伍天賜

（中國能源建設(shè)集團湖南火電建設(shè)有限公司，長沙 4 10000）

1 引言

太陽能是一種清潔的新能源，是我國未來的能源結(jié)構(gòu)當(dāng)中重要的組成部分，其開發(fā)與利用對于能源發(fā)展意義重大。太陽能光伏發(fā)電是一種主要的開發(fā)途徑，其主要是利用太陽能電池吸收光能，從而產(chǎn)生光生電子-空穴對，通過太陽能電池的內(nèi)建電場使光生電子和空穴被分離，進而在太陽能電池的兩端產(chǎn)生正負電荷積累形成光生電壓，最終產(chǎn)生可利用的電能。當(dāng)前，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)得到了重大的發(fā)展，其中關(guān)鍵的控制技術(shù)起到了重要的作用。

2 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點跟蹤

由于太陽能電池會受到環(huán)境溫度、日照強度等因素的影響，其輸出功率會出現(xiàn)較大的波動。太陽能電池的輸出功率會因環(huán)境溫度、日照強度的變化而變化，因而其輸出功率需要根據(jù)所能產(chǎn)生的電能進行自動調(diào)節(jié)，確保其與負載相配合，從而達到最大的功率轉(zhuǎn)換效率，以提高光伏方陣利用率。光伏方陣最大功率點跟蹤（MPPT）是最主要的控制方法，此外還有爬山法、增量電導(dǎo)法、恒壓跟蹤法、自適應(yīng)算法、爬山改進法等，下面主要針對MPPT進行分析。由于光伏陣列在負載、環(huán)境變化下，輸出電壓與電流呈現(xiàn)出非線性，在特定工作環(huán)境下存在唯一的最大功率輸出點，光伏陣列能不能在最大功率點工作取決于其負載大小。由于外界的溫度變化，以及光照強度無法采用人為的方法進行控制，且這兩個影響因素在一天之中會不斷的變化。為了確保光伏陣列的輸出特性也能隨著外部環(huán)境的改變而做出相應(yīng)的變化，能夠始終在最大功率點工作，就必須適時改變光伏陣列所接的負載。為此，可以通過在光伏陣列與負載之間串聯(lián)最大功率點跟蹤電路來達到目的。較為常用的最大功率點跟蹤電路是一個DC/DC變換器，DC/DC變換器占空比與其所帶負載的函數(shù)就是光伏陣列所帶的等效負載，對占空比進行調(diào)節(jié)就能夠?qū)崿F(xiàn)改變光伏陣列所帶負載的目的，以達到最大功率點跟蹤，充分利用光伏陣列產(chǎn)生的電能的效果。

3 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲能及充放電控制

儲能及充放電的控制對于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)也有重要的影響，控制器要完成最大輸出功率跟蹤，保持最大功率輸出，以預(yù)防蓄電池出現(xiàn)深度放電與過充電，并達到最佳狀態(tài)。一般而言，在線式電壓檢測主要是通過檢測蓄電池的端電壓，在其大于某個限定值時就判斷為已充滿，從而停止太陽電池向蓄電池充電[1]。但是，在停止充電后端電壓會下降，蓄電池充電實際上并未充足，從而使蓄電池的壽命、充電器整體效能的提高遇到瓶頸，因而需要選擇新的離線式檢測。通過一個太陽電池給多個蓄電池模塊進行輪換充電，在充電電路斷開后各個蓄電池端壓都有足夠的時間恢復(fù)正常，可以確保檢測結(jié)果正確反映蓄電池容量。并且，在原有電路增加放電自鎖功能、下限自鎖電路，利用放電自鎖功能可以防止蓄電池對負載進行小電流放電，并防止蓄電池深度放電以起到保護蓄電池的作用。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，無論是蓄電池的負載，還是太陽電池的輸出，又或者是蓄電池的自放電，都是不確定量，因而儲能及充放電控制可以采取模糊控制方法來實現(xiàn)。

4 太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制

由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)最終是要并入電網(wǎng)的，因而太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出交流電電壓、頻率等必需確保與電網(wǎng)相同，相位也要保持一致，如此才能達到利用的目的[2]。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制需要通過逆變器來完成。通過電流型脈寬調(diào)制逆變器使饋入電流對電網(wǎng)產(chǎn)生的電力諧波降低，將其總諧波失真控制在一個較低的水平，并且確保輸出電流同步波形控制，以及最大功率轉(zhuǎn)換控制得到有效的兼顧。并網(wǎng)逆變器的控制模式為雙環(huán)控制，其中，外環(huán)參考電壓采用理想的正弦波，將輸出電壓和參考電壓的比較當(dāng)作PI調(diào)節(jié)器的輸入，并且將PI調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作內(nèi)環(huán)電流環(huán)的參考值。在雙環(huán)控制的基礎(chǔ)上，還可以同步鎖相控制。在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制，逆變器是與電網(wǎng)直接并聯(lián)，如果電網(wǎng)斷電逆變器處于持續(xù)發(fā)電的狀態(tài)就會產(chǎn)生孤島效應(yīng)，會使逆變器損壞，并使維修人員面臨危險。因而，必須有完備的保護措施，并且確保逆變器有自動偵測功能。孤島效應(yīng)的偵測可以采用被動式檢測技術(shù)對保護電路、電壓諧波檢測，急劇相位偏移等電網(wǎng)狀態(tài)進行檢測，以判斷電網(wǎng)是否出現(xiàn)故障，也可以采用主動式檢測法，通過由電力轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生干擾信號來觀察電網(wǎng)是否受到影響，以判斷是否出現(xiàn)故障。通過逆變器自動偵測確保出現(xiàn)孤島效應(yīng)后逆變器能夠及時脫離電網(wǎng)，確保設(shè)備與人員的安全。

5 結(jié)語

總之，太陽能光伏發(fā)電的前景良好，是未來新能源開發(fā)的一個主要方向。相關(guān)的控制技術(shù)對于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展意義重大，是系統(tǒng)的效能、安全性的重要保障。隨著電子技術(shù)、光伏組件、計算機等相關(guān)技術(shù)的進步，控制技術(shù)也必然會不斷進步，從而提高太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)越性。