摘要：随着可再生能源的快速发展，光伏发电与风力发电作为清洁能源的重要组成部分，在实现“双碳”目标和优化能源结构中发挥着关键作用。由于其发电具有间歇性和波动性，将光伏与风力发电高效接入电网，已成为当前电力系统研究的重点。本文以光伏与风力发电并网技术为研究核心，系统分析了其接入方式、并网控制策略及功率协调机制，探讨了不同并网模式在电网稳定性、电能质量和调度管理等方面的影响,对于推动可再生能源并网技术的工程应用和建设绿色低碳电力系统具有一定的参考价值。

关键字：光伏发电；风力发电；并网技术；储能系统

序言

随着全球能源结构的不断变化，传统以化石能源为主的发电模式正逐步被清洁、可再生能源所取代。光伏发电和风力发电作为当前最具代表性的可再生能源形式，不仅具备清洁、环保的优势，还能有效减少对不可再生资源的依赖，契合可持续发展的战略目标。在此背景下，如何将光伏与风力发电高效接入现有电力系统，成为亟需解决的技术问题。并网技术的应用，使得这两种波动性强的清洁能源可以稳定、安全地与电网融合，提升整体电力系统的运行效率与稳定性。因此，研究和优化光伏与风力发电的并网技术，不仅有助于推动能源结构转型，还具有重要的实践意义和广阔的应用前景。

1 光伏发电与风力发电

1.1 光伏发电的原理及特点

光伏发电是利用光伏电池将太阳光能直接转换为电能的绿色技术，其核心原理是光生电效应，当太阳光照射在光伏电池表面时，光子激发半导体材料中的电子跃迁，使电子从价带跃迁到导带，进而形成自由电子与空穴对^[1]。在内建电场作用下，自由电子定向移动，产生电流输出，从而实现太阳能向电能的高效转换，该过程无污染、可再生，具有广泛的应用前景^[2]。

图1 光伏发电示意图

光伏发电作为一种清洁、可再生的能源发电方式，该类发电模式的特点比较显著，集中表现为5点^[3]。第一，其环保价值显著。相较于传统的化石燃料发电方式，光伏发电在运行过程中不会排放温室气体或其他有害污染物，真正实现了零排放、无污染的绿色发电目标^[4]。第二，光伏发电利用的是取之不尽、用之不竭的太阳光资源，具备可持续性强的特点，契合当前推动能源转型与低碳发展的全球趋势。第三，光伏电池系统结构相对简单，运行过程中不涉及机械转动部件，因此维护成本较低，使用寿命长，经济性突出。第四，该发电模式运行安静，不会产生噪音污染，适用于城市、乡村等对环境噪声要求较高的场所。第五，光伏发电具备极强的适用性，无论是工商业厂房屋顶、大型光伏电站，还是家庭阳台、农村屋顶，都可灵活安装与应用，其在分布式发电和集中式供电中均有良好表现^[5]。

1.2 风力发电的原理及特点

风力发电是一种以风能设施为载体，将机械能转化为电能的清洁能源技术。其工作原理主要依赖于风轮在风力作用下转动，从而带动内部发动机运行，进而产生感应电流，完成电能的输出。通过这一技术手段，不仅实现了对风能的高效利用，也推动了可再生能源的发展，对环境保护具有积极意义。该类发电模式的原理如图2所示。

图2 风力发电示意图

风力发电作为一种清洁能源形式，具有一系列显著特征，集中体现在以下几方面。第一，其环保性强，在发电过程中不会产生温室气体和污染物，有助于减缓环境恶化。第二，风力是一种可再生能源，具备良好的持续性和分布性，尤其适用于沿海、山地和风能资源丰富的地区。随着技术进步，风力发电的设备制造水平不断提升，系统运行更加稳定，显示出技术的成熟性。第三，规模化发展促使单位发电成本不断降低，增强了项目的经济性。第四，风力发电的应用广泛性较强，风力发电不仅广泛应用于商业风电厂，也逐步拓展至家庭风力发电装置等小型应用场景，体现出较强的适应性与应用广泛性。

2 光伏发电与风力发电的并网技术分析

2.1 光伏发电的并网技术

（1）光伏系统并网逆变器技术

在光伏发电系统中，并网逆变器技术的合理应用至关重要。通过逆变器设备，可将光伏电池所产生的直流电高效转化为符合电网运行要求的交流电，从而实现电能的有效传输与分配。逆变器作为电能转化的核心设备，其性能直接关系到光伏发电系统能否顺利并网，在光伏发电系统中，并网逆变器技术的应用流程相对简洁高效，主要包括逆变器选择、控制管理以及电网同步三个核心环节。首先，在逆变器选择阶段，需根据光伏系统规模、输出功率及电网要求等因素进行合理配置，以确保逆变器性能满足实际运行需求。在控制管理过程中，工作人员应结合MPPT技术（最大功率点跟踪技术），动态调节光伏系统在不同光照条件下的工作状态，从而实现电能输出效率的最大化。

