光伏发电系统中关键控制问题的研讨范文

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摘要：近年来，随着全球的温室效应，导致全球变暖的一系列问题都显露出来，为了控制温室气体的排放量，减少环境污染，需合理利用绿色清洁的新能源，以减少对环境的污染。随着光伏产业迅速发展，可以有效地减少对其他能源的依赖，本文针对太阳能光伏发电中的关键控制问题进行了研究。

关键词：光伏发电系统；太阳能；新能源

一、引言

能源问题一直受到社会的广泛关注，这不仅关系到社会的发展，还对自然环境有着重大的影响，太阳能作为一种可再生的清洁能源，随着科技的发展得到广泛的运用，取得了很好的社会经济效应。光伏发电作为一个新兴产业正在迅速发展，具有很大的发展前景。因而本文对此进行关键控制问题的探讨。

二、光伏发电系统原理

光伏组件是光伏系统中负责光电转化的核心设备。光伏电池是指在阳光下的光电转换的半导体P-N结器件。光伏电池就是利用半导体光伏效应制成，是一种能将太阳光直接转换成电能的转换器。光伏电池是利用光激发少数载流子通过P-N结而发电的，在产生电能的过程中，既不发生任何化学变化，也没有机械磨耗；在使用过程中，无噪声，无气味，对环境无污染。

（一）光伏发电系统的组成光伏发电系统主要由光伏组件方阵、逆变器、光伏储能部件和交流并网系统等组成，各个部件的功能如下：（1）光伏组件方阵：是由若干光伏组件及支架组成的方阵，支架是光伏阵列的支撑结构，光伏组件方阵可看做是一个中间的媒介，是连接太阳能和电能的设备，将接收到的太阳能转换成电能。（2）逆变器：担负着系统的DC/AC转换，并准确控制转换电压、频率、相位、谐波含量等重要指标，具有最大功率跟踪功能，是把光伏方阵连接到系统的部件。（3）光伏储能部件：由蓄电池组和光伏充放电控制器组成，在“负荷调节、配合新能源接入、弥补线损、功率补偿、提高电能质量、孤网运行、削峰填谷”等几大功能应用。（4）交流并网系统：由交流并网柜、升压变压器、SVG无功补偿装置及综合控制系统组成，主要作用是升压及无功动态补偿调度通讯等功能。

（二）光伏发电系统的分类常见的光伏发电系统有独立系统，混合系统和并网系统三种。独立系统是不和公共电网连接，独立发电；混合系统是离并网结合的系统；并网系统是直接或间接接入公用电网运行的系统。

（三）光伏发电系统的控制要求光伏发电系统的控制难点是逆变器的控制技术，逆变器的控制技术如何直接决定了整个系统的质量如何。光伏发电系统的效率主要体现在光伏组件效率，逆变器的效率，光伏储能部件的效率等。整个光伏发电系统控制的关键技术在于对电池方阵的最大输出功率控制，主要针对于输出的电流进行有效控制，这是一项控制功率的技术，在所有过程中，要进行一个合理的管控，要考虑系统的干扰性，输出波形以及失真的状态等。光伏发电系统中要控制输出电压频率、幅值、相位与电网的电压频率、幅值、相位相同，并跟随电网进行调整及稳态运行。

三、光伏发电系统中的控制解决方案

（一）最大功率点跟踪（MPPT）控制策略MPPT智能控制算法，在辐照度等环境变化时能够高效的完成跟踪，使得跟踪效率无论在静态、动态还是启动时都能够高效的完成跟踪。（1）MPPT跟踪效率对光伏发电量的影响逆变器转换发电效率=MPPT跟踪效率*逆变器效率，在光伏电池转换效率和逆变器效率一定时，MPPT跟踪效率对提高光伏发电量尤为重要，MPPT跟踪效率的高低很大程度上影响光伏的发电量。（2）基于先进的MPPT算法依据国际EN50530标准，MPPT效率是指逆变器从光伏电池获得的实际输入功率，与光伏电池理论上能输出的最大功率之比。MPPT效率越高，MPPT响应性能越好，逆变器发电量越多。MPPT效率包括静态效率和动态效率。MPPT静态效率是环境不变的稳态效率，可以达到较高。由于光伏电池的开路电压和短路电流在很大程度上受辐照强度和温度的影响，当辐照强度、温度等环境条件改变时，光伏电池的输出功率曲线亦发生改变，因此系统最佳工作点会随着环境因素变化而变化。所有变化的外界环境都会导致动态效率低下。因此提高动态效率是提升整体MPPT效率的关键。基于此采用一种拥有创新的智能控制算法，可以在保证很高的静态跟踪效率前提下，稳健高效的跟踪动态功率曲线。MPPT智能控制算法主要思想描述如下：算法始终记录系统三个工作点状态，形成当前工作时刻的一个滞环，可以确保跟踪方向的稳健性，同时预测下一工作点的方向，并实时调整滞环的宽度以及三个工作点处于滞环中的相对位置，以应对不可预知的环境变化而可能带来的跟踪失效。针对局部阴影造成多峰输出功率曲线，加入间歇最优扫描功能，可以有效避免逆变器工作在伪最佳工作点而导致的跟踪效率低下。在静态曲线上，通过三工作点位置状态及实时变环宽控制，跟踪方向稳健准确。实际外界环境因素多变，同一光伏电池输出曲线会随辐照度及温度等因素变化而变化，最佳工作点也随之变化。最佳工作点随辐照度变化而不同，通过MPPT跟踪过程中三工作点位置状态的存在多种形式，本智能控制算法在实际测试中，无论外界环境如何变化，MPPT总能保持最优跟踪方向，缩短跟踪时间。

