太陽(yáng)能光伏發(fā)電控制技術(shù)分析論文

　　【摘要】針對太陽(yáng)能光伏發(fā)電，在簡(jiǎn)單介紹光伏發(fā)電原理和控制要求的基礎上，對控制技術(shù)的應用進(jìn)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(yáng)能光伏發(fā)電；控制技術(shù)

　　前言

　　全球氣候變暖，傳統燃料日漸枯竭，世界范圍內有近20億人無(wú)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人類(lèi)多年以來(lái)的能源結構，實(shí)現可持續發(fā)展。在諸多可再生能源當中，太陽(yáng)能憑借其獨有特點(diǎn)，逐漸成為全球關(guān)注焦點(diǎn)。太陽(yáng)能可謂取之不盡用之不竭，且成本低廉、不會(huì )造成污染，是一種可自由利用的可再生能源。目前，全球各國、地區都在大力提高太陽(yáng)能發(fā)電系統建設規模，開(kāi)發(fā)并生產(chǎn)出各類(lèi)不同的設施與產(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，它主要由以下幾部分構成：①光伏電池方陣：光伏電池可將光能轉換為直流電，在系統中屬基本單元。金屬支架上通過(guò)導線(xiàn)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：負責對系統的輸入功率與輸出功率進(jìn)行分配和調節，也能調整蓄電池電壓。③逆變器：實(shí)現直流電向交流電的轉換。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(jìn)行變換，以提供交流電流。④蓄電池組：因日照具有不恒定性，所以在系統中需要用到蓄電池來(lái)調節或存儲電能。蓄電池能將直流電能轉換成化學(xué)能進(jìn)行存儲，在需要時(shí)通過(guò)轉換釋放[1]。光伏發(fā)電系統主要有以下三類(lèi)：①獨立系統：將光能直接轉換成電能，和公共電網(wǎng)沒(méi)有連接；②并網(wǎng)系統：在轉換形成電能后和交流電網(wǎng)相連；③混合系統：是指兼有至少兩種能源的系統。

　　2、光伏發(fā)電控制要求

　　光伏發(fā)電的控制實(shí)際上是對充電器與逆變器進(jìn)行控制。因并網(wǎng)和獨立系統有相同的基本功能，故能將其視作一個(gè)主要對象來(lái)研究相應的控制技術(shù)。從獨立系統的角度講，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、系統總效率。系統中，光伏電池處在浮充放電的狀態(tài)。有日照時(shí)，光伏電池方陣開(kāi)始為蓄電池充電，并為負載提供電能，無(wú)日照時(shí)蓄電池為負載提供電能�；�于此，對蓄電池而言，其自放電應較小，且應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)系統控制難點(diǎn)為怎樣使光伏電池以最大的功率持續輸出，并實(shí)現對低諧波失真輸出電流的同步控制�？梢�(jiàn)，這是一項需要對諸多影響因素進(jìn)行綜合考慮的技術(shù)。并網(wǎng)系統中，應確保發(fā)電和電壓有相同的幅值、頻率及相位，同時(shí)發(fā)電與電網(wǎng)之間的功率可以實(shí)現雙向調節，由此就涉及到一系列技術(shù)問(wèn)題，如大功率變換和功率因數校正。

　　3、光伏發(fā)電控制技術(shù)

　　3.1最大功率點(diǎn)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(dòng)，所以可將光伏電池視作一種存在較大波動(dòng)范圍的電源。電池的輸出電壓和電流為非線(xiàn)性關(guān)系，當日照強度和環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，電池輸出功率也將變化，對此，應以電池電能為依據，對輸出功率進(jìn)行自動(dòng)調整，確保輸出功率能和負載良好匹配，提高功率轉換效率。若能確定最大功率點(diǎn)，則對提高方陣實(shí)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(diǎn)的跟蹤采用以下基本原理：對光伏方陣實(shí)際輸出功率進(jìn)行檢測，通過(guò)對比確定達到最大功率時(shí)的工作電壓�，F階段的常用控制算法包括：CVT，即有恒壓跟蹤法；擾動(dòng)觀(guān)察法；自適應算法；增量電導法等。