（2）光伏发电并网监控管理技术

在当前光伏发电规模逐步扩大的背景下，光伏发电并网操作已成为电力系统的重要组成部分，为了确保电网的稳定运行与能源的高效利用，必须强化并网过程中的监控管理技术。通过引入智能化监控平台，有助于实现风险隐患的提前预警与快速响应，进而保障整个电网的平稳运行。并网监控管理技术能够实时、精准地获取光伏系统的运行状态数据，确保监控信息的完整性和准确性，采集到的数据通过高速数据传输技术传送至监控系统，经过数据整合分析平台进行集中处理，利用先进的数据处理算法和人工智能技术，对庞大的运行数据进行深度挖掘和智能分析，不仅能够识别系统运行过程中的异常行为，还能动态评估整体性能表现。

（3）光伏系统最大功率点跟踪技术

光伏发电作为一种清洁、可再生的能源形式，其发电效率和电能输出的稳定性一直是行业关注的重点。最大功率点跟踪技术（MPPT）作为光伏发电中的核心创新技术，针对光伏电池输出特性受温度和光照强度变化影响的问题，发挥了重要作用。由于环境条件的不断变化，光伏电池的最大功率点也会随之移动，传统固定参数的控制方式难以保证系统始终运行在最佳状态。MPPT技术通过智能控制算法，结合实时监控手段，能够动态检测和调整系统运行状态，确保光伏系统持续稳定地工作在最大功率点。这不仅有效提升了发电效率，还保证了电能输出的稳定性，有助于增强整个光伏发电系统的可靠性和经济性。

在实际应用过程中，工作人员通过安装多种传感器，实时采集光伏板的电压、电流等关键电气参数，以及环境光照强度和温度等影响发电性能的重要因素，这些数据被传输至最大功率点跟踪控制器中，控制器内嵌智能算法，通过对输入数据的分析，能够实时判定光伏系统的最大功率点位置，从而确保系统能够在动态环境变化下维持最佳工作状态。最大功率点跟踪技术广泛采用了诸如增量电导法和扰动观测法等优化算法，增量电导法通过计算功率随电压的变化率，能够快速且精确地定位最大功率点，进而减少了系统对环境波动的响应时间。扰动观测法则通过扰动系统负载阻抗并观测功率变化，调整系统参数以持续保持在最大功率输出区间。这些智能算法有效减缓了外部环境如光照强度变化和温度波动对发电效率的负面影响。

2.3 风力发电的并网技术

（1）异步风力发电机组并网运行技术

风力发电作为一种重要的可再生能源，异步发电机因其成本低廉且适应性能强，成为风力发电系统中广泛应用的关键设备。相比其他类型的发电机，异步发电机具有结构简单、维护方便等优势，适合在复杂多变的风速环境下运行。然而，风速的自然波动使得异步发电机的输出功率容易产生较大波动，给电网的稳定运行带来挑战。为保证异步发电机能够顺利并入电网，必须应用包括功率控制、电压调节和频率调节在内的多种并网技术。具体而言，通过风速控制系统和变桨距控制技术，能够有效调节风机的运行状态，使风机转速和叶片角度达到最佳配合，从而使发电机输出功率接近最大功率点。这样的控制不仅提升了风电场整体的功率稳定性，也优化了电能质量，保障了电网的安全稳定运行。

（2）同步风力发电机组并网接入技术

同步风力发电机组并网技术是一种具有较强创新性的电力系统接入方式。该技术可使风力发电机组与电网电压实现同步运行，避免使用额外的变频设备，从而简化系统结构、降低成本。在当前风力发电规模不断扩大、电网稳定性与安全性要求日益提高的背景下，同步并网技术展现出突出的应用优势。其核心在于通过精确控制同步发电机的运行状态，确保与电网频率、电压相匹配，同时优化并网同步条件，进而能够防止电网的扰动。

