新型智能戶用光伏系統(tǒng)

黃 勇

（上海太陽(yáng)能工程技術(shù)研究中心有限公司，上海 200241）

新型智能戶用光伏系統(tǒng)

黃 勇

（上海太陽(yáng)能工程技術(shù)研究中心有限公司，上海 200241）

目前的戶用光伏系統(tǒng)應(yīng)用形式還只是簡(jiǎn)單的獨(dú)立或并網(wǎng)系統(tǒng)，其應(yīng)用領(lǐng)域和初衷還只局限于偏遠(yuǎn)無(wú)電少電地區(qū)、供電質(zhì)量較差地區(qū)等，其系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)較差，應(yīng)用局限性較大，無(wú)法大規(guī)模推廣應(yīng)用?，F(xiàn)提出一種新型智能的戶用光伏系統(tǒng)，并研究其原理、控制策略、實(shí)現(xiàn)過程、應(yīng)用形式等。經(jīng)研究表明，該種新型智能的戶用光伏系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于鄉(xiāng)村和城市，有利于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的大量推廣應(yīng)用。

太陽(yáng)能；光伏系統(tǒng)；分布式；戶用光伏；智能微網(wǎng)

1 引言

太陽(yáng)能作為一種新型、環(huán)保、潔凈的可再生能源，近年來(lái)越來(lái)越受到人們的普遍關(guān)注，在政策方面國(guó)家也對(duì)太陽(yáng)能的發(fā)展給予了大力扶持。太陽(yáng)能必將成為未來(lái)能源開發(fā)利用的一個(gè)重要方向。

2013年至2014年期間，國(guó)家先后出臺(tái)的《國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》、《關(guān)于進(jìn)一步落實(shí)分布式光伏發(fā)電有關(guān)政策的通知》等政策，分布式光伏發(fā)電應(yīng)用得到了高度的重視。

在我國(guó)，相比于大規(guī)模集中式地面光伏電站，分布式光伏發(fā)電有著諸多優(yōu)勢(shì)，它是以就近發(fā)電，就近并網(wǎng)，就近轉(zhuǎn)換，就近使用為原則，省去升壓及長(zhǎng)距離輸電的過程，系統(tǒng)損耗小效率高。系統(tǒng)容量一般相對(duì)較小，分散式，在用戶側(cè)并網(wǎng)發(fā)電，電壓等級(jí)低，對(duì)電網(wǎng)沖擊影響小等。系統(tǒng)可廣泛安裝于工業(yè)廠房屋頂、公共建筑屋頂及幕墻、民用建筑屋頂及陽(yáng)臺(tái)等，不占用額外的土地資源，應(yīng)用方式靈活，同時(shí)光伏材料還能有效降低建筑物自身的能耗，環(huán)保效益及經(jīng)濟(jì)效益顯著。

戶用光伏系統(tǒng)作為分布式光伏發(fā)電的一個(gè)重要組成部分，可廣泛應(yīng)用千家萬(wàn)戶的建筑物屋頂。假如全國(guó)有 800萬(wàn)戶家庭安裝了戶用光伏系統(tǒng)，平均每戶安裝 3KWp，則裝機(jī)總?cè)萘繉⒊^三峽工程的總裝機(jī)容量。戶用光伏系統(tǒng)的各方面效益皆非?？捎^。

目前戶用光伏系統(tǒng)的應(yīng)用形式主要有簡(jiǎn)單的獨(dú)立系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)用層次比較低，系統(tǒng)效率、穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等比較差，只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的光伏發(fā)電功能，沒有統(tǒng)籌從分布式發(fā)電、用戶高效經(jīng)濟(jì)可靠用電、電網(wǎng)要求等多角度統(tǒng)籌規(guī)劃，沒有兼顧用戶、電力公司、管理部門等多方面利益或需求，不能適應(yīng)未來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