　　3.2儲能與充放電控制

　　系統的控制器需要對最大輸出功率進(jìn)行跟蹤，確保系統始終以最大功率進(jìn)行輸出，避免蓄電池深度放電與過(guò)充電，同時(shí)使蓄電池進(jìn)入最佳使用狀態(tài)。系統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(shí)的蓄電池進(jìn)行持續檢測。如果蓄電池端電壓超過(guò)限定值，則蓄電池充滿(mǎn)，隨機停止充電。蓄電池在充電時(shí)其端電壓可以達到限定值，而在停止充電之后，端電壓將開(kāi)始下降，事實(shí)上并沒(méi)有完全充足�？梢�(jiàn)，該方法不能滿(mǎn)足充電特性，無(wú)法發(fā)揮整體效能，還會(huì )縮短電池使用壽命。通過(guò)對離線(xiàn)檢測技術(shù)的應用，能使一個(gè)光伏電池對若干蓄電池實(shí)施輪換充電，各蓄電池端電壓可以有充足的時(shí)間進(jìn)行恢復，確保實(shí)測電壓可以準確反映出蓄電池的實(shí)際容量[4]�；�于原電路完成放電自鎖過(guò)程，同時(shí)增加相應的下限自鎖電路。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(cháng)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(shí)際電位將保持不變，即被鎖定，能使放電開(kāi)關(guān)為關(guān)閉，與負載切斷。在蓄電池被充滿(mǎn)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(kāi)放電開(kāi)關(guān)，使負載開(kāi)始得電[5]。

　　3.3并網(wǎng)控制

　　當系統要并入公共電網(wǎng)時(shí)，系統輸出的電壓及頻率除了要和電網(wǎng)保持一致，相位也應與電網(wǎng)完全一致，實(shí)現同步。為達到同步，就要用到逆變器。利用并網(wǎng)系統后，光伏電池產(chǎn)生的功率能順利轉換成市電，同時(shí)和公共電網(wǎng)實(shí)現并入。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)，其諧波失真應盡可能的低，同時(shí)要做好輸出電流和功率轉換的控制，可見(jiàn)這是一個(gè)十分復雜的問(wèn)題。并網(wǎng)系統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和參考，比對參考與輸出電壓，取其為調節裝置的輸入值，同時(shí)考慮電壓前饋。在這種情況下，通過(guò)對同步鎖相控制的合理應用，來(lái)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，且逆變器繼續發(fā)電，則會(huì )產(chǎn)低碳技術(shù)生孤島效應，當負載發(fā)生變化時(shí)，會(huì )使逆變器受損。因逆變器連續進(jìn)行供電，會(huì )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，所以逆變器還應實(shí)現自動(dòng)偵測，同時(shí)一旦產(chǎn)生孤島效應，可立即和公共電網(wǎng)脫離，起到保護設備與人員的作用[6]。孤島偵測是指對系統實(shí)際輸出電壓由于公共電網(wǎng)失效而產(chǎn)生的變化進(jìn)行偵測，通�？煞殖蓛深�(lèi)，即為主動(dòng)式與被動(dòng)式。對于被動(dòng)式檢測，它將電網(wǎng)狀態(tài)信息作為依據；而主動(dòng)式檢測是指采用電力轉換器形成干擾信號，對公共電網(wǎng)是否因此受到干擾進(jìn)行觀(guān)測，并以此為判斷的主要依據。如果光伏系統實(shí)際供電量和公共電網(wǎng)中各負載實(shí)際需求量可以達到平衡，且配電開(kāi)關(guān)跳閘，則并網(wǎng)系統周?chē)�公共電網(wǎng)上的頻率和電壓改變無(wú)法被檢測，因此依然會(huì )產(chǎn)生孤島。盡管這種現象的發(fā)生概率不高，但也應進(jìn)行預防。針對這種情況，可采用并網(wǎng)電流變動(dòng)等方法予以檢測。另外，并網(wǎng)系統可能為滿(mǎn)足應用要求需要和其它系統進(jìn)行結合。任何一種控制技術(shù)的應用目的都在于保證轉換效率，提高系統綜合性能與使用效率。

　　4、結束語(yǔ)

　　太陽(yáng)能光伏發(fā)電是目前最具前景的新能源技術(shù)，系統控制作為為系統提供必要服務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)，它將隨著(zhù)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正常工作，發(fā)揮應有的作用與效果。

　　參考文獻

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

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

　　[3]王營(yíng)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.

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　　[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(yáng)能光伏發(fā)電系統中的控制技術(shù)研究[J].低壓電器，2008（12）：55~58+62.

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