（二）光伏发电系统的电量储存以及放电控制充电控制性能的好坏取决于电压外环的检测精确度，一般是在充电过程中不断对蓄电池进行检测，当蓄电池的电压大于某个限定值说明已经充满，应停止光伏电池向蓄电池进行充电。基于蓄电池的工作原理，充电时蓄电池可以达到限定值但停止充电后，电压下降实际并未充足。因此，这种方法无法满足蓄电池的充电特性，为了提高蓄电池的整体效能和使用寿命，在原有电路的基础上增加一个放电自锁功能和下限自锁电路的功能。增加放电自锁功能禁止蓄电池对于负载的小电流进行放电，避免蓄电池深度放电，进而达到保护蓄电池的功能，自锁电路的原理是：利用集成运算放大电路的反馈特征，当下限电压送入下限自锁后，电压将集成运算放大电路输出端的电位保持不变，使放电的开关保持关闭，保持切断负载状态，在蓄电池充满电时，运用集成运算放大电路输入端，从而改变集成运算的电路输出端，此时放电开关被重新打开，负载得到供电。

（三）光伏发电系统并网控制光伏发电系统并网运行时，就是光伏所发电力与电网并列运行，电网有电，光伏才并网发电，电网失电，光伏并网逆变器交流输出侧无电压输出，光伏所发电力与电网输送电力同幅值，同相位，同频率变化，实现光伏并网运行的主要部件是光伏并网逆变器。另外，光伏发电系统由于应用市场或者环境的不同，需与环境监控技术，实时监测系统，通信系统，综合自动化等系统结合应用，所有的控制都是为了提高整个系统效率，所发电力安全可靠经济运行。

四、光伏发电系统控制技术发展

（一）光伏发电产业的发展光伏发电技术成本的降低对于国内光伏发电产业的发展和壮大提供了重要的作用，对于实现国内光伏市场与国际市场接轨上有着很大的意义。但是与发达国家的光伏产业相比，我国的光伏发电技术及光伏发电产业还需要进行一系列的准备工作：1）逆变器是光伏发电系统中一个核心部件，只有提高逆变器的性能指标，才能从根本上提高我国光伏产业的发展。2）进一步优化光伏组件生产工艺，提高光伏组件转换效率，从而降低组件价格，推动光伏产业发展。3）设计的光伏发电设备和组件，应当针对我国的建筑特点进行一个结构改进，更贴合我国的建筑模式外观。4）国家和政府应对于这个产业出台一系列扶持政策。

（二）光伏发电系统控制技术的发展目前光伏发电技术系统在国内已经取得了很大的成就，但仍存在着一系列技术难题，还需从这几个方面来进行一个深入的研究发展：光伏组件转换效率提高和安装方式优化设计；逆变器容配比设计；串并联方案优化；并网方式及政策改进等。

五、结语

光伏发电技术是一项新能源技术，不仅是绿色环保，还是取之不尽用之不竭的能源，应大力发展这项新技术以面对目前能源枯竭的问题，目前应当寻找最佳的控制策略和最大程度下激发它的使用率是这项技术的重中之重。另外从能源利用的国际趋势上看，光伏发电正在向大规模并网发电和光伏建筑集成的方向快速发展，光伏发电将进入电力交易化市场，光伏应用的发展值得期待。

参考文献：

[1]王东娇.太阳能光伏发电控制技术研究[D].中北大学，2010.

[2]张志强，马琴，程大章.太阳能光伏发电系统中的控制技术研究[J].电器与能效管理技术，2008（12）：55-58.

[3]孔娟.太阳能光伏发电系统的研究[D].青岛大学，2006.

作者：郭桂兰 单位：廊坊新奥光伏集成有限公司