針對(duì)現(xiàn)有戶用光伏系統(tǒng)存在的諸多問題，現(xiàn)提出一種新型智能的戶用光伏系統(tǒng)，并對(duì)其原理與應(yīng)用進(jìn)行深入研究。

2 新型智能戶用光伏系統(tǒng)

2.1對(duì)目前已有幾種戶用光伏系統(tǒng)的分析

現(xiàn)在普遍應(yīng)用的戶用光伏系統(tǒng)有離網(wǎng)型(獨(dú)立)戶用系統(tǒng)和并網(wǎng)型戶用系統(tǒng)，如圖1和2所示：

圖1　離網(wǎng)型戶用光伏系統(tǒng)

圖2　并網(wǎng)型戶用光伏系統(tǒng)

離網(wǎng)型戶用光伏系統(tǒng)主要由太陽(yáng)電池組件（光伏組件）、光伏控制器、蓄電池、離網(wǎng)逆變器等組成，光伏組件將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)換直流電能，并通過光伏控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電控制。光伏控制器一方面可直接輸出直流電為直流負(fù)載供電，也可通過離網(wǎng)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電為交流負(fù)荷供電。

離網(wǎng)型戶用光伏系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，功能也比較單一，其光伏控制器一般不帶mppt（最大功率點(diǎn)跟蹤）功能，光伏效率較差。離網(wǎng)逆變器的功率因數(shù)一般只有0.8左右，轉(zhuǎn)換效率一般也只有 80%多一點(diǎn)，損耗高，帶負(fù)荷能力差，對(duì)非阻性負(fù)荷一般需要降容量運(yùn)行，否則逆變器很容易遭受沖擊而損壞模塊。系統(tǒng)成本一般較高，穩(wěn)定性、可靠性較差。

并網(wǎng)型戶用光伏系統(tǒng)和離網(wǎng)型相比省去了光伏控制器和蓄電池。光伏組件將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換直流電能后，經(jīng)并網(wǎng)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電為本地負(fù)荷供電，不足部分由市電補(bǔ)充，若有富余電力則反饋入公共電網(wǎng)。進(jìn)戶表箱中的電表具雙向計(jì)量功能。并網(wǎng)型戶用光伏系統(tǒng)相比離網(wǎng)型戶用光伏系統(tǒng)，其功能有了很大改進(jìn)，其效率一般較高，可在95%以上，滿功率功率因數(shù)一般不低于 0.99。在電網(wǎng)穩(wěn)定的情況下，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性相對(duì)較高。但該種并網(wǎng)型戶用光伏系統(tǒng)也存著諸多缺點(diǎn)：

（1）對(duì)電網(wǎng)依賴性較高，一旦電網(wǎng)出現(xiàn)故障或電網(wǎng)進(jìn)戶端電能質(zhì)量較差，則系統(tǒng)無(wú)法工作；

（2）由于太陽(yáng)能具有間歇性和隨機(jī)性，光伏電力輸出不穩(wěn)定，對(duì)電網(wǎng)具有沖擊性；隨著戶用光伏系統(tǒng)裝機(jī)數(shù)量和容量不斷增大，該種影響會(huì)越發(fā)明顯，對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)吸納分布式光伏的能力也提出了越來(lái)越高的要求。

（3）在低功率運(yùn)行時(shí)，光伏電力的電能質(zhì)量較差，對(duì)電網(wǎng)具有諧波污染；

（4）該系統(tǒng)無(wú)法針對(duì)用戶端的負(fù)荷需求、消費(fèi)時(shí)段進(jìn)行有針對(duì)性的統(tǒng)籌規(guī)劃和智能供電。例如：太陽(yáng)能發(fā)電的高峰時(shí)段往往并不是戶用負(fù)荷消費(fèi)的高峰時(shí)段，白天的富余光伏電力只能低價(jià)賣給電力公司。晚上戶用負(fù)荷高峰時(shí)，太陽(yáng)能已不發(fā)電，此時(shí)用戶又只得高價(jià)從電網(wǎng)購(gòu)電。用戶的光伏發(fā)電和用電的經(jīng)濟(jì)性較差。

