光伏發電系統中關鍵控制問題的研討范文

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摘要：近年來，隨著全球的溫室效應，導致全球變暖的一系列問題都顯露出來，為了控制溫室氣體的排放量，減少環境污染，需合理利用綠色清潔的新能源，以減少對環境的污染。隨著光伏產業迅速發展，可以有效地減少對其他能源的依賴，本文針對太陽能光伏發電中的關鍵控制問題進行了研究。

關鍵詞：光伏發電系統；太陽能；新能源

一、引言

能源問題一直受到社會的廣泛關注，這不僅關系到社會的發展，還對自然環境有著重大的影響，太陽能作為一種可再生的清潔能源，隨著科技的發展得到廣泛的運用，取得了很好的社會經濟效應。光伏發電作為一個新興產業正在迅速發展，具有很大的發展前景。因而本文對此進行關鍵控制問題的探討。

二、光伏發電系統原理

光伏組件是光伏系統中負責光電轉化的核心設備。光伏電池是指在陽光下的光電轉換的半導體P-N結器件。光伏電池就是利用半導體光伏效應制成，是一種能將太陽光直接轉換成電能的轉換器。光伏電池是利用光激發少數載流子通過P-N結而發電的，在產生電能的過程中，既不發生任何化學變化，也沒有機械磨耗；在使用過程中，無噪聲，無氣味，對環境無污染。

（一）光伏發電系統的組成光伏發電系統主要由光伏組件方陣、逆變器、光伏儲能部件和交流并網系統等組成，各個部件的功能如下：（1）光伏組件方陣：是由若干光伏組件及支架組成的方陣，支架是光伏陣列的支撐結構，光伏組件方陣可看做是一個中間的媒介，是連接太陽能和電能的設備，將接收到的太陽能轉換成電能。（2）逆變器：擔負著系統的DC/AC轉換，并準確控制轉換電壓、頻率、相位、諧波含量等重要指標，具有最大功率跟蹤功能，是把光伏方陣連接到系統的部件。（3）光伏儲能部件：由蓄電池組和光伏充放電控制器組成，在“負荷調節、配合新能源接入、彌補線損、功率補償、提高電能質量、孤網運行、削峰填谷”等幾大功能應用。（4）交流并網系統：由交流并網柜、升壓變壓器、SVG無功補償裝置及綜合控制系統組成，主要作用是升壓及無功動態補償調度通訊等功能。

（二）光伏發電系統的分類常見的光伏發電系統有獨立系統，混合系統和并網系統三種。獨立系統是不和公共電網連接，獨立發電；混合系統是離并網結合的系統；并網系統是直接或間接接入公用電網運行的系統。

（三）光伏發電系統的控制要求光伏發電系統的控制難點是逆變器的控制技術，逆變器的控制技術如何直接決定了整個系統的質量如何。光伏發電系統的效率主要體現在光伏組件效率，逆變器的效率，光伏儲能部件的效率等。整個光伏發電系統控制的關鍵技術在于對電池方陣的最大輸出功率控制，主要針對于輸出的電流進行有效控制，這是一項控制功率的技術，在所有過程中，要進行一個合理的管控，要考慮系統的干擾性，輸出波形以及失真的狀態等。光伏發電系統中要控制輸出電壓頻率、幅值、相位與電網的電壓頻率、幅值、相位相同，并跟隨電網進行調整及穩態運行。

三、光伏發電系統中的控制解決方案

（一）最大功率點跟蹤（MPPT）控制策略MPPT智能控制算法，在輻照度等環境變化時能夠高效的完成跟蹤，使得跟蹤效率無論在靜態、動態還是啟動時都能夠高效的完成跟蹤。（1）MPPT跟蹤效率對光伏發電量的影響逆變器轉換發電效率=MPPT跟蹤效率*逆變器效率，在光伏電池轉換效率和逆變器效率一定時，MPPT跟蹤效率對提高光伏發電量尤為重要，MPPT跟蹤效率的高低很大程度上影響光伏的發電量。（2）基于先進的MPPT算法依據國際EN50530標準，MPPT效率是指逆變器從光伏電池獲得的實際輸入功率，與光伏電池理論上能輸出的最大功率之比。MPPT效率越高，MPPT響應性能越好，逆變器發電量越多。MPPT效率包括靜態效率和動態效率。MPPT靜態效率是環境不變的穩態效率，可以達到較高。由于光伏電池的開路電壓和短路電流在很大程度上受輻照強度和溫度的影響，當輻照強度、溫度等環境條件改變時，光伏電池的輸出功率曲線亦發生改變，因此系統最佳工作點會隨著環境因素變化而變化。所有變化的外界環境都會導致動態效率低下。因此提高動態效率是提升整體MPPT效率的關鍵。基于此采用一種擁有創新的智能控制算法，可以在保證很高的靜態跟蹤效率前提下，穩健高效的跟蹤動態功率曲線。MPPT智能控制算法主要思想描述如下：算法始終記錄系統三個工作點狀態，形成當前工作時刻的一個滯環，可以確保跟蹤方向的穩健性，同時預測下一工作點的方向，并實時調整滯環的寬度以及三個工作點處于滯環中的相對位置，以應對不可預知的環境變化而可能帶來的跟蹤失效。針對局部陰影造成多峰輸出功率曲線，加入間歇最優掃描功能，可以有效避免逆變器工作在偽最佳工作點而導致的跟蹤效率低下。在靜態曲線上，通過三工作點位置狀態及實時變環寬控制，跟蹤方向穩健準確。實際外界環境因素多變，同一光伏電池輸出曲線會隨輻照度及溫度等因素變化而變化，最佳工作點也隨之變化。最佳工作點隨輻照度變化而不同，通過MPPT跟蹤過程中三工作點位置狀態的存在多種形式，本智能控制算法在實際測試中，無論外界環境如何變化，MPPT總能保持最優跟蹤方向，縮短跟蹤時間。

