太陽能光伏發(fā)電微電網(wǎng)技術(shù)探究

孫繼鑫

摘要：自然界中的太陽能屬于新型清潔可再生能源，取之不盡用之不竭，是最為理想的新型能源之一，但是，光伏發(fā)電受到自然環(huán)境的影響非常之大，溫度的變化、光照幅度的變化等都會影響到光伏發(fā)電的效率，微電網(wǎng)控制技術(shù)就是要妥善解決和完善好太陽能光伏發(fā)電中的各種缺點(diǎn)與弊端，相信隨著微電網(wǎng)控制技術(shù)的不斷創(chuàng)新與進(jìn)步，太陽能資源必然會得到更加高效的利用。

關(guān)鍵詞：太陽能;光伏發(fā)電;微電網(wǎng)技術(shù)

相對傳統(tǒng)電力系統(tǒng)而言，微電網(wǎng)更類似于一個獨(dú)立的控制單元，每個微電源都可實(shí)現(xiàn)即插即用功能，所以最關(guān)鍵是其接口、控制、保護(hù)、通訊等技術(shù)。通過對光伏發(fā)電技術(shù)和微電網(wǎng)技術(shù)的探討，我們認(rèn)為在未來光伏發(fā)電會成為人類獲取能源的主要渠道。

一、太陽能光伏發(fā)電微電網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1）太陽能為可持續(xù)能源，無需消耗燃料，基本無枯竭危險，只要白天有太陽，就可以保證較為穩(wěn)定的輸出，在出現(xiàn)意外災(zāi)害和大范圍電網(wǎng)崩潰時，太陽能光伏發(fā)電依然可以穩(wěn)定輸出，微電網(wǎng)切換到孤網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，不間斷給一些重要用戶供電，此外還能夠?yàn)殡娋W(wǎng)快速恢復(fù)提供能源。2）太陽能為清潔能源，無污染排放、無噪聲、安全可靠，不受地域限制，太陽能微網(wǎng)系統(tǒng)可以依靠建筑屋面而建，費(fèi)用少，周期短。3）微電網(wǎng)系統(tǒng)中各單元可以很容易實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷的功率平衡，具有調(diào)度管理功能，結(jié)合具有調(diào)節(jié)功能的逆變器，可較容易實(shí)現(xiàn)逆變器功率輸出控制。

二、太陽能光伏微電網(wǎng)的特點(diǎn)

2.1新型能源的多元化結(jié)合

光伏發(fā)電的一個重要前提便是需要白天天氣比較好的自然環(huán)境，其能夠與主干網(wǎng)連接到一起，當(dāng)光伏發(fā)電的容量不斷增大，在局部就會對當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)形成比較大的沖擊。所以，在一個微電網(wǎng)的范圍之內(nèi)需要采取多種類型的能源組合形式，這是穩(wěn)定電力，有效緩和光伏發(fā)電波動性的一項(xiàng)必要手段。目前，除太陽能之外，作為微電網(wǎng)的電源的可再生能源還有以下幾種類型。

（1）微型風(fēng)力發(fā)電，其主要借助的便是微風(fēng)的風(fēng)力，當(dāng)風(fēng)力條件得到滿足時，便可以成為光伏發(fā)電的重要補(bǔ)充，微型風(fēng)力發(fā)電比較適合運(yùn)用在風(fēng)力條件比較充足的村鎮(zhèn)或者高層建筑當(dāng)中。

（2）小型水利電站，小型水利電站基本上被運(yùn)用在有條件的村鎮(zhèn)附近，采用的就是小型水電站后者抽水蓄能電站的方式，這也是光伏發(fā)電的一種重要補(bǔ)充形式。

（3）生物質(zhì)能電站，主要被運(yùn)用在小型城市的周邊或者是村鎮(zhèn)附近，其利用的主要燃料就是沼氣，沼氣發(fā)電可以和有機(jī)肥、垃圾處理進(jìn)行結(jié)合。

越來越多種形式的能源組合與使用，會在很大程度上減少光伏發(fā)電的波動性，特別是在光伏發(fā)電量下降的時候，能夠?qū)夥l(fā)電起到很好的補(bǔ)充作用。

2.2儲能技術(shù)

任何新型高效的新能源，都不能夠保證微電網(wǎng)供電的絕對穩(wěn)定性，除此之外，為了提升用電負(fù)荷的安全性，儲能系統(tǒng)作為備用電源是不可或缺的。現(xiàn)階段，儲能技術(shù)比較成熟的是鉛酸蓄電池，但是，鉛酸蓄電池中還是存在著壽命短、鉛污染等問題，目前，最適合運(yùn)用在智能光伏微電網(wǎng)的新型儲能系統(tǒng)有下面幾種類型。

（1）飛輪儲能，這種儲能形式的優(yōu)點(diǎn)就在于充放電次數(shù)多、供電穩(wěn)定、電流密度大且不存在化學(xué)反應(yīng)，但其缺點(diǎn)是自放電比較嚴(yán)重。

（2）釩流體電池，此技術(shù)的原理是將釩化合物作為電解質(zhì)，借助釩的不同電價的轉(zhuǎn)換來進(jìn)行充放電，這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是容量大、供電穩(wěn)定、使用壽命長、效率高等，缺點(diǎn)是成本太高，還未成熟，受釩資源的客觀限制。

（3）超級電容，超級電容的優(yōu)點(diǎn)是充放電次數(shù)多、電流密度大、無化學(xué)反應(yīng)，缺點(diǎn)是自放電嚴(yán)重，單次儲能時間短暫，發(fā)展正在逐漸成熟。