3 光伏与风力发电并网系统的协调与优化

3.1 并网点的选择与容量配置

在光伏与风力发电系统接入电网的过程中，科学选择并网点和合理配置容量是实现系统稳定、高效运行的前提。并网点的选择主要受到电网拓扑结构、电压等级、负荷分布以及发电资源的地理分布等因素影响。若并网点选取不当，可能导致局部电压波动、电能质量下降，甚至引发电网不稳定现象。容量配置则需要结合光伏与风电的出力特性进行统筹规划。由于光伏发电受光照强度影响显著，风电则受风速变化影响较大，因此在容量配置过程中应充分考虑资源互补性与出力的波动性。通过建立科学的预测模型与仿真分析系统，确定合理的装机容量比例，既可避免对电网造成冲击，又可提高清洁能源的利用率。

3.2 光伏与风电协同调度机制

由于光伏和风电具有波动性和不可控性，单一电源接入电网时对系统的稳定性带来挑战，而通过协同调度可实现资源优势互补与互为调节。协同调度机制首先需依托精准的资源预测系统，实时掌握光照和风速变化趋势，以制定合理的出力计划。其次，调度系统应融合能源管理系统（EMS）与自动发电控制（AGC）功能，协调不同能源单元的启停策略与输出调节。通过优化算法，实现发电侧出力与负荷侧需求的动态匹配，降低弃风弃光率。此外，协同调度还需与储能系统配合使用，在发电功率超过或低于负荷需求时，及时进行能量的存储与释放，增强系统的柔性调节能力。当前，人工智能与大数据技术在调度优化中已逐步应用，如利用机器学习模型预测负荷曲线与新能源出力趋势，提升调度的前瞻性和自动化水平。整体而言，构建高效的协同调度机制有助于增强电网运行的稳定性和新能源资源的综合利用效率。

3.3 储能系统在并网中的作用

储能系统在光伏与风力发电的并网过程中发挥着至关重要的作用。由于两者均属于间歇性和波动性电源，其出力受气候条件显著影响，难以与用电负荷实现实时平衡。而储能系统可在电源与负荷之间建立“缓冲区”，有效解决功率波动问题，增强系统的平稳运行能力。在光伏与风电出力高于负荷需求时，储能系统可将多余电能储存起来，待发电不足或负荷高峰时再释放，从而实现负荷削峰填谷，提高电能利用率。此外，储能设备还可以参与一次和二次调频、无功电压支持等辅助服务，提升系统的电能质量和运行可靠性。常见储能方式包括锂离子电池、抽水蓄能、飞轮储能及超级电容等，各具优势，可依据实际应用场景灵活选取。尤其是在微电网和离网应用中，储能系统可实现“孤岛运行”，保障关键负荷持续供电。随着技术进步和成本下降，储能系统的经济性逐步提升，其在未来光伏与风电并网系统中将发挥更加广泛和核心的作用，是推动新能源可持续发展与大规模并网的重要支撑技术。

3.4 智能电网与并网运行优化

智能电网技术为光伏与风力发电系统的高效并网与运行优化提供了重要支撑。智能电网融合了通信、控制、信息技术与电力系统，实现对发电、输电、配电和用电全过程的数字化、自动化和可视化管理。借助智能传感器、物联网技术和大数据分析，智能电网可以实时监控新能源出力、负荷变化、电网运行状态等关键参数，为调度系统提供决策支持。在并网运行中，智能电网可通过灵活调度与动态负荷响应，提高新能源资源的消纳能力与电网的承载能力。同时，结合需求响应机制，可引导用户根据电价信号调整用电行为，实现负荷的削峰填谷和用能优化。此外，智能电网还能对系统进行异常识别与预警，提前规避风险，提升供电安全性与稳定性。在边缘计算和人工智能技术的辅助下，并网运行优化的智能化程度不断提高，系统可自适应处理并网功率波动、故障隔离与恢复等问题。

结语

综上所述，在当前能源结构转型与碳中和目标持续推进的背景下，光伏发电与风力发电作为清洁能源的重要组成，其并网技术的优化显得尤为关键。光伏与风力发电系统接入电网过程中，必须解决电能输出不稳定、频率与电压波动等问题，因此提升并网系统的技术水平，有助于增强系统稳定性与发电效益。并网技术的研究与优化不仅能够提升新能源利用效率，还能加快绿色低碳转型步伐，助力可持续发展战略的落地实施，具有显著的应用价值与发展潜力。

参考文献

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[3]沈新鹤, 张萍. 基于鲁棒控制的风光发电并网系统谐振控制方法[J]. 舰船电子工程, 2024, 44 (3):187-191.

[4]吴玉虎. 基于混合储能系统的光伏发电并网控制与容量配置研究[D]. 桂林: 桂林理工大学, 2024.

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