分布式光伏发电并网功率直接控制方法尹斐

尹斐

关键词：分布式光伏；发电；并网功率；直接控制；方法

1光电连接

1.1太阳能热发电与光伏发电的区别

1.1.1发电原理不同于装置发电原理。火力发电是一种通过热能转换来驱动涡轮发电的方法。主要部件为集热器或装置，是一种传热方法;利用半导体的光电效应，光电可以直接将光能转化为电能。太阳能电池板是它的基本组件，也是传递光线的方式。

1.1.2使用范围不同。太阳能发电与传统火电、水电相比具有很强的竞争力，适合大规模开发。此外，由于照明条件好，热能生产适合于照明条件好的地区。光电技术简单、低光要求，更适合微型化开发，更适合分布式应用。洛阳智凯光电的应用就是一个很好的例子。

1.1.3具体应用不同。光伏已经工业化，技术的应用也更加成熟，更适合大规模应用。目前，大部分火电发电还处于科研论证阶段，成本也处于非常高的水平。大规模地使用它需要时间。

1.2光伏系统概述

通过将太阳能电池的能量转化为直接电能，将负载或输出到电网。该系统由电池、变压器、电源转换器和太阳能电池组成。其中，功率变换器和太阳能电池是最重要的，电池和变压器的需求取决于应用是否需要。

1.3光伏并网发电系统

光伏并网发电系统包括继电保护装置、并网变压器、逆变器、直流斩波电路、控制器光伏电池等。

1.3.1光伏并网逆变器

太阳能光伏发电系统采用逆变器，将太阳能电池发出的直流电转化为交流电。该装置转换后，交流频率和电压与系统提供给负载的交流频率和电压相同。逆变器有电流型、电压型等多种类型。逆变器切断直流电源。直流侧的电流称为电流型，直流侧的电压稳定性称为电压型。电压型逆变器通常用于太阳能光伏发电系统。

1.3.2光伏阵列

光伏电池阵列作为光伏并网系统的主要组成部分，接收太阳能光能并直接转化为电能。在此阶段，特定数量的晶体硅太阳能电池组件的应用遵循一定数量的规则串和平行太阳能电池阵列。

1.3.3现阶段光伏并网发电系统按能量转换过程的数量可分为单级结构和两级结构，即不存在DC/DC环节，具体如下:

（1）双路:双路结构由DC/AC和DC/DC两部分组成。与单级结构相比，两级结构将MPPT功能和直流冲击功能交给DC/DC完成，而并网功能交给DC/AC部分完成。光伏逆变器可由单级结构改为两级结构。虽然增加了连杆和元件，但也增加了功率转换系列。这不仅便于跟踪和控制最大功率点，而且满足输入范围的直流电压宽度要求。满足电网逆变器的要求。

（2）单级:单级并网逆变器通过DC/AC环节实现大部分功能，省去了DC/DC环节，因为单级结构的并网光伏逆变器系统只有一个环节可以进行能量转换。在运行中不仅要考虑跟踪太阳能电池的最大功率点，还要考虑电网输出电流的正弦度和幅值。它的控制通常是复杂的。为了实现单级结构，现阶段可以采用两种方法:一是提供一系列具有足够直流侧电压的并联光伏阵列;另一种是在电网和DC/AC链路之间增加工频变压器。上述两种方法都存在一定的问题，如:增加工频变压器会导致系统损耗、成本和体积增大;如果光伏阵列在光照下不均匀，就会出现热点现象，严重威胁系统的安全，导致光伏阵列与地面之间的泄漏电流更加严重。随着电力电子技术和数字信号处理技术的飞速发展，系统拓扑结构也得到了迅速的发展，控制方面的困难也逐渐得到解决。单级结构光伏逆变系统已成为我国光伏发电领域的重要研究内容。

分布式光伏电网，包括3部分:

(1)分布式发电:简而言之，就是将发电量较少的发电单元所发出的电量相加。

(2)PV:将PV电池的直流转换成交流电。

(3)接通:交流电源接入电网。这和发电厂向电网公司出售的是一样的。但是，连接要求很高。光伏逆变器应满足接入电网的电能质量谐波等一系列要求。

2光伏发电系统最大功率点跟踪

为了最大限度地提高太阳能组件的利用效率，需要在系统重组之前对光伏系统的输出进行控制。太阳能光伏电池的输出电流和电压是非线性的，其输出受光强和温度的影响。在不同的温度和光强下，光伏电池两端的电压也会发生变化，输出功率也会发生很大的变化。在一定的光强和温度下，光伏电池的输出功率只有在一定的输出电压下才能达到最大。因此，如何在不同的光强和温度下最大化光伏电池的输出功率，从而提高整个系统的效率。本章详细分析了太阳能光伏电池的工作特性和输出特性。在建立光伏电池数学模型的基础上，建立了单个电池的电路仿真模型。在对常用的最大功率跟踪策略进行比较分析的基础上，提出了电导增量法的控制策略，并对系统设计的主电路进行了仿真实验。结果表明，该控制策略能取得较好的控制效果。

2.1太阳能光伏电池的工作原理

光伏并网系统主要由太阳能电池阵列和光伏并网逆变器组成。根据所需的发电功率和直流电压，可以将多个太阳能电池组件串并联组合成太阳能光伏阵列。常用的太阳能电池是一种直接将光能转化为电能的半导体器件。它的基本结构是由P-N半导体结组成。照射在太阳能电池上的部分阳光被太阳能电池表面反射，另一部分被太阳能电池吸收，一小部分通过太阳能电池。在太阳能电池吸收的光子中，能量大于半导体带隙的光子可以激发半导体原子的价电子。光电子空化对产生于P区和N区的空间电荷区，也称为光子载流子。由此形成的电子空穴由于热运动而向各个方向迁移。在空间电荷区产生光致电子空化后，立即被内建电场分离。光电子空化对生成后，将光电子空化推入P区。空间电荷边界处的载流子总浓度近似为0。在N区，光生电子空化对产生后，光生空化扩散到P-N边界，到达P-N边界后，立即受到内建电场的作用。在电场力的作用下，空间电荷进入P区，而光电子(大多数载流子)留在N区。光电子(大多数载流子)留在P区。因此，P-N结两侧正电荷和负电荷的积累，形成了与内置电场方向相反的光电场。

2.2常用最大功率点跟踪方法

在一定的光照温度小，太阳电池有一个最大功率点，由于光伏阵列的输出功率随着光照强度和温度的变化而变化，太阳能电池不一定工作在最大功率点，为了发挥太阳电池的发电能力，可以采取一些措施，使得太阳电池随时工作在最大功率点，以实现最大功率的跟踪。实现最大功率跟踪的方法有很多，主要介绍以下四种方法，恒电压控制法，间歇扫描跟踪法，扰动观察法，增量电导法。

2.2.1恒电压控制法

在一定范围内，光照强度变化时，太阳电池的最佳工作电压Um变化不大。根据这一特点，可以再光伏方阵和负载之间通过一定的阻抗变换，使得系统成为一个稳压器，即光伏方阵的工作电压始终保持在Um附近，这样就可使方阵的输出功率保持接近于最大功率点。

3结束语

综合全文，可见分布式光伏电网发电技术具备节能、建设成本低与环保等优势特征，迎合了当下可持續发展理念，伴随着能源短缺、环境污染现象的加剧，分布式光伏电网发电技术的优越性将会更显著，在电网系统中占据至高点，获得更大的发展空间。

参考文献：

[1]黄泽斌.分布式光伏发电微网控制策略的研究[D].河北科技大学,2018.

[2]曹璞佳.分布式光伏发电并网无功电压控制策略研究[D].东北电力大学,2017.

[3]刘莹莹.分布式光伏发电并网服务设计及并网评估研究[D].华南理工大学,2017.