光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)在分布式太陽能的應(yīng)用

黃學(xué)鋒

（江蘇佳訊太陽能電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 蘇州 215000）

光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)在分布式太陽能的應(yīng)用

黃學(xué)鋒

（江蘇佳訊太陽能電力設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 蘇州 215000）

光伏電站是順應(yīng)當(dāng)前能源緊張和環(huán)境問題誕生的發(fā)電技術(shù)，隨著我國光伏發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，光伏發(fā)電的市場(chǎng)也不斷建立起來，銷售量在逐漸增加，但與國外國家相比還存在比較大的差距，還存在很大的發(fā)展空間。本文主要對(duì)分布式太陽當(dāng)中光伏電站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析探討，以期能夠不斷推進(jìn)我國的光伏事業(yè)發(fā)展。

光伏電站；分布式太陽能；逆變器

在發(fā)電方式上光伏發(fā)電系統(tǒng)主要可以分為兩種，一種是集中式，一種是分布式。我國的太陽能分布廣闊，對(duì)于集中式發(fā)電方式并不適用，因而在光伏發(fā)電方式上主要是以分布式發(fā)電方式為主，加強(qiáng)對(duì)分布式光伏系統(tǒng)的研究對(duì)于推動(dòng)我國光伏發(fā)電事業(yè)發(fā)展具有重要價(jià)值。

1 光伏并網(wǎng)電站的控制目標(biāo)

光伏并網(wǎng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)在于對(duì)并網(wǎng)逆變輸出電流進(jìn)行控制，使其能夠和電網(wǎng)電壓頻率同步，保持輸出高質(zhì)量正弦波，同時(shí)將逆變器的輸出轉(zhuǎn)變成單位功率因數(shù)，盡可能縮小在輸出電流方面的諧波影響，并對(duì)逆變器的輸出電壓進(jìn)行控制，使電壓能夠和電網(wǎng)電壓實(shí)現(xiàn)同幅、同相和同頻，避免環(huán)流現(xiàn)象的出現(xiàn)，使電網(wǎng)和逆變器能夠平穩(wěn)進(jìn)入并聯(lián)運(yùn)行的狀態(tài)當(dāng)中，在光伏并網(wǎng)電站設(shè)計(jì)當(dāng)中，逆變器的控制與普通逆變器控制之間存在很多不同，具體主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面上：一是在光伏并網(wǎng)電站中逆變器輸出端和電網(wǎng)連接，電網(wǎng)會(huì)對(duì)逆變器運(yùn)行造成較大影響；二是并網(wǎng)電流必須和電網(wǎng)電壓實(shí)現(xiàn)同頻同相。因而在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，技術(shù)人員一方面要對(duì)并網(wǎng)電流大小進(jìn)行控制，根據(jù)基準(zhǔn)來給定相應(yīng)的電流大小。另一方面對(duì)市電相位進(jìn)行跟蹤，然后根據(jù)電網(wǎng)的情況和基準(zhǔn)來定并網(wǎng)電流。

2 太陽能并網(wǎng)逆變系統(tǒng)設(shè)計(jì)

光伏電網(wǎng)當(dāng)中對(duì)于逆變器的分類方法有很多，在輸入上有電壓源逆變器以及電流源逆變之分，其中電流源逆變器在直流側(cè)需要一個(gè)穩(wěn)定的電流輸入進(jìn)行串聯(lián)，而這種會(huì)增加系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，因而現(xiàn)在光伏并網(wǎng)設(shè)計(jì)當(dāng)中對(duì)于逆變器的選擇一般都是采用電壓源逆變器。在輸出控制方式上，主要可以采用電流控制和電壓控制兩種方式。在并網(wǎng)設(shè)計(jì)當(dāng)中電網(wǎng)作為系統(tǒng)中定制交流電壓源，如果采用電壓控制方式來輸出逆變器，那么整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)變成電壓源和電壓源并聯(lián)的方式，這樣為了維持光伏電站系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，就需要采用鎖相控制技術(shù)來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，以保證電站系統(tǒng)和市電能夠?qū)崿F(xiàn)同步。技術(shù)人員可以通過調(diào)整逆變器的輸出電壓大小來控制電站系統(tǒng)的輸出方式，結(jié)合相移的調(diào)整能夠?qū)崿F(xiàn)有功輸出和無功輸出之間的轉(zhuǎn)換，但是這種控制方式當(dāng)中對(duì)于鎖相回路的響應(yīng)會(huì)比較慢，技術(shù)人員在對(duì)逆變器輸出電壓進(jìn)行調(diào)整時(shí)很難把握具體精確的電壓值，這樣就容易出現(xiàn)環(huán)流問題，影響光伏電站系統(tǒng)的運(yùn)行性能。