（5）由于該系統(tǒng)自身具有不穩(wěn)定性等諸多缺陷，從削峰填谷、統(tǒng)一調(diào)度、穩(wěn)定電網(wǎng)等功能要求方面，還無(wú)法滿足電力公司和有關(guān)管理部門的要求。但為了吸納更多的分布式能源，從某種意義上說(shuō)也只得推廣堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)。

因此，從解決問題的另一個(gè)角度考慮，有必要提出一種能夠滿足用戶經(jīng)濟(jì)用電需求，能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出，對(duì)電網(wǎng)沖擊小，電能質(zhì)量高，能接受電網(wǎng)調(diào)度，穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)、智能新型的戶用光伏系統(tǒng)。

2.2新型智能戶用光伏系統(tǒng)

2.2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

新型智能的戶用光伏系統(tǒng)需包含性價(jià)比較高的儲(chǔ)能裝置、智能控制系統(tǒng)，用以平滑光伏發(fā)電的間歇性和不穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的最有效性、用戶用電的最經(jīng)濟(jì)性、系統(tǒng)運(yùn)行的最穩(wěn)定可控性。

新型智能的戶用光伏系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)原理圖，如圖3所示：

圖3　新型智能的戶用光伏系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)原理圖

圖3中，并網(wǎng)逆變器、雙向(儲(chǔ)能)逆變器、智能控制器各自為一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備，其中智能控制器可集成安裝在戶用智能光伏配電箱中。該種結(jié)構(gòu)，可充分利用市場(chǎng)已有成熟產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)集成，但多臺(tái)設(shè)備占用戶用空間稍大，效率稍有損失。

為了節(jié)省空間，優(yōu)化系統(tǒng)效率和功能，可對(duì)圖2-3所示系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化。圖 4所示為升級(jí)優(yōu)化后的新型智能戶用光伏系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)原理圖：

圖4　升級(jí)優(yōu)化后的新型智能戶用光伏系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)原理圖

多功能智能混合逆變器包含了并網(wǎng)逆變、雙向(儲(chǔ)能)逆變、智能控制與通訊等多功能于一體，體積相對(duì)較小、效率高、智能控制功能全，響應(yīng)速度快，切換時(shí)間不超過10ms，其系統(tǒng)原理圖如圖5所示：

圖5　多功能智能混合逆變器系統(tǒng)原理圖

根據(jù)需要還可對(duì)其進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電、柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電、其它新能源發(fā)電的功能拓展，擴(kuò)大系統(tǒng)適用范圍。

2.2.2系統(tǒng)組成

圖 3所示的新型智能戶用光伏系統(tǒng)由光伏陣列、儲(chǔ)能電池、并網(wǎng)逆變器、雙向（儲(chǔ)能）逆變器、戶用智能光伏配電箱（含對(duì)外通訊及監(jiān)控的接口）、改造后的原進(jìn)戶配電箱、計(jì)量裝置等。

改造后的原進(jìn)戶配電箱中增加光伏并網(wǎng)接入點(diǎn)、儲(chǔ)能并網(wǎng)接入點(diǎn)、靜態(tài)開關(guān)、檢測(cè)與控制裝置等。

計(jì)量裝置目前主要包括光伏補(bǔ)貼電表、雙向電表，一般在完成規(guī)定審批流程后，由電力公司免費(fèi)提供。

在我國(guó)，從未來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，鼓勵(lì)戶用光伏系統(tǒng)安裝儲(chǔ)能裝置、配置儲(chǔ)能補(bǔ)貼電表，這將是必然的趨勢(shì)。在儲(chǔ)能補(bǔ)貼政策方面，德國(guó)和日本的經(jīng)驗(yàn)值得我國(guó)借鑒。

