孫玫

（河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河北石家莊 050031）

光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)分析

孫玫

（河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，河北石家莊 050031）

隨著現(xiàn)代環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴(yán)重，使得國(guó)內(nèi)各行各業(yè)均越來(lái)越重視對(duì)于新能源的利用，而光伏發(fā)電就是當(dāng)前被應(yīng)用在發(fā)電行業(yè)當(dāng)中的新型技術(shù)，其主要是對(duì)太陽(yáng)能的應(yīng)用。本文即是對(duì)光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中的各類技術(shù)進(jìn)行研究，主要闡述了最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)、MPPT控制器技術(shù)以及并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)，以期能為相關(guān)工作提供參考。

光伏發(fā)電 并網(wǎng)系統(tǒng) 技術(shù)

自進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)際社會(huì)對(duì)于環(huán)境污染和能源緊缺問(wèn)題的關(guān)注度進(jìn)一步提升。而我國(guó)近幾年當(dāng)中利用煤炭、石油等資源進(jìn)行發(fā)電、供熱時(shí)產(chǎn)生了大量的環(huán)境污染，其中以霧霾最為典型。因此我國(guó)對(duì)于新能源的需求更加迫切，而光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而生，其改變了傳統(tǒng)的發(fā)電模式，創(chuàng)造了更加清潔的發(fā)電技術(shù)。

1 最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)

1.1 優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的MPPT控制技術(shù)

這一技術(shù)主要是基于優(yōu)化后的數(shù)學(xué)模型，從而對(duì)光伏發(fā)電設(shè)備當(dāng)中的光伏陣列曲線進(jìn)行確定，從而獲得光伏陣列當(dāng)中最大的發(fā)電功率。在所有的數(shù)學(xué)模型當(dāng)中，光伏電池本身的等效電路模型的數(shù)據(jù)非常重要。在典型的MPPT優(yōu)化模型當(dāng)中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)為開(kāi)路電壓比例系統(tǒng)模型、短路電流比例系數(shù)模型，這兩種技術(shù)的計(jì)算重點(diǎn)就在于對(duì)光伏陣列當(dāng)中各種光強(qiáng)、溫度的條件下，開(kāi)路電壓、最大功率點(diǎn)電壓值所具有的線性特點(diǎn)進(jìn)行研究。如果在MPPT技術(shù)下應(yīng)用開(kāi)路電壓比例系數(shù)模型，則該光伏發(fā)電設(shè)備不會(huì)出現(xiàn)最大功率點(diǎn)數(shù)據(jù)的波動(dòng)，而且設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)的結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單。但是利用這一技術(shù)時(shí)需要注意，該設(shè)備的開(kāi)路電壓和最大功率電壓的比值受多方面因素的影響，不僅受光伏陣列本身的結(jié)構(gòu)影響，而且與該設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境息息相關(guān)，由此可知利用開(kāi)路電壓技術(shù)的設(shè)備的光伏陣列不是在最大功率點(diǎn)上開(kāi)始工作［1］。加之在對(duì)開(kāi)路電壓進(jìn)行測(cè)量時(shí)需先將負(fù)載電壓斷開(kāi)，這就導(dǎo)致設(shè)備會(huì)瞬間出現(xiàn)功率上的損耗。

1.2 自尋優(yōu)的MPPT控制技術(shù)

這種技術(shù)是當(dāng)前光伏發(fā)電設(shè)備當(dāng)中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一，其并不對(duì)外界環(huán)境因素進(jìn)行檢測(cè)，而是需要借助測(cè)量當(dāng)中所得的光伏陣列電壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤分析，進(jìn)而確定最大功率點(diǎn)數(shù)據(jù)。該技術(shù)主要是基于電導(dǎo)增量理論，利用對(duì)光伏陣列當(dāng)中的瞬間電導(dǎo)、實(shí)時(shí)電導(dǎo)之間的變化規(guī)律進(jìn)行跟蹤，該理論所形成的曲線為單峰曲線，所獲得的最大功率點(diǎn)必然會(huì)有dP/dV=0的特性。

