摘要：隨著大容量光伏電站的并網(wǎng)運行，其輸出功率的隨機(jī)波動會給電網(wǎng)帶來影響，甚至?xí)＜半娏ο到y(tǒng)的穩(wěn)定運行。因此，做好光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制非常重要。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；組成；控制

1、前言

隨著光伏電能價格的逐年下降，光伏電池發(fā)電容量在電網(wǎng)中所占比例日益增大，其對配電網(wǎng)綜合負(fù)荷的影響也日益凸現(xiàn)。

2、光伏發(fā)電系統(tǒng)組成分析

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由不同的部件構(gòu)成，大致分成五部分。

2.1光伏電池組

光伏電池組在光伏效應(yīng)作用下將光能轉(zhuǎn)化成直流電能。

2.2蓄電池組

當(dāng)光照不足或負(fù)載過大時，蓄電池組可以釋放之前儲存的電能。

2.3控制器

系統(tǒng)運行中根據(jù)負(fù)載電源要求，控制電池組電能輸出，確保發(fā)電系統(tǒng)輸出的最大功率。

2.4逆變器

逆變器主要用于將直流電轉(zhuǎn)化成負(fù)載需要的交流電。

2.5DC-DC變換裝置

變換裝置保證大范圍變化情況下輸出的高壓直流電穩(wěn)定，通過控制回路中的功率器件，實現(xiàn)直流電升壓成為高壓直流電。

3、PV數(shù)字仿真模型及其控制策略

3.1PV的反應(yīng)原理

簡單地說，PV的反應(yīng)原理是可把光伏電池看成1個光電二極管。光能是以適當(dāng)能量水平的光子存在的，光子打擊在晶體硅上會產(chǎn)生電子-空穴對，電子-空穴對于內(nèi)建靜電場的作用下，各自向相反的方向運動，離開勢壘區(qū)，造成P區(qū)電勢升高，N區(qū)電勢降低，P-N結(jié)兩端因此形成1個光生電勢，這就是P-N結(jié)的光生伏特效應(yīng)。在P-N結(jié)開路的情況下，其兩端建立光生電勢差，即開路電壓，將P-N結(jié)與外電路接通，就會有電流流過電路。P-N結(jié)的作用類似電源，接上外電路即可向外部輸出能量。

3.2PV并網(wǎng)模式

PV系統(tǒng)唯一的缺點是受氣候條件，溫度等因素影響，只有白天有陽光時才才工作，夜間光伏電池基本上無能量輸出。為解決這一問題，可用由光伏電池陣列，最大功率點跟蹤，蓄電池，直流（DC）-直流變換器，DC-交流變換器，脈沖調(diào)制（PWM），并網(wǎng)逆變單元等部分構(gòu)成的PV系統(tǒng)供電。

3.3PV數(shù)字仿真模型

光伏電池有4種類型，即單晶硅電池，多晶硅電池，薄膜電池和非晶硅電池。其中，多晶硅電池也可定義為由幾層單晶硅電池組成的電池。本文以單晶硅電池為例進(jìn)行研究，將光伏電池的等值電路模型分為3種。第1種是簡單電路模型，其不考慮光伏電池的損耗，即不考慮任何電阻，該模型有利于理論研究，適用于復(fù)雜的PV系統(tǒng)仿真；第2種是只考慮光伏電池并聯(lián)電阻的模型，其精度稍高，在實際應(yīng)用中并不常見；第3種是既考慮并聯(lián)電阻，又考慮串聯(lián)電阻的較精確的仿真模型。

4、光伏最大功率點跟蹤控制系統(tǒng)

離網(wǎng)光伏最大功率點跟蹤控制系統(tǒng)由光伏陣列、MPPT控制器、PWM脈沖觸發(fā)信號模塊、DC/DCConverter和蓄電池組構(gòu)成，本文中，光伏陣列的最大功率點跟蹤控制系統(tǒng)仿真模型中的光伏陣列由8個光伏組件以串4并2的方式組成，MPPT控制器由電導(dǎo)增量法控制，DC/DCConverter選用Boost電路。

