比亞迪汽車工業(yè)有限公司 王營輝

分布式光伏發(fā)電運(yùn)行控制技術(shù)分析

比亞迪汽車工業(yè)有限公司 王營輝

分布式光伏發(fā)電技術(shù)是一種新型的發(fā)電技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)而言，這種技術(shù)具有節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性高等有點(diǎn)，分布式光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，對(duì)我國電力行業(yè)的發(fā)展有一定的促進(jìn)作用。本文對(duì)分布式光伏發(fā)電運(yùn)行控制技術(shù)進(jìn)行分析和探討。

分布式光伏發(fā)電；發(fā)電技術(shù)；光伏發(fā)電系統(tǒng)；分布式控制

引言

利用光能發(fā)電是電力行業(yè)發(fā)展過程中的重要趨勢，光伏發(fā)電模式是光能發(fā)電領(lǐng)域中的一種重要實(shí)踐技術(shù)，光伏發(fā)電機(jī)組是一種特殊的發(fā)電設(shè)備，因?yàn)楣夥l(fā)電本身與常規(guī)電源不同，具有隨機(jī)性、間接性，在發(fā)電系統(tǒng)中必須要加強(qiáng)對(duì)光伏發(fā)電技術(shù)的控制。分布式光伏發(fā)電技術(shù)是并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)，以太陽能光伏陣列直接將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電源，而且系統(tǒng)的穩(wěn)定性較高，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候可以啟動(dòng)自動(dòng)保護(hù)功能，使得光伏發(fā)電系統(tǒng)與交流母線之間脫離，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)與離網(wǎng)之間的過渡。

一、光伏發(fā)電系統(tǒng)概述

光伏發(fā)電技術(shù)是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)將光能直接轉(zhuǎn)化為直流電的技術(shù)，太陽能作為清潔、可持續(xù)能源，在發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用前景越來越大，在當(dāng)前的發(fā)電系統(tǒng)中有多種形式的光伏發(fā)電系統(tǒng)，常用的是獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、分布式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。其中獨(dú)立光伏發(fā)電 系統(tǒng)是一種獨(dú)立運(yùn)行的發(fā)電系統(tǒng)，和電網(wǎng)之間沒有聯(lián)系，一般建立在與電力系統(tǒng)相隔較遠(yuǎn)的邊遠(yuǎn)地區(qū)或者野外，白天太陽能豐富的時(shí)候可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存在蓄電池中供晚上使用。但獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，所以一般都會(huì)建立一個(gè)普通的輔助電站，一旦出現(xiàn)故障時(shí)可以應(yīng)急，所以獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的成本較高。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的一個(gè)特點(diǎn)是將光伏發(fā)電設(shè)備與電網(wǎng)并網(wǎng)連接在一起進(jìn)行發(fā)電的一種模式，光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能必須要經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)化之后才可以送入電網(wǎng)，不需要蓄電池，而且運(yùn)行比獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定，成本更低。這兩種發(fā)電系統(tǒng)都有一定的局限性，隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，發(fā)電技術(shù)的研究也越來越深入，產(chǎn)生了一種新的發(fā)電模式，即分布式光伏發(fā)電，該模式是一種就近發(fā)電、就近并網(wǎng)利用的發(fā)電模式，屬于家庭發(fā)電模式中的一種，具有很高的節(jié)能性、環(huán)保性，而且分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)使用十分便捷，群眾可以在自家屋頂以及戶外場地中選擇合適的位置進(jìn)行安裝，安裝過程簡便，設(shè)備的空間占用率小，由于優(yōu)點(diǎn)眾多，當(dāng)前分布式光伏發(fā)電的應(yīng)用越來越廣泛。

二、分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的能源主要有太陽能和風(fēng)能兩種，其中采用并網(wǎng)和電儲(chǔ)存技術(shù)，可以提高電能儲(chǔ)存效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的優(yōu)化管理。分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)分為可調(diào)式和不可調(diào)式兩種結(jié)構(gòu)。

在分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器是一個(gè)十分重要的組成部分，并網(wǎng)逆變器可以將光伏陣列產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)電壓相同、頻率相同的交流電能，如果電網(wǎng)出現(xiàn)斷電故障，則你變并網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停止向電網(wǎng)供電，具有很高的穩(wěn)定性。當(dāng)白天的太陽能充足的時(shí)候，如果光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的交流電能可以滿足負(fù)載的用電需求，則還會(huì)將富余的電能饋送給電網(wǎng)，夜間光伏發(fā)電系統(tǒng)的交流電供應(yīng)不足的時(shí)候，可以補(bǔ)充電網(wǎng)的電能需求。

三、分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)控制技術(shù)

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池組件、光伏防雷匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、配電系統(tǒng)等部分組成，太陽能電池組件主要負(fù)責(zé)將太陽能直接轉(zhuǎn)化為直流電能，光伏防雷匯流箱和直流配電柜的功能是將太陽能光伏陣列的多路直流輸入?yún)R成一路直流輸出。并網(wǎng)逆變器則將光伏陣列輸入的直流電能逆變成單相交流電，當(dāng)前分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中常用的并網(wǎng)光伏逆變器大多采用雙極結(jié)構(gòu)，因?yàn)楣夥嚵刑峁┑闹绷麟妷浩毡楸冉涣鬏敵鲭妷阂?，在直流交流變換電路中，瞬時(shí)輸出的電壓比輸入電壓值低，因此只能實(shí)現(xiàn)降壓變換。因此，在橋式逆變電路中可以增加一級(jí)直流-直流變換器，使得輸入的直流電壓可以升高。同時(shí)，由于光伏陣列的滯留電壓的典型值相對(duì)于交流電壓的峰值要低很多，所以直流-直流變換器應(yīng)該要具有較高的電壓增益效果。