同時(shí)該技術(shù)還可基于擾動(dòng)觀察理論實(shí)現(xiàn)，這一理論又被稱為“爬山”理論，其算法相比于電導(dǎo)增量理論更加簡(jiǎn)單，所需要檢測(cè)的數(shù)據(jù)量也較低，因此廣泛地應(yīng)用在MPPT技術(shù)當(dāng)中。在對(duì)最大功率點(diǎn)進(jìn)行跟蹤時(shí)，需要先在光伏陣列當(dāng)中引入一個(gè)小的擾亂，然后對(duì)光伏的情況進(jìn)行觀察，并將擾亂前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)比較后的結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)光伏電池的工作位點(diǎn)［2］。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，這一理論是利用改變光伏電池的電壓，從而對(duì)其進(jìn)行擾亂，并采用實(shí)時(shí)記錄的方式獲取光伏電池的電壓和電流，進(jìn)而得出輸出功率數(shù)據(jù)。然后將干擾后所得數(shù)據(jù)與干擾前進(jìn)行比較，如果干擾后功率值大于干擾前，則說(shuō)明本次擾動(dòng)使光伏電池的功率增加，下次擾動(dòng)使不需要改變方向；如果干擾后功率值低于干擾前，則說(shuō)明本次干擾使光伏電池的功率降低，下次擾動(dòng)時(shí)需要改變方向。如此反復(fù)擾動(dòng)后就可以將光伏電池的輸出功率推到最高點(diǎn)，進(jìn)而滿足輸出功率跟蹤的目的。但是該技術(shù)在推動(dòng)輸出功率到達(dá)最大值之后不能停止擾動(dòng)，而是需要繼續(xù)使其在最大值周圍進(jìn)行波動(dòng)，雖然會(huì)造成少量的能量損失，但是卻可以保證光伏電池保持在最大輸出功率點(diǎn)附近工作［3］。

2 MPPT控制器的優(yōu)化技術(shù)

在對(duì)MPPT控制器進(jìn)行優(yōu)化時(shí)。首先應(yīng)該對(duì)控制器進(jìn)行拓?fù)溥x擇，所應(yīng)用各種控制器當(dāng)中以常規(guī)單向Boost最為簡(jiǎn)單，該控制器在驅(qū)動(dòng)過(guò)程中消耗能能量最小，因此被廣泛地應(yīng)用在輸出功率較低的設(shè)備當(dāng)中，或者在升壓范圍較窄的設(shè)備中也可應(yīng)用。交錯(cuò)并聯(lián)型Boost變換器的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，其線路當(dāng)中含有多個(gè)開(kāi)關(guān)對(duì)通路進(jìn)行控制，而每一個(gè)開(kāi)關(guān)所占的空間也不相同，但在連通后的滯后時(shí)間則均等?，F(xiàn)代應(yīng)用較廣的變換器通常是以兩個(gè)或兩個(gè)以上變換器聯(lián)組為主，如果該控制器當(dāng)中擁有N個(gè)變換器，則其連通時(shí)的滯后周期為T(mén)s/N，從而保證了每一個(gè)變換器當(dāng)中通過(guò)的電流均可以交錯(cuò)開(kāi)。

3 并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)

該技術(shù)當(dāng)中引入了數(shù)控技術(shù)，并且逆變電源的數(shù)控技術(shù)也是當(dāng)前發(fā)電行業(yè)當(dāng)中研究的重點(diǎn)，其中包含了PID、無(wú)差拍、重復(fù)、數(shù)字化膜等多種控制方式，同時(shí)也加入了當(dāng)前較為先進(jìn)的模糊控制技術(shù)，從而使并網(wǎng)逆變器的控制能夠更加智能化。在對(duì)PID控制技術(shù)進(jìn)行選擇時(shí)要注意，該控制技術(shù)具有算法簡(jiǎn)單，可以應(yīng)用在高頻率控制當(dāng)中，穩(wěn)定性較強(qiáng)等諸多特點(diǎn)。但是其對(duì)于系統(tǒng)當(dāng)中的負(fù)載參數(shù)的識(shí)別不夠敏感，很容導(dǎo)致控制器對(duì)于采樣操作、輸出操作等的延遲，并且其所選取的各環(huán)節(jié)系統(tǒng)不能過(guò)大，否則系統(tǒng)將無(wú)法穩(wěn)定運(yùn)行，因此將其視為一個(gè)有差系統(tǒng)［4］。而當(dāng)前在并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)當(dāng)中應(yīng)用最多的是混合控制技術(shù)，該技術(shù)就是將各類控制技術(shù)融合在一起，取長(zhǎng)補(bǔ)短，從而使逆變器的工作效率達(dá)到最佳，并且能夠提升控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)是當(dāng)前新型發(fā)電技術(shù)之一，其本身的優(yōu)勢(shì)性就在于不會(huì)產(chǎn)生污染物，而且發(fā)電能源為可再生性資源。但是仍需要對(duì)該發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中的各類技術(shù)進(jìn)行深入的研究，尤其是對(duì)MPPT優(yōu)化技術(shù)和逆變器選擇上。

［1］艾欣，韓曉男，孫英云.光伏發(fā)電并網(wǎng)及其相關(guān)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與展望［J］.現(xiàn)代電力，2013，30（01）：1-7.

［2］余濤.光伏發(fā)電并網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及其對(duì)電網(wǎng)的影響研究［D］.上海交通大學(xué)，2012.

［3］余學(xué)成.光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量問(wèn)題研究［J］.企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)月刊，2014（20）：95-96.

［4］熊巍，周海波.并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)研究［J］.中國(guó)電力教育，2012（09）：137-138.

孫玫（1986—），女，漢族，河北保定人，現(xiàn)供職于河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，中級(jí)，本科，研究方向：新能源電氣設(shè)計(jì)。