（二）光伏發電系統的電量儲存以及放電控制充電控制性能的好壞取決于電壓外環的檢測精確度，一般是在充電過程中不斷對蓄電池進行檢測，當蓄電池的電壓大于某個限定值說明已經充滿，應停止光伏電池向蓄電池進行充電。基于蓄電池的工作原理，充電時蓄電池可以達到限定值但停止充電后，電壓下降實際并未充足。因此，這種方法無法滿足蓄電池的充電特性，為了提高蓄電池的整體效能和使用壽命，在原有電路的基礎上增加一個放電自鎖功能和下限自鎖電路的功能。增加放電自鎖功能禁止蓄電池對于負載的小電流進行放電，避免蓄電池深度放電，進而達到保護蓄電池的功能，自鎖電路的原理是：利用集成運算放大電路的反饋特征，當下限電壓送入下限自鎖后，電壓將集成運算放大電路輸出端的電位保持不變，使放電的開關保持關閉，保持切斷負載狀態，在蓄電池充滿電時，運用集成運算放大電路輸入端，從而改變集成運算的電路輸出端，此時放電開關被重新打開，負載得到供電。

（三）光伏發電系統并網控制光伏發電系統并網運行時，就是光伏所發電力與電網并列運行，電網有電，光伏才并網發電，電網失電，光伏并網逆變器交流輸出側無電壓輸出，光伏所發電力與電網輸送電力同幅值，同相位，同頻率變化，實現光伏并網運行的主要部件是光伏并網逆變器。另外，光伏發電系統由于應用市場或者環境的不同，需與環境監控技術，實時監測系統，通信系統，綜合自動化等系統結合應用，所有的控制都是為了提高整個系統效率，所發電力安全可靠經濟運行。

四、光伏發電系統控制技術發展

（一）光伏發電產業的發展光伏發電技術成本的降低對于國內光伏發電產業的發展和壯大提供了重要的作用，對于實現國內光伏市場與國際市場接軌上有著很大的意義。但是與發達國家的光伏產業相比，我國的光伏發電技術及光伏發電產業還需要進行一系列的準備工作：1）逆變器是光伏發電系統中一個核心部件，只有提高逆變器的性能指標，才能從根本上提高我國光伏產業的發展。2）進一步優化光伏組件生產工藝，提高光伏組件轉換效率，從而降低組件價格，推動光伏產業發展。3）設計的光伏發電設備和組件，應當針對我國的建筑特點進行一個結構改進，更貼合我國的建筑模式外觀。4）國家和政府應對于這個產業出臺一系列扶持政策。

（二）光伏發電系統控制技術的發展目前光伏發電技術系統在國內已經取得了很大的成就，但仍存在著一系列技術難題，還需從這幾個方面來進行一個深入的研究發展：光伏組件轉換效率提高和安裝方式優化設計；逆變器容配比設計；串并聯方案優化；并網方式及政策改進等。

五、結語

光伏發電技術是一項新能源技術，不僅是綠色環保，還是取之不盡用之不竭的能源，應大力發展這項新技術以面對目前能源枯竭的問題，目前應當尋找最佳的控制策略和最大程度下激發它的使用率是這項技術的重中之重。另外從能源利用的國際趨勢上看，光伏發電正在向大規模并網發電和光伏建筑集成的方向快速發展，光伏發電將進入電力交易化市場，光伏應用的發展值得期待。

參考文獻：

[1]王東嬌.太陽能光伏發電控制技術研究[D].中北大學，2010.

[2]張志強，馬琴，程大章.太陽能光伏發電系統中的控制技術研究[J].電器與能效管理技術，2008（12）：55-58.

[3]孔娟.太陽能光伏發電系統的研究[D].青島大學，2006.

作者：郭桂蘭 單位：廊坊新奧光伏集成有限公司