因而在逆變器的輸出方式上可以采用電流控制方式，這樣只要對(duì)逆變器的輸出電流進(jìn)行控制，用電流對(duì)市電電壓相位進(jìn)行跟蹤，就能夠?qū)崿F(xiàn)并聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)，而且控制方法比較簡單，在光伏并網(wǎng)電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中得到了廣泛應(yīng)用，因而綜合以上兩點(diǎn)，在光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中輸入可以采用電壓源方式，而輸出則可以采用電流源輸出，這樣整個(gè)系統(tǒng)中的控制變量就可以控制兩個(gè)，一個(gè)是逆變器的輸出電壓，一個(gè)是逆變器的輸出電流，將這兩個(gè)變量控制好就能夠?qū)崿F(xiàn)光伏電站系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證電壓輸出的穩(wěn)定和電流跟隨相位的穩(wěn)定，因而在控制結(jié)構(gòu)上可以概括為雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)。

3 太陽能電池跟蹤控制設(shè)計(jì)

在分布式太陽能光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)于太陽能電池的控制上一般是采用最大功率跟蹤控制技術(shù)。在光伏電站系統(tǒng)當(dāng)中，發(fā)電主要來自于對(duì)太陽能的轉(zhuǎn)換，因而太陽能的光伏陣列是電站維持運(yùn)行的關(guān)鍵，而由于太陽能電池本身對(duì)于日照強(qiáng)度和電池板溫度等因素變化比較靈敏，使得太陽能陣列的電源并不穩(wěn)定，因而為了能夠使太陽能保持在最佳的穩(wěn)定狀態(tài)，就需要采取措施使電站的出書功率和外部光強(qiáng)變化進(jìn)行同步，對(duì)其實(shí)施自動(dòng)跟蹤，而這種跟蹤控制技術(shù)就是光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中對(duì)太陽能電池的主要控制技術(shù)。當(dāng)光伏陣列的輸出電壓較低，那么輸出電流的變化也會(huì)變小，這時(shí)光伏陣列就趨向接近于恒流源，當(dāng)電壓上升到一定臨界值之后，電流就會(huì)不斷下降，這時(shí)太陽能陣列就會(huì)趨向接近于恒壓源，那么太陽能的光伏陣列輸出功率就會(huì)隨著電壓的變化而出現(xiàn)升降變化，在這一過程中自然就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)輸出功率最大的點(diǎn)，對(duì)這一點(diǎn)進(jìn)行跟蹤，那么就可以根據(jù)太陽能電池功率的變化而來調(diào)整系統(tǒng)。在太陽能電池控制當(dāng)中主要應(yīng)該注意控制以下幾個(gè)技術(shù)參數(shù)：一是短路電流，也就是在給定日照強(qiáng)度和溫度下的最大輸出電流。短路電流的值與太陽能電池的面積大小有關(guān)，面積越大，短路電流的值就越大；二是開路電壓，在給定日照強(qiáng)度和溫度下的最大輸出電壓。開路電壓的大小與入射光譜輻照度的對(duì)數(shù)成正比，而與電池的面積無關(guān)，當(dāng)結(jié)溫升高時(shí)，開路電壓值也會(huì)下降；三是最大功率點(diǎn)電流，在給定日照強(qiáng)度和溫度下對(duì)應(yīng)于最大功率點(diǎn)的電流；四是最大功率點(diǎn)電壓，在給定日照強(qiáng)度和溫度下對(duì)應(yīng)于最大功率點(diǎn)的電壓；五是最大功率點(diǎn)功率，在給定日照和溫度下太陽能電池陣列可能輸出的最大功率。控制好這幾點(diǎn)參數(shù)，就能夠?qū)μ柲茈姵剡M(jìn)行控制，保證光伏電站系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題和能源問題帶動(dòng)了全世界的光伏發(fā)電事業(yè)發(fā)展，對(duì)于太陽能分布廣闊、日照時(shí)間較長的地區(qū)來說采用光伏發(fā)電是解決電能需求的重要手段，我國作為能源大國，加強(qiáng)對(duì)光伏發(fā)電的研究，推動(dòng)光伏事業(yè)發(fā)展是解決我國能源問題的主要手段。本文中主要對(duì)分布式太陽能模式下的光伏電站系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析探討，希望能夠推動(dòng)我國的光伏事業(yè)發(fā)展。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.19.034