分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括停機(jī)、待機(jī)、電網(wǎng)檢測、運(yùn)行、故障處理等六種模式，下面分別闡述：

（一）停機(jī)模式

當(dāng)對(duì)裝置的交流電壓加電之后，裝置處于停機(jī)狀態(tài)，在待機(jī)、電網(wǎng)監(jiān)控和啟動(dòng)等過程中，在觸摸屏、后臺(tái)等可以發(fā)布停機(jī)指令，從而使得設(shè)備退出工作狀態(tài)，處于停機(jī)狀態(tài)。在待機(jī)、電網(wǎng)監(jiān)控、啟動(dòng)過程中、運(yùn)行狀態(tài)下如果發(fā)生了故障，如果連續(xù)五次復(fù)位失敗，則裝置將會(huì)退出工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)到停機(jī)狀態(tài)。

（二）待機(jī)模式

處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)，如果交流手動(dòng)斷路器和直流手動(dòng)斷路器處于閉合狀態(tài)，在觸摸屏和后臺(tái)下發(fā)啟動(dòng)命令，或者在人機(jī)接口面板上旋轉(zhuǎn)啟動(dòng)停止按鈕到啟動(dòng)位置，裝置就可以從停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇龣C(jī)狀態(tài)。當(dāng)光伏陣列電壓比預(yù)先設(shè)定的最低啟動(dòng)電壓值低的時(shí)候，系統(tǒng)也將保持在待機(jī)狀態(tài)。在待機(jī)狀態(tài)下，如果裝置檢測到有故障發(fā)生，則將自動(dòng)退出待機(jī)狀態(tài)，轉(zhuǎn)到故障狀態(tài)。

（三）電網(wǎng)監(jiān)控模式

電網(wǎng)監(jiān)控模式主要監(jiān)控電網(wǎng)電壓以及頻率是否超過限制值，從而確保裝置穩(wěn)定性與安全性。在裝置的觸摸屏上可以設(shè)置電網(wǎng)監(jiān)控時(shí)間，同時(shí)也可以通過遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)監(jiān)控之間的設(shè)定。當(dāng)電網(wǎng)處于監(jiān)控狀態(tài)時(shí)如果檢測到有事故發(fā)生，則會(huì)退出電網(wǎng)監(jiān)控狀態(tài)，轉(zhuǎn)到故障狀態(tài)。

（四）啟動(dòng)模式

在設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)，如果陣列的輸入電壓大于初始設(shè)定的電壓值，而且電網(wǎng)的電壓和頻率都保持正常，則裝置會(huì)進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)交流和直流接觸器相互吸合，在這種模式下逆變器會(huì)對(duì)陣列電壓以及電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)交流直流接觸器完全閉合的時(shí)候，裝置從啟動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)為運(yùn)行狀態(tài)，在啟動(dòng)狀態(tài)中，如果裝置檢測到有故障發(fā)生，則會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)為故障狀態(tài)。

（五）運(yùn)行模式

裝置運(yùn)行過程中可以實(shí)現(xiàn)光能向電能的轉(zhuǎn)化，其中起主要作用的元件的是并網(wǎng)逆變器，在運(yùn)行狀態(tài)中，如果設(shè)定時(shí)間范圍內(nèi)實(shí)測功率比預(yù)先設(shè)定的功率值低，則會(huì)停止向電網(wǎng)饋送電能，并且跳轉(zhuǎn)到待機(jī)狀態(tài)；如果系統(tǒng)檢測到故障發(fā)生，也會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到故障狀態(tài)。

（六）故障模式

當(dāng)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，逆變器會(huì)停止工作，并且將交流側(cè)的接觸器斷開，使得主電路與電網(wǎng)之間的相互脫離。在故障模式中還會(huì)自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位，每個(gè)一分鐘會(huì)自動(dòng)復(fù)位一次故障，并且會(huì)嘗試并網(wǎng)，如果連續(xù)五次復(fù)位都失敗，則會(huì)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到停機(jī)狀態(tài)。

四、結(jié)語

綜上所述，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種新型的發(fā)電模式，具有穩(wěn)定性高、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)電領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)與離網(wǎng)之間的過渡和轉(zhuǎn)化，在統(tǒng)一的管理平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的控制，提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和效率。

[1]呂新良,張旭,宋曉林．分布式光伏發(fā)電運(yùn)行控制技術(shù)研究[J]．陜西電力,2012(02)．

[2]周博．分布式光伏發(fā)電運(yùn)行控制技術(shù)研究[J]．建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2014(09)

[3]程進(jìn)．淺談分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)[J]．低碳世界,2015(27)．

王營輝（1982－），男，漢，河南洛陽人，現(xiàn)職單位：比亞迪汽車工業(yè)有限公司，工程師，電力電子設(shè)備開發(fā)。