圖 4所示的升級(jí)優(yōu)化后的新型智能戶用光伏系統(tǒng)主要用多功能智能混合逆變器取代并網(wǎng)逆變器、雙向逆變器、控制裝置等。

多功能智能混合逆變器內(nèi)部主要包含帶 mppt功能的DC/DC、用于對(duì)儲(chǔ)能電池進(jìn)行充放電控制的雙向DC/DC、雙向DC/AC功率模塊、檢測(cè)與控制模塊等。

2.2.3系統(tǒng)原理與功能實(shí)現(xiàn)

（1）新型智能的戶用光伏系統(tǒng)

圖 3所示的系統(tǒng)中，光伏陣列在接收太陽(yáng)光照后，根據(jù)光生伏打效應(yīng)會(huì)在并網(wǎng)逆變器的直流側(cè)產(chǎn)生直流電壓。此直流電壓對(duì)光伏陣列來(lái)說(shuō)為直流開路電壓，電流為0，對(duì)并網(wǎng)逆變器來(lái)說(shuō)為直流輸入電壓。與此同時(shí)，并網(wǎng)逆變器會(huì)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)電網(wǎng)狀態(tài)，在電網(wǎng)狀態(tài)正常、符合并網(wǎng)條件后，經(jīng)過一段時(shí)間延時(shí)會(huì)閉合并網(wǎng)繼電器（或接觸器）。在并網(wǎng)逆變器直流輸入端，并網(wǎng)逆變器會(huì)根據(jù)mppt最大功率點(diǎn)跟蹤的算法對(duì)光伏陣列進(jìn)行最大功率輸出跟蹤，根據(jù)光伏陣列的IV特性曲線，調(diào)節(jié)直流開路電壓至最大功率點(diǎn)電壓。

雙向逆變器會(huì)根據(jù)電池容量和智能控制器的控制要求進(jìn)行充放電控制。

智能控制器對(duì)并網(wǎng)逆變器、雙向逆變器、并網(wǎng)點(diǎn)、用戶負(fù)荷、電網(wǎng)公共連接點(diǎn)PCC等進(jìn)行監(jiān)控，并實(shí)時(shí)響應(yīng)電力公司遠(yuǎn)程監(jiān)控和調(diào)度指令，并可根據(jù)需要采集互聯(lián)網(wǎng)天氣預(yù)報(bào)信息，用于功率預(yù)測(cè)。也可以根據(jù)需要在本地安裝環(huán)境監(jiān)測(cè)儀，用于日照、風(fēng)速、風(fēng)向、溫度等環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)，但對(duì)于戶用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，成本太高，一般不太適用。

儲(chǔ)能電池對(duì)于戶用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般配置太陽(yáng)能專用膠體電池，但隨著未來(lái)鋰電儲(chǔ)能技術(shù)的成熟及成本的進(jìn)一步降低，戶用系統(tǒng)更適宜采用鋰電進(jìn)行儲(chǔ)能。

系統(tǒng)工作原理及詳細(xì)的控制策略如下：

①白天、市電正常、峰值用電

若白天光照充足，市電正常，光伏所發(fā)電力經(jīng)光伏并網(wǎng)點(diǎn)接入經(jīng)改裝后的原戶用進(jìn)戶配電箱的交流母線上。光伏所發(fā)電力會(huì)優(yōu)先為本地負(fù)荷供電。若此時(shí)蓄電池的SOC(荷電狀態(tài))低于預(yù)設(shè)值，則雙向逆變器會(huì)處于為蓄電池進(jìn)行充電的工作狀態(tài)。此時(shí)處于充電中的蓄電池對(duì)于并網(wǎng)點(diǎn)交流母線來(lái)說(shuō)相當(dāng)于是本地負(fù)荷用電，因此光伏所發(fā)電力會(huì)同時(shí)為本地原有戶用負(fù)荷及蓄電池供電。當(dāng)蓄電池充滿時(shí)，光伏所發(fā)電力只為本地原有戶用負(fù)荷供電。

