魏 新
(鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院,河南 鄭州 450000)
隨著當(dāng)今光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展,各種新型技術(shù)也開(kāi)始在其中得到了廣泛應(yīng)用。其中,分布式控制技術(shù)就是一項(xiàng)非常先進(jìn)且有效的控制技術(shù),將該技術(shù)應(yīng)用到光伏發(fā)電系統(tǒng)中,可實(shí)現(xiàn)電力儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)換便捷性的顯著提升。因此,在對(duì)光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用和研究的過(guò)程中,技術(shù)人員一定要加強(qiáng)分布式控制技術(shù)的應(yīng)用研究,以充分發(fā)揮出其技術(shù)優(yōu)勢(shì),滿足光伏發(fā)電技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與發(fā)展需求。
分布式控制系統(tǒng)屬于一個(gè)將光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電作為能量來(lái)源,將電力儲(chǔ)存和并網(wǎng)技術(shù)作為控制手段,將用戶并電網(wǎng)作為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)的電能儲(chǔ)存與管理控制優(yōu)化技術(shù)。通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用,可以讓用戶側(cè)的電能得到良好的管理與控制[1]。
在分布式控制系統(tǒng)中,主要的組成結(jié)構(gòu)有三個(gè),第一是能源,第二是變換控制和管理,第三是用戶側(cè)負(fù)載控制的管理和優(yōu)化[2]。其中,能源就是能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供電能的各種能源,這里指的是太陽(yáng)能和風(fēng)能。變換控制和管理部分在整個(gè)系統(tǒng)中所發(fā)揮出的作用非常大,比如電源的自動(dòng)切換、能量流向的控制等,同時(shí)也可以管理和控制電能的儲(chǔ)存。由此可見(jiàn),這一部分在該系統(tǒng)中屬于一個(gè)核心部分。用戶側(cè)負(fù)載控制的管理和優(yōu)化部分要將第二部分作為基礎(chǔ)才能實(shí)現(xiàn),只有通過(guò)第二部分所實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化控制,才可以將電能應(yīng)用方面的最優(yōu)策略提供給用戶。通過(guò)這三個(gè)部分的共同作用,才可以讓新能源的控制和管理系統(tǒng)得以形成,并實(shí)現(xiàn)一體化的電能管理和優(yōu)化[3]。下圖是分布式控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示意圖:
圖1 分布式控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)示意圖
在分布式控制系統(tǒng)中,最為關(guān)鍵的技術(shù)包括五種,第一是電能的高效變換技術(shù);第二是電池的智能管理技術(shù);第三是蓄電池的快速充電和放電技術(shù);第四是蓄電池的準(zhǔn)確測(cè)量技術(shù);第五是智能化的用電管理和實(shí)時(shí)調(diào)度技術(shù)[4]。具體應(yīng)用中,當(dāng)光伏發(fā)電正常的情況下,變換器將會(huì)對(duì)太陽(yáng)能直流電進(jìn)行變換,使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉想娋W(wǎng)參數(shù)的市電來(lái)進(jìn)行電能供應(yīng),如果用戶并不能用完所有的電能,變換器會(huì)將其轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡缓鬄樾铍姵爻潆?。在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者是用電高峰期的情況下,蓄電池中所儲(chǔ)存的電能將會(huì)在直流升壓并變換為交流電之后為用戶進(jìn)行電能供應(yīng)。下圖為光伏發(fā)電直接供電和蓄電池供電流程示意圖:
圖2 光伏發(fā)電直接供電(上)和蓄電池供電(下)流程示意圖
在光伏發(fā)電技術(shù)中,分布式控制系統(tǒng)的應(yīng)用模式比較多樣化,其最基本的方案是通過(guò)傳感器來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,再通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和判定,然后根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行后續(xù)命令的發(fā)布。在此過(guò)程中,所有的通信都是有線通信,整體方案便是通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)判別。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要包括分布式監(jiān)控設(shè)備、計(jì)算機(jī)控制中心、通信系統(tǒng)和附屬系統(tǒng)[5]。其中,分布式監(jiān)控設(shè)備可借助于傳感器來(lái)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中的監(jiān)測(cè)目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,包括光伏電池板的發(fā)電數(shù)據(jù)等。計(jì)算機(jī)控制中心可對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析處理,并將重要數(shù)據(jù)保存起來(lái)。通信系統(tǒng)主要可對(duì)信息進(jìn)行傳輸。附屬系統(tǒng)主要包括報(bào)警器和控制器等的這些設(shè)備,是分布式控制系統(tǒng)中的執(zhí)行部分。
