来光伏发电并网问题，特别是居民住宅楼顶光伏发电并网问题。居民住宅楼顶光伏发电系统的出现，使得居民不仅只是电能消费者，还可能是电能提供者。应该如何处理居民使用电能、居民建筑物光伏发电系统的并网等一系列问题，不得不引起电力企业深思[3-5]。 　　1光伏发电系统工作原理及数学模型 　　1.1光伏发电系统工作原理 　　光伏发电系统将太阳能转换为电能，根据光伏系统与电网的关系，可以分为独立系统和并网系统。独立于电网的光伏系统，常用在远离电网的偏远地区。并网光伏电站及其接入系统运行特性的研究，正逐渐成为光伏发电产业和电力领域共同关心的重要课题之一。在并网系统中，光伏发电系统代替电网给用户提供电力，也把功率馈送回电网;系统通常加入蓄电池，以保证光照不足时能持续提供电能。由于系统受外界因素影响较大，为获得持续的额定功率输出，通常要加上控制器来调节、控制和保护系统。因此，光伏发电系统基本包括光伏电池、变换器、蓄电池、控制器4大部分:变换器将系统所发直流电逆变成正弦交流电，并经过连接装置并入电网，控制器控制系统最大功率点、逆变器输出的电压波形和功率等。控制器一般是由单片机或数字信号处理芯片作为核心器件构成[6-10]，光伏并网发电系统基本结构示意如图1所示。 　　 　　1.2光伏发电系统数学模型 　　光伏发电系统输出电能的大小跟光伏组件表面太阳辐照强度成正比，光伏发电系统的输出不是恒定值。根据并网型光伏发电系统的特性，其等值简化电路如图2所示。 　　 　　图中:Ip为光伏电流;ipv为光伏阵列输出电流;Cpv为光伏阵列出口侧滤波电容;Upv为滤波电容器直流电压;LAC为逆变器交流侧滤波电感;RAC为滤波电感等值电阻;CAC为逆变器交流侧滤波电容;iAC为逆变器交流侧输出电流;uAC为滤波电容器端电压;N为变压器变比;Ls为从变压器到并网节点的等值电感;is为变压器到并网节点等值电阻;us为光伏电站注入并网点的电流;Us为并网点母线电压，相位角为θs。 　　上述电路可以进一步分解为受控源形式的等效电路。根据基尔霍夫电压和电流定律，可得各部分电流和电压方程。假设并网光伏发电系统交流量只包含基波分量，且为标准正弦量，则可得出如下方程组: 　　 　　式中K———逆变器调制深度 　　φ———逆变器调制相位角 　　式(1)实质上表示了光伏阵列出口处直流电容器的充放电动态过程;式(2)～式(4)表示并网光伏电站的电网络连接关系。若令式(1)中的微分量为零，则其与式(2)～式(4)构成并网光伏电站稳态数学模型。 　　此外，为了更精确地分析，许多情况下还要考虑逆变器模型，如建立逆变器输入电网功率的校正关系式等;必要时，还要构建限定输出的逆变器模型，以实现对逆变器的控制，如限制输出有功功率等。在并网型光伏发电系统中，对逆变器提出了以下要求: 　　(1)必须保证逆变器输出的电量和电网电量保持同步，在相位、频率上严格一致;输出逆变器所能提供的最大输出功率，功率因数逼近于1; 　　(2)满足电网电能质量的要求，逆变器应输出失真度小的正弦波; 　　(3)具有对孤岛检测的功能，防止孤岛效应的发生，