太陽能光伏發(fā)電控制技術(shù)分析論文

　　【摘要】針對太陽能光伏發(fā)電，在簡單介紹光伏發(fā)電原理和控制要求的基礎(chǔ)上，對控制技術(shù)的應(yīng)用進行深入分析，旨在為光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展提供可靠技術(shù)支持。

　　【關(guān)鍵詞】太陽能光伏發(fā)電；控制技術(shù)

　　前言

　　全球氣候變暖，傳統(tǒng)燃料日漸枯竭，世界范圍內(nèi)有近20億人無法得到能源保障，在這種情況下，人們將目光放在可再生能源方面，期望利用可再生能源徹底改變?nèi)祟惗嗄暌詠淼哪茉唇Y(jié)構(gòu)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在諸多可再生能源當中，太陽能憑借其獨有特點，逐漸成為全球關(guān)注焦點。太陽能可謂取之不盡用之不竭，且成本低廉、不會造成污染，是一種可自由利用的可再生能源。目前，全球各國、地區(qū)都在大力提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模，開發(fā)并生產(chǎn)出各類不同的設(shè)施與產(chǎn)品，我國在這一方面也取得了明顯成效。

　　1、光伏發(fā)電基本原理

　　對于光伏發(fā)電系統(tǒng)，它主要由以下幾部分構(gòu)成：①光伏電池方陣：光伏電池可將光能轉(zhuǎn)換為直流電，在系統(tǒng)中屬基本單元。金屬支架上通過導(dǎo)線相連的若干光伏電池及組成方陣，利用方陣提供必需的電流及電壓。②控制器：負責(zé)對系統(tǒng)的輸入功率與輸出功率進行分配和調(diào)節(jié)，也能調(diào)整蓄電池電壓。③逆變器：實現(xiàn)直流電向交流電的轉(zhuǎn)換。因光伏電池與蓄電池均屬直流電源，所以在交流負載情況下，需采用逆變器進行變換，以提供交流電流。④蓄電池組：因日照具有不恒定性，所以在系統(tǒng)中需要用到蓄電池來調(diào)節(jié)或存儲電能。蓄電池能將直流電能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能進行存儲，在需要時通過轉(zhuǎn)換釋放[1]。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要有以下三類：①獨立系統(tǒng)：將光能直接轉(zhuǎn)換成電能，和公共電網(wǎng)沒有連接；②并網(wǎng)系統(tǒng)：在轉(zhuǎn)換形成電能后和交流電網(wǎng)相連；③混合系統(tǒng)：是指兼有至少兩種能源的系統(tǒng)。

　　2、光伏發(fā)電控制要求

　　光伏發(fā)電的控制實際上是對充電器與逆變器進行控制。因并網(wǎng)和獨立系統(tǒng)有相同的基本功能，故能將其視作一個主要對象來研究相應(yīng)的控制技術(shù)。從獨立系統(tǒng)的角度講，它的技術(shù)性能有：光伏電池額定功率、選電池額定容量、逆變器輸出電壓、頻率范圍與電流總諧波畸變率、系統(tǒng)總效率。系統(tǒng)中，光伏電池處在浮充放電的狀態(tài)。有日照時，光伏電池方陣開始為蓄電池充電，并為負載提供電能，無日照時蓄電池為負載提供電能。基于此，對蓄電池而言，其自放電應(yīng)較小，且應(yīng)具有較高的深放電能力與充電效率。此外，充放電控制需要考慮各項保護功能，如反向放電保護與短路保護等[2]。并網(wǎng)系統(tǒng)控制難點為怎樣使光伏電池以最大的功率持續(xù)輸出，并實現(xiàn)對低諧波失真輸出電流的同步控制�？梢�，這是一項需要對諸多影響因素進行綜合考慮的技術(shù)。并網(wǎng)系統(tǒng)中，應(yīng)確保發(fā)電和電壓有相同的幅值、頻率及相位，同時發(fā)電與電網(wǎng)之間的功率可以實現(xiàn)雙向調(diào)節(jié)，由此就涉及到一系列技術(shù)問題，如大功率變換和功率因數(shù)校正。

　　3、光伏發(fā)電控制技術(shù)

　　3.1最大功率點跟蹤

　　日照強度及環(huán)境溫度對光伏電池正常工作有直接影響，使輸出功率產(chǎn)生波動，所以可將光伏電池視作一種存在較大波動范圍的電源。電池的輸出電壓和電流為非線性關(guān)系，當日照強度和環(huán)境溫度發(fā)生變化時，電池輸出功率也將變化，對此，應(yīng)以電池電能為依據(jù)，對輸出功率進行自動調(diào)整，確保輸出功率能和負載良好匹配，提高功率轉(zhuǎn)換效率。若能確定最大功率點，則對提高方陣實際利用率是有很大幫助的[3]。對光伏方陣而言，其最大功率點的跟蹤采用以下基本原理：對光伏方陣實際輸出功率進行檢測，通過對比確定達到最大功率時的工作電壓。現(xiàn)階段的常用控制算法包括：CVT，即有恒壓跟蹤法；擾動觀察法；自適應(yīng)算法；增量電導(dǎo)法等。

