比亞迪汽車(chē)工業(yè)有限公司 王營(yíng)輝

分布式光伏發(fā)電運(yùn)行控制技術(shù)分析

比亞迪汽車(chē)工業(yè)有限公司 王營(yíng)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(lái)越廣泛，對(duì)我國(guó)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(guò)程中的重要趨勢(shì)，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(yáng)能光伏陣列直接將太陽(yáng)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(guò)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(yáng)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(lái)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(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)、分布式太陽(yáng)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(méi)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(yáng)能豐富的時(shí)候可以將太陽(yáng)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(guò)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(lái)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(chǎng)地中選擇合適的位置進(jìn)行安裝，安裝過(guò)程簡(jiǎn)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(lái)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(yáng)能電池組件主要負(fù)責(zé)將太陽(yáng)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(yáng)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(cè)、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(guò)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(guò)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(cè)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(guò)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(guò)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(cè)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(cè)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(guò)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(cè)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(cè)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(kāi)，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(yǔ)

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(guò)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(yíng)輝（1982－），男，漢，河南洛陽(yáng)人，現(xiàn)職單位：比亞迪汽車(chē)工業(yè)有限公司，工程師，電力電子設(shè)備開(kāi)發(fā)。