在分布式控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用中,其主要的工作流程包括以下幾步:第一是信息采集;第二是有線傳輸;第三是命令發(fā)布;第四是處理[6]。在光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行異?;蛘呤切枰M(jìn)行數(shù)據(jù)修改等的情況下,都需要借助于數(shù)據(jù)辨識(shí)以及相應(yīng)的執(zhí)行構(gòu)件來(lái)進(jìn)行處理。通過(guò)這樣的方式,才可以有效解決光伏發(fā)電系統(tǒng)中存在的問(wèn)題,保障光伏系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。比如,某區(qū)域的光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中,因?yàn)槊恳惶斓脑缟?、中午和晚上的各個(gè)時(shí)間段都需要適當(dāng)變換電池板角度,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)光能的更多獲取,保障光電轉(zhuǎn)化率。在實(shí)踐過(guò)程中,可以對(duì)各個(gè)時(shí)間段內(nèi)的電池板傾斜角度進(jìn)行科學(xué)計(jì)算,并將其錄入到分布式控制系統(tǒng)中,以此來(lái)作為系統(tǒng)的默認(rèn)程序,然后將其傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中,在經(jīng)過(guò)核對(duì)無(wú)誤之后,便可借助于有線通信的方式將指令傳送到相應(yīng)的執(zhí)行系統(tǒng)中,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池板傾角的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
光伏發(fā)電技術(shù)對(duì)于分布式控制的主要需求包括兩個(gè)方面,第一是分布,第二是實(shí)時(shí)處理。具體應(yīng)用中,可以將光伏發(fā)電系統(tǒng)看做一個(gè)整體目標(biāo),對(duì)其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行合理拆分,明確光伏發(fā)電系統(tǒng)中所有需要控制的環(huán)節(jié),然后對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分布控制。比如在對(duì)系統(tǒng)的構(gòu)成部分進(jìn)行分布控制的過(guò)程中,其控制要點(diǎn)主要包括逆變器控制、控制器控制以及其他組件控制,同時(shí)也需要對(duì)其儲(chǔ)能以及變壓等進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)獲取,所以在這些設(shè)備中都需要進(jìn)行智能監(jiān)控器的設(shè)置。通過(guò)串聯(lián)的方式,用一個(gè)智能監(jiān)控器進(jìn)行所有組件信息的實(shí)時(shí)檢測(cè),借助于CAN總線以及通信線路對(duì)所有監(jiān)控器進(jìn)行連接,然后通過(guò)自主運(yùn)行形式的計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制[7]。將分布控制作為支撐來(lái)進(jìn)行設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理,對(duì)于采集到的異?;蛘呤悄J(rèn)程序運(yùn)行等,都可以借助于計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行相應(yīng)指令的發(fā)布,這樣便實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行。
在光伏發(fā)電系統(tǒng)中,機(jī)器訓(xùn)練結(jié)果將會(huì)對(duì)分布及時(shí)控制效果產(chǎn)生直觀性的影響作用[8]。比如在進(jìn)行故障處理過(guò)程中,如果光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)了異常,其背部的溫度和電流等參數(shù)都將有所變化,而分布式控制系統(tǒng)對(duì)這種變化的實(shí)時(shí)捕捉就是機(jī)器訓(xùn)練以及故障分析的基礎(chǔ)。
在分布式控制系統(tǒng)中,核心技術(shù)主要包括智能技術(shù)、傳感器技術(shù)以及有線通信技術(shù)等。其中,智能技術(shù)主要包括計(jì)算機(jī)以及機(jī)器訓(xùn)練等的技術(shù),傳感器等的這些技術(shù)需要借助于集成設(shè)備以及第三方服務(wù)來(lái)進(jìn)行獲取。在分布式控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用中,通信系統(tǒng)合理選擇是系統(tǒng)效用的展示要點(diǎn)。就光伏發(fā)電系統(tǒng)而言,有線通信和無(wú)線通信技術(shù)都可以應(yīng)用,但是通過(guò)相關(guān)的試驗(yàn)與研究發(fā)現(xiàn),相比較無(wú)線通信技術(shù)而言,有線通信技術(shù)對(duì)于電磁干擾有著更好的抵抗能力,可以讓信號(hào)得到更好的傳輸。另外,借助于CAN總線技術(shù),也可以有效保障各個(gè)智能監(jiān)控器信息傳輸?shù)挠行?,避免信?hào)之間產(chǎn)生相互影響的情況,以此來(lái)有效保障各種運(yùn)行參數(shù)以及控制指令的傳輸效果,確保整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
綜上所述,隨著當(dāng)今新能源技術(shù)的不斷發(fā)展,光伏發(fā)電技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。隨著光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用,傳統(tǒng)的火力發(fā)電技術(shù)開(kāi)始逐漸被取代,這樣不僅有效滿足了當(dāng)今社會(huì)的實(shí)際用電需求,也實(shí)現(xiàn)了資源的有效節(jié)約和環(huán)境的良好保護(hù)。而在光伏發(fā)電技術(shù)的具體應(yīng)用過(guò)程中,分布式控制技術(shù)可以發(fā)揮出充分的作用與優(yōu)勢(shì)。通過(guò)分布式控制系統(tǒng)的合理應(yīng)用,可以對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中的各個(gè)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行分布控制與實(shí)時(shí)處理。在此過(guò)程中,分布式控制系統(tǒng)可以根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況和運(yùn)行需求來(lái)進(jìn)行各項(xiàng)設(shè)備參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)整,同時(shí)也可以對(duì)系統(tǒng)中的設(shè)備運(yùn)行異常情況做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和告警,讓運(yùn)維管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行異常,并及時(shí)對(duì)其進(jìn)行處理,最大限度地避免光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備故障,保障系統(tǒng)的良好穩(wěn)定運(yùn)行。