太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的控制技術(shù)研究

伍天賜

【摘 要】太陽(yáng)能是一種取之不盡、用之不竭的可再生清潔能源，太陽(yáng)能光伏發(fā)電具有廣闊的前景。論文通過(guò)對(duì)最大功率點(diǎn)跟蹤、儲(chǔ)能及充放電的控制，以及并網(wǎng)控制等對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展有重要影響的控制技術(shù)進(jìn)行研究，掌握太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀及其未來(lái)發(fā)展的方向。

【Abstract】Solar energy is an inexhaustible source of renewable clean energy， solar energy photovoltaic power generation has a broad prospect. Through the control of maximum power point tracking， energy storage and charge and discharge， as well as the grid-connected control and other control technology which has important influence on the development of solar energy photovoltaic system， this paper has a good understanding of the present situation of solar energy photovoltaic technology and its future development direction.

【關(guān)鍵詞】太陽(yáng)能;光伏發(fā)電系統(tǒng);控制技術(shù)

【Keywords】solar energy; photovoltaic power generation system; control technology

【中圖分類號(hào)】TM932? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）07-0135-02

1 引言

太陽(yáng)能是一種清潔的新能源，是我國(guó)未來(lái)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(duì)于能源發(fā)展意義重大。太陽(yáng)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(yáng)能電池吸收光能，從而產(chǎn)生光生電子-空穴對(duì)，通過(guò)太陽(yáng)能電池的內(nèi)建電場(chǎng)使光生電子和空穴被分離，進(jìn)而在太陽(yáng)能電池的兩端產(chǎn)生正負(fù)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(yáng)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(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤

由于太陽(yáng)能電池會(huì)受到環(huán)境溫度、日照強(qiáng)度等因素的影響，其輸出功率會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)。太陽(yáng)能電池的輸出功率會(huì)因環(huán)境溫度、日照強(qiáng)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(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，確保其與負(fù)載相配合，從而達(dá)到最大的功率轉(zhuǎn)換效率，以提高光伏方陣?yán)寐?。光伏方陣最大功率點(diǎn)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(jìn)法等，下面主要針對(duì)MPPT進(jìn)行分析。由于光伏陣列在負(fù)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(diǎn)，光伏陣列能不能在最大功率點(diǎn)工作取決于其負(fù)載大小。由于外界的溫度變化，以及光照強(qiáng)度無(wú)法采用人為的方法進(jìn)行控制，且這兩個(gè)影響因素在一天之中會(huì)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(diǎn)工作，就必須適時(shí)改變光伏陣列所接的負(fù)載。為此，可以通過(guò)在光伏陣列與負(fù)載之間串聯(lián)最大功率點(diǎn)跟蹤電路來(lái)達(dá)到目的。較為常用的最大功率點(diǎn)跟蹤電路是一個(gè)DC/DC變換器，DC/DC變換器占空比與其所帶負(fù)載的函數(shù)就是光伏陣列所帶的等效負(fù)載，對(duì)占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)就能夠?qū)崿F(xiàn)改變光伏陣列所帶負(fù)載的目的，以達(dá)到最大功率點(diǎn)跟蹤，充分利用光伏陣列產(chǎn)生的電能的效果。

3 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能及充放電控制

儲(chǔ)能及充放電的控制對(duì)于太陽(yáng)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(guò)充電，并達(dá)到最佳狀態(tài)。一般而言，在線式電壓檢測(cè)主要是通過(guò)檢測(cè)蓄電池的端電壓，在其大于某個(gè)限定值時(shí)就判斷為已充滿，從而停止太陽(yáng)電池向蓄電池充電[1]。但是，在停止充電后端電壓會(huì)下降，蓄電池充電實(shí)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(cè)。通過(guò)一個(gè)太陽(yáng)電池給多個(gè)蓄電池模塊進(jìn)行輪換充電，在充電電路斷開后各個(gè)蓄電池端壓都有足夠的時(shí)間恢復(fù)正常，可以確保檢測(cè)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(duì)負(fù)載進(jìn)行小電流放電，并防止蓄電池深度放電以起到保護(hù)蓄電池的作用。在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，無(wú)論是蓄電池的負(fù)載，還是太陽(yáng)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(chǔ)能及充放電控制可以采取模糊控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

4 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制

由于太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)最終是要并入電網(wǎng)的，因而太陽(yáng)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(dá)到利用的目的[2]。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制需要通過(guò)逆變器來(lái)完成。通過(guò)電流型脈寬調(diào)制逆變器使饋入電流對(duì)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(gè)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(yáng)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(huì)產(chǎn)生孤島效應(yīng)，會(huì)使逆變器損壞，并使維修人員面臨危險(xiǎn)。因而，必須有完備的保護(hù)措施，并且確保逆變器有自動(dòng)偵測(cè)功能。孤島效應(yīng)的偵測(cè)可以采用被動(dòng)式檢測(cè)技術(shù)對(duì)保護(hù)電路、電壓諧波檢測(cè)，急劇相位偏移等電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，以判斷電網(wǎng)是否出現(xiàn)故障，也可以采用主動(dòng)式檢測(cè)法，通過(guò)由電力轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生干擾信號(hào)來(lái)觀察電網(wǎng)是否受到影響，以判斷是否出現(xiàn)故障。通過(guò)逆變器自動(dòng)偵測(cè)確保出現(xiàn)孤島效應(yīng)后逆變器能夠及時(shí)脫離電網(wǎng)，確保設(shè)備與人員的安全。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的前景良好，是未來(lái)新能源開發(fā)的一個(gè)主要方向。相關(guān)的控制技術(shù)對(duì)于太陽(yáng)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(jì)算機(jī)等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，控制技術(shù)也必然會(huì)不斷進(jìn)步，從而提高太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)越性。

【參考文獻(xiàn)】

【1】張志強(qiáng)，馬琴，程大章.太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的控制技術(shù)研究[J].電器與能效管理技術(shù)，2008（12）：55-58.

【2】董密.太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制策略研究[D].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2007.