2.3充放電的控制器

蓄電池要在充電和放電過程中加以控制，不能頻繁的過充電和過放電，否則會影響電池的使用壽命，為了保護(hù)蓄電池不受過充電和過放電的損害，則必須要有一套控制系統(tǒng)來防止蓄電池的過充電和過放電，稱為充放電控制器?？刂破鞯墓ぷ髟硎峭ㄟ^檢查蓄電池的電壓值與其最大負(fù)荷值進(jìn)行對比來判斷是否達(dá)到過充點(diǎn)或過放點(diǎn)，并要設(shè)置開關(guān)，在過充點(diǎn)或過放電時自動終止充電和放電。隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)容量的增加，用戶的要求也越來越高，安全性和合理性的設(shè)計(jì)也越來越重要，所以，近年來設(shè)計(jì)者在控制器上設(shè)置了更多的保護(hù)和監(jiān)測功能，目前的先進(jìn)技術(shù)甚至通過計(jì)算機(jī)將控制器與軟件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了智能控制。

三、太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)

儲能太陽能系統(tǒng)的應(yīng)用被廣泛運(yùn)用到社會各個領(lǐng)域，其主要由光伏陣列、儲能裝置、變壓器、等部分共同組成。以下是對各個系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)用的詳細(xì)描述：

3.1子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一般常見的太陽能光伏發(fā)電微電網(wǎng)技術(shù)的各個子系統(tǒng)都是相對獨(dú)立的，是由光伏模塊子系統(tǒng)、逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)等部分組成，并網(wǎng)逆變器在實(shí)際運(yùn)用中可以將三項(xiàng)交流電接到升壓變壓器上，將所轉(zhuǎn)化的電能與電網(wǎng)結(jié)合，再加上其他各個子系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，最后進(jìn)入供電網(wǎng)絡(luò)。這對加強(qiáng)我國太陽能光伏發(fā)電微電網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用存在很大的意義。

3.2相關(guān)設(shè)備的選型

在通常情況下，單臺逆變器的容量越大，每臺逆變器的造價就會越低，所以有時為了節(jié)約成本，能適當(dāng)?shù)卦龃竽孀兤鞯娜萘?，但?dāng)其容量過大時，運(yùn)行中如果出現(xiàn)故障就會給整個太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)帶來很大的影響，因此，在節(jié)約成本的同時還要結(jié)合實(shí)際情況來對逆變器的型號進(jìn)行選擇，要適應(yīng)該系統(tǒng)，同時也要能保護(hù)該系統(tǒng)，只有這樣才能保證太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的順暢運(yùn)用。每個逆變器都需要連接到多個串光伏電池組件，還要配合直流配電監(jiān)測系統(tǒng)來使用，直流監(jiān)測配電箱內(nèi)部有組電流監(jiān)測單元，這不僅能夠起到對各組串電流的檢測作用，還將整個電流監(jiān)測信息傳送到逆變器控制器中，當(dāng)系統(tǒng)在運(yùn)行時發(fā)生負(fù)載過重等現(xiàn)象時，連接的逆變器能自動脫離，這對保障整個系統(tǒng)的安全運(yùn)行有重要意義。

3.3微電網(wǎng)運(yùn)行控制

微電網(wǎng)能夠有效地實(shí)現(xiàn)微源的大規(guī)模并網(wǎng)，與此同時，還能夠?yàn)閺V大用戶提供不間斷的電源服務(wù)等。微電網(wǎng)中的微源主要包括光伏電池、燃料電池、風(fēng)力發(fā)電池、蓄電池和高速飛輪等，一般情況下，都需要通過電力裝置將其和常規(guī)性質(zhì)的配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行。對于像風(fēng)、光等微源，其輸出功率的大小會因?yàn)樘鞖獾淖兓艿接绊懀瑢?dǎo)致發(fā)電出現(xiàn)間歇性等問題，對于這種情況，微源一般只能是限制功率的輸出恒定功率或者是按照最大功率輸出，會采用PQ進(jìn)行控制，而對于蓄電池或者燃料電池等微源，控制起來相對比較容易一些，可以選擇用PQ進(jìn)行控制，還可以采用基于下垂控制的V/f控制。對光伏功率的平滑控制，不使用傳統(tǒng)控制模式切換技術(shù)，簡化控制方法;對微電網(wǎng)內(nèi)母線電壓進(jìn)行控制，確保電壓穩(wěn)定。

微電網(wǎng)內(nèi)部由于總體容量較小，因此，負(fù)荷阻抗的感性還是容性就對功率因數(shù)影響較大。為此，在微電網(wǎng)內(nèi)部，必須根據(jù)負(fù)荷的阻抗性質(zhì)配置相應(yīng)的補(bǔ)償系統(tǒng)。另外，多電源的并網(wǎng)可能會造成網(wǎng)內(nèi)的諧波分量較大，紋波系數(shù)較高，因此，要有消除高次諧波的裝置。

結(jié)束語

綜上所述，太陽能光伏發(fā)電微電網(wǎng)技術(shù)作為一種新型的能源使用技術(shù)，其科學(xué)性和可行性都得到了證明，通過對發(fā)電原理和各種設(shè)備的全面掌握，再在原來的基礎(chǔ)上對發(fā)電技術(shù)進(jìn)行更為有效的探索，對加快綠色能源的普及使用起到極大的促進(jìn)作用，社會文明的程度越來越高，且在市場的需求和研究者的努力下，更好的發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)，為我國經(jīng)濟(jì)社會的美好建設(shè)奉獻(xiàn)力量。

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