　　3.2儲能與充放電控制

　　系統(tǒng)的控制器需要對最大輸出功率進行跟蹤，確保系統(tǒng)始終以最大功率進行輸出，避免蓄電池深度放電與過充電，同時使蓄電池進入最佳使用狀態(tài)。系統(tǒng)充電控制模塊使用性能主要受電壓外環(huán)檢測精確度影響。普通電壓檢測對充電時的蓄電池進行持續(xù)檢測。如果蓄電池端電壓超過限定值，則蓄電池充滿，隨機停止充電。蓄電池在充電時其端電壓可以達到限定值，而在停止充電之后，端電壓將開始下降，事實上并沒有完全充足。可見，該方法不能滿足充電特性，無法發(fā)揮整體效能，還會縮短電池使用壽命。通過對離線檢測技術(shù)的應(yīng)用，能使一個光伏電池對若干蓄電池實施輪換充電，各蓄電池端電壓可以有充足的時間進行恢復(fù)，確保實測電壓可以準確反映出蓄電池的實際容量[4]。基于原電路完成放電自鎖過程，同時增加相應(yīng)的下限自鎖電路。對于放電自鎖，指的是負載不再受到蓄電池的放電，對深度放電予以有效抑制，延長蓄電池使用壽命。在自鎖電路當中，配置集成放大電路，憑借正反饋基本特性，若電路中收到從比較電路中發(fā)出的信號，則輸出端的實際電位將保持不變，即被鎖定，能使放電開關(guān)為關(guān)閉，與負載切斷。在蓄電池被充滿以后，電路的輸入端將被觸發(fā)，隨即退出正反饋，使輸出端電位改變，打開放電開關(guān)，使負載開始得電[5]。

　　3.3并網(wǎng)控制

　　當系統(tǒng)要并入公共電網(wǎng)時，系統(tǒng)輸出的電壓及頻率除了要和電網(wǎng)保持一致，相位也應(yīng)與電網(wǎng)完全一致，實現(xiàn)同步。為達到同步，就要用到逆變器。利用并網(wǎng)系統(tǒng)后，光伏電池產(chǎn)生的功率能順利轉(zhuǎn)換成市電，同時和公共電網(wǎng)實現(xiàn)并入。在這種情況下，借助逆變器，可減小因為饋入電流而產(chǎn)生的諧波。對于饋入電網(wǎng)，其諧波失真應(yīng)盡可能的低，同時要做好輸出電流和功率轉(zhuǎn)換的控制，可見這是一個十分復(fù)雜的問題。并網(wǎng)系統(tǒng)的逆變器主要采用雙環(huán)控制，對外環(huán)電壓環(huán)，其將在理想情況下的正弦波為依據(jù)和參考，比對參考與輸出電壓，取其為調(diào)節(jié)裝置的輸入值，同時考慮電壓前饋。在這種情況下，通過對同步鎖相控制的合理應(yīng)用，來確定最佳的控制策略。因逆變器和公共電網(wǎng)之間直接并網(wǎng)，所以要有完善有效的保護措施。如果公共電網(wǎng)斷電，且逆變器繼續(xù)發(fā)電，則會產(chǎn)低碳技術(shù)生孤島效應(yīng)，當負載發(fā)生變化時，會使逆變器受損。因逆變器連續(xù)進行供電，會使與之并網(wǎng)的公共電網(wǎng)始終處在上電的狀態(tài)，危及維修人員，所以逆變器還應(yīng)實現(xiàn)自動偵測，同時一旦產(chǎn)生孤島效應(yīng)，可立即和公共電網(wǎng)脫離，起到保護設(shè)備與人員的作用[6]。孤島偵測是指對系統(tǒng)實際輸出電壓由于公共電網(wǎng)失效而產(chǎn)生的變化進行偵測，通�？煞殖蓛深悾�即為主動式與被動式。對于被動式檢測，它將電網(wǎng)狀態(tài)信息作為依據(jù)；而主動式檢測是指采用電力轉(zhuǎn)換器形成干擾信號，對公共電網(wǎng)是否因此受到干擾進行觀測，并以此為判斷的主要依據(jù)。如果光伏系統(tǒng)實際供電量和公共電網(wǎng)中各負載實際需求量可以達到平衡，且配電開關(guān)跳閘，則并網(wǎng)系統(tǒng)周圍公共電網(wǎng)上的頻率和電壓改變無法被檢測，因此依然會產(chǎn)生孤島。盡管這種現(xiàn)象的發(fā)生概率不高，但也應(yīng)進行預(yù)防。針對這種情況，可采用并網(wǎng)電流變動等方法予以檢測。另外，并網(wǎng)系統(tǒng)可能為滿足應(yīng)用要求需要和其它系統(tǒng)進行結(jié)合。任何一種控制技術(shù)的應(yīng)用目的都在于保證轉(zhuǎn)換效率，提高系統(tǒng)綜合性能與使用效率。

　　4、結(jié)束語

　　太陽能光伏發(fā)電是目前最具前景的新能源技術(shù)，系統(tǒng)控制作為為系統(tǒng)提供必要服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，它將隨著光伏技術(shù)發(fā)展而更新、完善。找到正確、有效的控制策略能使光伏系統(tǒng)正常工作，發(fā)揮應(yīng)有的作用與效果。

　　參考文獻

　　[1]朱春穎.太陽能光伏發(fā)電微電網(wǎng)中控制技術(shù)的研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2017，14（33）：97+99.

　　[2]汪春生.太陽能光伏最大功率點跟蹤控制技術(shù)研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（18）：164.

　　[3]王營輝.分布式光伏發(fā)電運行控制技術(shù)分析[J].電子世界，2017（14）：188.

　　[4]林少銳.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點跟蹤技術(shù)分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（21）：9.

　　[5]王平.光伏發(fā)電LED照明的最大功率跟蹤及控制技術(shù)研究[J].光機電信息，2009，26（11）：30~35.

　　[6]張志強，馬琴，程大章.太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的控制技術(shù)研究[J].低壓電器，2008（12）：55~58+62.

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