随着我国新能源的快速发展，我国的光伏累计装机达1.7亿千瓦，长期运行的光伏电站并网效率偏低运维技术相对落后，已成为制约可再生能源发电的严重问题，随着补贴政策的调整，较高的投资成本给光伏企业带来重大挑战，如何从控制和运维两个技术层面提升效益降低成本成为决定光伏产业未来发展的一个核心内容。
面对国家和光伏并网发电行业的迫切需求，为破解相关技术难题，由上海电力学院、国网江苏省电力公司、上海大学、上海交通大学等单位共同参与的项目《光伏系统高效并网与运行维护关键技术研究及应用》历经十年攻关，提高了光伏接入点的电压稳定水平，为制定光伏系统的预防性维护方案提供了科学决策依据，增强光伏发电可调度能力，推动光伏发电技术的进步和革新。项目获2019年上海市科技进步二等奖。
光伏并网发电系统
光伏并网发电系统（太阳能并网发电系统）通过把光能转化为电能，不经过蓄电池储能，直接通过并网逆变器，把电能送上电网。
光伏并网发电系统有集中式大型并网电站一般都是国家级电站，主要特点是将所发电能直接输送到电网，由电网统一调配向用户供电；也有分散式小型并网发电系统，特别是光伏建筑一体化发电系统，是并网发电的主流。
光伏并网发电系统重要组成部分
（1）太阳能电池组件。
一个太阳能电池只能产生大约0.5V的电压，远低于实际使用所需电压。为了满足实际应用的需要，需要把太阳能电池连接成组件。太阳能电池组件包含一定数量的太阳能电池，这些太阳能电池通过导线连接。如一个组件上，太阳能电池的数量是36片，这意味着一个太阳能组件大约能产生17V的电压。
通过导线连接的太阳能电池被密封成的物理单元被称为太阳能电池组件，具有一定的防腐、防风、防雹、防雨的能力，广泛应用于各个领域和系统。当应用领域需要较高的电压和电流而单个组件不能满足要求时，可以把多个组件组成太阳能电池方阵，以获得所需要的电压和电流。
（2）直流/交流逆变器
逆变器是将直流电变换成交流电的设备。由于太阳能电池发出的是直流电，而一般的负载是交流负载，所以逆变器是不可缺少的。
逆变器有哪些种类呢？按运行方式，逆变器可分为独立运行逆变器和并网逆变器。独立运行逆变器用于独立运行的太阳能电池发电系统，为独立负载供电。并网逆变器用于并网运行的太阳能电池发电系统将发出的电能馈入电网。逆变器按输出波形又可分为方波逆变器和正弦波逆变器。
光伏并网发电系统存在的问题
（1）光伏高渗透配电网的区域电压稳定控制难题。高渗透率分布式光伏发电接入配电网会带来电网末端电压抬升、三相不平衡、电流谐波超限、原有保护系统拒动误动、非计划性孤岛等一系列问题。
（2）光伏系统多参量实时监测难题以及光伏系统并网后引发电能质量的问题。其中，电能质量监测装置主要安装在并网前面，实现各个方面的电能质量实时监测：
1、光伏发电站产生谐波、间谐波、高次谐波和谐波子组
光伏发电站中通常采用脉冲调制技术将直流电转化为交流电，在此过程中会产生大量的谐波，因为逆变器开关元件的特性，在开关频率整数倍附近含有较严重的高频谐波，这种谐波的存在会使电流存在畸变。在配电网中，由于线路阻抗较大，谐波阻抗更不能忽略，因此
会造成较大的电压畸变。
2、发电功率的不稳定性
因为逆变器集成的控制器的功率因数一般都在 0.99 左右，因此需给电网补偿无功功率，需要对输出的有功功率和无功功率进行实时的监测。
3、电压波动和闪变
什么是电压波动及闪变？电压波动指的是一系列规则的变动，即幅值通常不超出 0.9~1.1p.u.范围的一系列电压随机变化，这种电压变化往往称为闪变。
为什么会造成这种现象？光照强度对于光伏电站的输出功率同样存在着巨大的影响。光伏发电的输出功率具有波动性、间接性、周期性这三个特点，这就造成了对电网电压的波动和闪变。
项目主要创新点
1）为提升光伏系统中逆变器并网效率、增强与国外技术的竞争优势，创新性提出逆变器低频混合调制模型预测控制技术和电压同步并联控制技术，采用多维指标函数设计，实现最大功率输出、开关损耗和窄脉冲抑制等多技术指标的协同控制，采用电压同步并联控制提高逆变器自调节能力，减小多机并联环流，实现变流器效率的显著提升:首创一种适合屋项光伏的电流型微型逆变器，最大效率提升达到20%。研发的光伏逆变装置在全国10余省份推广，产出显著经济效益。
2）针对光伏高渗透配电网的区域电压稳定控制难题，挖掘光伏逆变器的无功调节能力，创新性提出多模态光伏逆变无功调压技术，针对配网不同场景下电压波动特性，根据无功调节的不同时间尺度，智能决策多模式切换控制，实现无功功率集中/就地联动式控制，提高光伏接入点的电压稳定水平。
3）针对光伏系统多参量实时监测难题，创新性提出基于功率模块外端部电气特性与在线压缩感知IGBT开关时间的多维度状态监测技术，突破直接测量与间接测量功率器件结温受到成本与精度的相互制约问题：为提升直流电弧故障的故障辨识精度，提出基于聚类经验模态分解的故障特征提取与识别方法，多参量的监测与辨识为制定光伏系统的预防性维护方案提供科学决策依据。
4）随着光伏存量的急剧扩大，光伏系统能效提升缺乏有效技术手段，为满足市场发展需求，开发一套智能监测和运行维护系统，实现对每个光伏组件的有效远程监控，创新性提出一种基于故障概率分析的运行维护策略：提出一种短期光伏发电量组合预测技术，提高预测精度，增强光伏发电可调度能力。
项目相关成果
《光伏系统高效并网与运行维护关键技术研究及应用》项目获授权专利17项（发明15项），发表论文39篇（SCI/EI收录27篇）。近3年新增产值5.62亿元，部分成果经查新具有突出的实质性特点和显著的进步，部分成果达到国际领先水平，整体达到国际先进水平。成果已推广应用到上海、浙江、江苏、安徽、河南、辽宁等地100多个分布式光伏项目中，并应用于泰国、越南等“一带一路”沿线国家，有效提升了光伏发电效率，取得了显著的社会和经济效益，为推动清洁能源的高效分布式利用、实施节能减排做出了积极贡献。
结语
写到这里，想必大家已经对光伏发电系统的组成和存在的问题以及我国科研人员所做出的贡献有所了解。我们期待着我国科研人员能够创造出更多的佳绩。期待下次科普时与大家再见!