4.1電導(dǎo)增量法原理

MPPT控制手段通過改變電池外部負(fù)載特性使其工作在最大功率點附近。目前MPPT控制的實現(xiàn)方法較多，其中包括電導(dǎo)增量法、“上山法”、定電壓跟蹤法和擾動觀察法等，本文采用電導(dǎo)增量法。電導(dǎo)增量法直接關(guān)注功率的變化，光伏電池的輸出電壓和電流被用來計算電導(dǎo)和電導(dǎo)的增量?？刂圃頌閷﹄妼?dǎo)（GG=IPV/VPV）和增量電導(dǎo)（ΔGG=dIPV/dVPV）進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果決定電池電壓的增減，使得系統(tǒng)工作在MPP，在MPP處功率的導(dǎo)數(shù)為0（dPPV/dVPV=0）

4.2Boost升壓電路

通過改變DC/DCConverter中功率開關(guān)管控制信號（PWM）的導(dǎo)通率（占空比），可以調(diào)控光伏電池使其工作在最大功率點，從而實現(xiàn)最大功率點跟蹤。文獻(xiàn)[1]中，作者對升壓式變換器與降壓式變換器的進(jìn)行了比較性研究，研究結(jié)果表明升壓式變換器比降壓式變換器效率高，而且降壓式變換器對占空比的控制能力是有限的；升壓式變換器的能量效率可以隨占空比的變化而變化。因此本文選擇升壓（Boost）電路實現(xiàn)光伏電池的MPPT。Boost電路實現(xiàn)升壓原理為：當(dāng)開關(guān)管IGBT導(dǎo)通時，輸入電壓對電感L進(jìn)行充電，電感電流上升，二極管截至，電容C向負(fù)載供電。當(dāng)IGBT關(guān)斷時，電感L放電電流減小，電感電流不能突變產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，電動勢左負(fù)右正迫使二極管導(dǎo)通，輸入電壓和電感兩端電壓疊加導(dǎo)致輸出端端電壓高于輸入電壓，實現(xiàn)升壓效果。

4.3系統(tǒng)仿真及分析

仿真采用變步長算法ode45（Dormand-Prince），仿真時間設(shè)為0.5s，最大步長為0.01在不同溫度和光強(qiáng)條件下，系統(tǒng)能較好的跟蹤并輸出最大功率。在0～0.2s期間，光照強(qiáng)度從600W/m2上升到800W/m2，而環(huán)境溫度維持25℃不變時，系統(tǒng)發(fā)出的功率增加；在0.15～0.3s期間，光照強(qiáng)度不變，而環(huán)境溫度從25℃上升到60℃時，系統(tǒng)發(fā)出的功率減少；在0.3～0.4s期間，光照強(qiáng)度不變，而環(huán)境溫度從60℃下降到30℃時，系統(tǒng)發(fā)出的功率增加；在0.35～0.5s期間，光照強(qiáng)度從1000W/m2下降到500W/m2，而環(huán)境溫度維持不變時，系統(tǒng)發(fā)出的功率減少。從以上仿真結(jié)果中可以看出本文采用的基于電導(dǎo)增量法的MPPT控制算法能夠快速實現(xiàn)不同光照強(qiáng)度、不同溫度下最大功率點的尋優(yōu)，并且能快速響應(yīng)短時間內(nèi)光強(qiáng)、溫度的變化，跟蹤精度高、速度快，具有較強(qiáng)的實用性。

5、結(jié)束語

總之，通過對發(fā)電系統(tǒng)的控制，提高了系統(tǒng)的效率。該項技術(shù)隨著科技水平的不斷發(fā)展，也將更加完善，推動光伏發(fā)電的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]邱培春，葛寶明，畢大強(qiáng).基于蓄電池儲能的光伏并網(wǎng)發(fā)電功率平抑控制研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2016，39（3）：29—33

[2]楊惠，孫向東，鐘彥儒，等.基于雙向DC-DC變換器的超級電容器儲能系統(tǒng)研究[J].西安理工大學(xué)學(xué)報，2016，27（4）：456—460.