對(duì)于戶用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，除了雙休日和節(jié)假日，白天工作中的戶用負(fù)荷一般較少，光伏所發(fā)電力有富余，則會(huì)自動(dòng)逆潮流反饋入公共電網(wǎng)。該過程皆為系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)行，并符合分布式發(fā)電的自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的原則。

若白天為陰雨天或多云天氣，光伏所發(fā)電力不足或不穩(wěn)定，對(duì)于圖 3所示的系統(tǒng)，若光伏電力不能滿足重要負(fù)荷供電，則儲(chǔ)能電池一般不在白天進(jìn)行充電，除非其荷電狀態(tài)處于報(bào)警值時(shí)，才可對(duì)其適當(dāng)充電以消除報(bào)警狀態(tài)，因?yàn)榇藭r(shí)的充電工作會(huì)消耗市電，經(jīng)濟(jì)性差。 若光伏電力能滿足重要負(fù)荷供電，還有剩余，可根據(jù)需要適時(shí)切斷次要負(fù)荷和一般負(fù)荷，以將剩余光伏電力供蓄電池充電。

在白天，若因天氣原因，光伏發(fā)電波動(dòng)較大，此時(shí)蓄電池會(huì)具備一個(gè)重要的作用，即跟隨平滑緩沖光伏發(fā)電的波動(dòng)，并提高并網(wǎng)電能質(zhì)量，對(duì)公共電網(wǎng)連接點(diǎn)PCC來(lái)說(shuō),確保所受的光伏電力的波動(dòng)和沖擊很小，諧波較小，符合電網(wǎng)公司對(duì)光伏電力的期望。該功能的實(shí)現(xiàn)是通過智能控制器、并網(wǎng)逆變器、雙向逆變器、儲(chǔ)能電池的協(xié)調(diào)、配合、控制完成的。

智能控制器預(yù)留通訊和控制接口，一方面負(fù)責(zé)采集和控制系統(tǒng)內(nèi)部各設(shè)備、部件、開關(guān)等，完成系統(tǒng)功能，另一方面接受家用電腦的監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控，同時(shí)預(yù)留電力公司SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系統(tǒng)接口，用于接受電網(wǎng)監(jiān)控和調(diào)度。電力公司對(duì)光伏發(fā)電的監(jiān)控和調(diào)度主要體現(xiàn)在：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏發(fā)電的狀態(tài)、出力情況、電能質(zhì)量，當(dāng)檢測(cè)到光伏不能滿足并網(wǎng)要求或光伏故障時(shí)，則切斷光伏并網(wǎng)接入點(diǎn)和儲(chǔ)能并網(wǎng)接入點(diǎn)開關(guān)。在市電故障或檢修時(shí)，同樣切斷光伏并網(wǎng)接入點(diǎn)和儲(chǔ)能并網(wǎng)接入點(diǎn)開關(guān)。若有必要，根據(jù)有關(guān)機(jī)制調(diào)用其儲(chǔ)能裝置進(jìn)行短時(shí)削峰填谷、平抑電網(wǎng)波動(dòng)等。

在功率預(yù)測(cè)機(jī)制方面，戶用業(yè)主可根據(jù)遠(yuǎn)程傳送的未來(lái)幾天天氣信息，及時(shí)調(diào)整蓄電池充放電時(shí)段和過程，達(dá)到光伏發(fā)電穩(wěn)定性和用電的經(jīng)濟(jì)性。例如：預(yù)測(cè)未來(lái)幾天會(huì)是陰雨天，則在用電谷時(shí)段對(duì)蓄電池多充電，以彌補(bǔ)第二天光伏發(fā)電的出力不足和平滑波動(dòng)所需的更多消耗；若預(yù)測(cè)未來(lái)幾天為晴好天氣，則在傍晚太陽(yáng)能不發(fā)電時(shí)，可對(duì)蓄電池放電多一些，多供一些儲(chǔ)存的光伏電能，節(jié)省市電峰時(shí)段的電能消耗，在用電谷時(shí)段時(shí)也可通過市電對(duì)蓄電池少充電或不充電，提高用電經(jīng)濟(jì)性。 對(duì)電力公司來(lái)說(shuō)，光伏功率預(yù)測(cè)機(jī)制有助于及時(shí)調(diào)節(jié)電網(wǎng)出力，有益于電網(wǎng)的調(diào)度和保障電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定性。

在負(fù)荷平移機(jī)制方面，智能控制器對(duì)于不可時(shí)間平移的負(fù)荷按常規(guī)機(jī)制供電，如冰箱、家用安防設(shè)施的供電等。 對(duì)于可時(shí)間平移的負(fù)荷，如：洗衣機(jī)、電熱水器、電動(dòng)汽車充電樁等，則優(yōu)先在光伏發(fā)電高峰時(shí)段供電，優(yōu)先使用光伏電力，否則優(yōu)先在市電谷值時(shí)段供電。

②晚上、市電正常

在傍晚，光伏不再發(fā)電，此時(shí)居民用電處于高峰，電價(jià)處于峰值。此時(shí)可將儲(chǔ)能電池儲(chǔ)存的一部分光伏電能釋放出來(lái)供本地負(fù)荷使用，這樣可以節(jié)省居民電費(fèi)。儲(chǔ)能電池的放電深度達(dá)到預(yù)設(shè)值后，則停止放電，接著本地負(fù)荷用電完全由市電提供。

夜深時(shí)，電價(jià)處于谷值，以上海地區(qū)為例，該時(shí)段為晚上22:00至第二天6:00，根據(jù)需要和功率預(yù)測(cè)機(jī)制可通過市電對(duì)蓄電池充電，以備第二天使用。

③市電不正常

若市電突然斷電或市電不穩(wěn)并超出允許范圍，例如電壓、頻率超差等，則并網(wǎng)逆變器會(huì)進(jìn)入孤島保護(hù)狀態(tài)，雙向逆變器會(huì)先進(jìn)入孤島保護(hù)狀態(tài)，并進(jìn)一步等待智能控制器指令。若智能控制器檢測(cè)到公共電網(wǎng)已處于故障狀態(tài)，則其會(huì)立刻切斷PCC靜態(tài)開關(guān)，確保戶用系統(tǒng)與電網(wǎng)隔離。

在切斷戶用系統(tǒng)和電網(wǎng)的連接后，智能控制器仍會(huì)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)電網(wǎng)側(cè)狀態(tài)，若電網(wǎng)又恢復(fù)正常，則經(jīng)過一段時(shí)間延時(shí)后，智能控制器又會(huì)啟動(dòng)并網(wǎng)操作。

在切斷戶用系統(tǒng)和電網(wǎng)的連接后，智能控制器會(huì)控制雙向（儲(chǔ)能）逆變器迅速進(jìn)入離網(wǎng)運(yùn)行模式。此時(shí)雙向逆變器通過蓄電池供電，由電流源轉(zhuǎn)換電壓源，輸出電壓正弦波形，戶用系統(tǒng)將由雙向逆變器構(gòu)建局部電網(wǎng)，確保為本地重要負(fù)荷供電，轉(zhuǎn)換時(shí)間控制在10ms以內(nèi)，以保證重要負(fù)荷不受影響。

此時(shí)并網(wǎng)逆變器會(huì)自動(dòng)檢測(cè)其交流側(cè)的電網(wǎng)狀態(tài)，若其檢測(cè)到經(jīng)雙向逆變器構(gòu)建的局部電網(wǎng)處于穩(wěn)定狀態(tài)后，經(jīng)過一段時(shí)間的延時(shí)機(jī)制后，并網(wǎng)逆變器由孤島狀態(tài)重新進(jìn)入并網(wǎng)狀態(tài)，只是此時(shí)并入的是雙向逆變器構(gòu)建的局部電網(wǎng)，而不是公共電網(wǎng)。若光伏發(fā)電的電力大于重要負(fù)荷的用電量，則智能控制器會(huì)根據(jù)光伏出力情況逐步接入一般負(fù)荷。次要負(fù)荷在離網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，不供電。

在陰雨天或晚上，光伏電力較弱或光伏發(fā)電不工作，系統(tǒng)只保證重要負(fù)荷供電。在系統(tǒng)儲(chǔ)能電池放電深度大于預(yù)設(shè)值時(shí)，系統(tǒng)停止對(duì)外供電，但仍然保持對(duì)光伏和市電的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，以便在條件符合時(shí)接入光伏電力和市電為負(fù)荷供電。

對(duì)于圖 3所示的系統(tǒng)，在目前市場(chǎng)已有的雙向（儲(chǔ)能）逆變器產(chǎn)品中，在某一時(shí)刻，一般只能單向充電或單向放電，不能在同一時(shí)間同時(shí)進(jìn)行充放電，有待進(jìn)一步改進(jìn)完善。對(duì)于圖4所示的系統(tǒng)則不存在此缺陷。

在離網(wǎng)運(yùn)行模式下，智能控制器會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)公共電網(wǎng)的狀態(tài)，若檢測(cè)到電網(wǎng)已恢復(fù)正常，并經(jīng)過一段時(shí)間延時(shí)后，則智能控制器會(huì)首先根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)到的公共電網(wǎng)的參數(shù)控制雙向（儲(chǔ)能）逆變器調(diào)節(jié)其輸出的電壓頻率、相位等參數(shù)以便跟隨公共電網(wǎng)，在達(dá)到同期要求后，閉合PCC靜態(tài)開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，以減少光伏系統(tǒng)對(duì)公共電網(wǎng)的沖擊，提高并網(wǎng)電能質(zhì)量。

雙向（儲(chǔ)能）逆變器重新并網(wǎng)接入公共電網(wǎng)后，則由電壓源狀態(tài)轉(zhuǎn)換為電流源狀態(tài)。此時(shí)并網(wǎng)逆變器也會(huì)自動(dòng)并入公共電網(wǎng)。

（2）升級(jí)優(yōu)化后的新型智能的戶用光伏系統(tǒng)

圖4所示系統(tǒng)是對(duì)圖3所示系統(tǒng)的升級(jí)和優(yōu)化，它將智能控制器、并網(wǎng)逆變器、雙向(儲(chǔ)能)逆變器等部分的功能進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)集成，其結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化，功能更加完善。

在工作原理與控制策略方面，該種系統(tǒng)和圖 3所示系統(tǒng)基本相同，不同點(diǎn)主要有以下幾方面：

①若白天為陰雨天或多云天氣，光伏所發(fā)電力不足或不穩(wěn)定，仍然可以根據(jù)需要控制光伏發(fā)電優(yōu)先為儲(chǔ)能電池充電。重要負(fù)荷等負(fù)荷均不受此控制策略機(jī)制影響。

②該種系統(tǒng)可以在同一時(shí)間同時(shí)進(jìn)行充放電控制，適應(yīng)范圍更廣。

③模式控制及轉(zhuǎn)換速度更快。

（3）系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)工作流程如圖6所示：

圖6　系統(tǒng)工作流程

圖中“P光伏”為光伏發(fā)電功率，“P充”為蓄電池充電功率，“P負(fù)荷”為負(fù)荷用電功率。

（4）系統(tǒng)計(jì)量分析

光伏所發(fā)電力經(jīng)過光伏補(bǔ)貼電表計(jì)量后，接入光伏并網(wǎng)點(diǎn)。在并網(wǎng)點(diǎn)交流母線上，光伏所發(fā)電力優(yōu)先為本地負(fù)荷負(fù)荷供電，富余電力經(jīng)雙向電表計(jì)量后反饋入公共電網(wǎng)。

目前，在申報(bào)戶用光伏系統(tǒng)獲批后，由電力公司免費(fèi)更換光伏專用雙向計(jì)量電表，同時(shí)室外新增光伏補(bǔ)貼電表。按光伏未來(lái)可持續(xù)發(fā)展方向，同時(shí)借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展儲(chǔ)能、增加儲(chǔ)能補(bǔ)貼也勢(shì)在必行。

目前電力公司結(jié)算方式為：

光伏電量=補(bǔ)貼電表的正向計(jì)量值（反向不計(jì)量）

電力公司收購(gòu)的光伏上網(wǎng)電量=進(jìn)戶雙向電表的反向計(jì)量值。

光伏補(bǔ)貼分國(guó)家補(bǔ)貼和地方補(bǔ)貼，目前國(guó)家對(duì)分布式光伏發(fā)電的補(bǔ)貼一致，地方各不相同。

余電上網(wǎng)的光伏電量由電網(wǎng)企業(yè)按當(dāng)?shù)厝济簷C(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)收購(gòu)。

對(duì)于圖 4所示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由于考慮了儲(chǔ)能，對(duì)于用市電為蓄電池充電，在放電時(shí)若獲得光伏補(bǔ)貼顯然是不合理的，因此需約定如下計(jì)量方式：

光伏電量=補(bǔ)貼電表的正向計(jì)量值-補(bǔ)貼電表的反向計(jì)量值

（5）系統(tǒng)特性與優(yōu)點(diǎn)

系統(tǒng)有如下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：

①系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)依賴度低，應(yīng)用范圍廣；

②系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性、安全性高；

③系統(tǒng)輸出穩(wěn)定，對(duì)電網(wǎng)無(wú)沖擊，電能質(zhì)量高；

④系統(tǒng)更易融入電網(wǎng)，服務(wù)電網(wǎng)，不再受電網(wǎng)排斥，客觀上能減少國(guó)家因吸納光伏發(fā)電而不得不增加的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)投資；

⑤系統(tǒng)智能化程度高、控制策略優(yōu)異，能接受電網(wǎng)調(diào)度，具功率預(yù)測(cè)等功能；

⑥系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性好，環(huán)保效益高，能兼顧多方需求；

3 結(jié)論

該種新型智能戶用光伏系統(tǒng)能克服一般光伏發(fā)電間歇不穩(wěn)定、對(duì)電網(wǎng)沖擊、經(jīng)濟(jì)性差等缺陷，能充分提高光伏系統(tǒng)效率和利用率，對(duì)電網(wǎng)融入度高，有利于促進(jìn)光伏系統(tǒng)長(zhǎng)遠(yuǎn)可持續(xù)大規(guī)模發(fā)展。

該種新型智能的戶用光伏系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣泛，不僅可用于經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)的偏遠(yuǎn)山區(qū)、農(nóng)村、海島等，也可大量應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)的鄉(xiāng)間居民屋頂、城鄉(xiāng)別墅或大量應(yīng)用于城市居民建筑屋頂或維護(hù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用前景廣闊，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。

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A new intelligent household photovoltaic system

The current user application form of household photovoltaic system is just a simple stand-alone or grid connected system. It’s application field and the original intention is only confined to remote areas without electricity or less electricity,areas with poor power supply quality, etc. Some indicators of it are poor,such as reliability,stability,economy,etc. It’s application limitation is bigger, can't be large-scale popularized and applied.A new intelligent household photovoltaic system is now proposed and the principle, control strategy, implementation process, application forms etc. are researched. The study shows that this new type of intelligent household photovoltaic system can be widely used in the city and rural households. It is conducive to promote the use of the distributed photovoltaic power generation system.

Solar energy;Photovoltaic system;Distributed;Household photovoltaic;Intelligent micro grid

TK51

A

1008-1151(2015)04-0053-05

2015-03-12

黃勇（1974-），男，江蘇宿遷人，上海太陽(yáng)能工程技術(shù)研究中心有限公司技術(shù)工程師，研究方向?yàn)楣夥到y(tǒng)設(shè)計(jì)、新型光伏組件與光伏支架設(shè)計(jì)。