電氣自動(dòng)化在太陽能光伏發(fā)電中的應(yīng)用

駱磊 劉佳

摘? 要：在現(xiàn)代工業(yè)快速發(fā)展的背景下，我國能源極度損耗以及過度消耗，導(dǎo)致不可再生能源緊缺。太陽能光伏發(fā)電作為一種新興可再生能源，能夠有效緩解當(dāng)前能源緊缺的問題，而電氣自動(dòng)化技術(shù)的合理應(yīng)用能夠大大提升太陽能光伏發(fā)電的效果。因此，文章首先分析了太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀，從發(fā)電原理和優(yōu)勢概述了太陽能光伏發(fā)電，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用情況，對電氣自動(dòng)化在太陽能光伏發(fā)電中的具體應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。

關(guān)鍵詞：電氣自動(dòng)化;太陽能;光伏發(fā)電;應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）35-0166-02

Abstract： In the context of the rapid development of modern industry， China's extreme energy consumption and excessive consumption， resulting in a shortage of non-renewable energy. As a new renewable energy， solar photovoltaic power generation can effectively alleviate the current problem of energy shortage， and the reasonable application of electrical automation technology can greatly improve the effect of solar photovoltaic power generation. Therefore， the article first analyzes the current situation of solar photovoltaic power generation， summarizes solar photovoltaic power generation from the principle and advantages of solar photovoltaic power generation， and makes an in-depth study on the specific application of electrical automation in solar photovoltaic power generation.

Keywords： electrical automation; solar energy; photovoltaic power generation; application

引言

太陽能是屬于一種可再生能源，具有便捷、儲(chǔ)量大、清潔、無污染等優(yōu)點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域都有著非常廣闊的應(yīng)用空間和發(fā)展?jié)摿?。光伏系統(tǒng)能夠?qū)⑻柲苻D(zhuǎn)化為電能，同時(shí)還不會(huì)產(chǎn)生能源損耗和空氣污染等問題，如何提升太陽能光伏發(fā)電的利用效果成為當(dāng)前亟需研究的課題。基于此，本文通過對電氣自動(dòng)化在電力行業(yè)、并網(wǎng)系統(tǒng)、光伏建筑、水泵系統(tǒng)、直流變頻控制以及無功補(bǔ)償控制等太陽能光伏發(fā)電方面的應(yīng)用進(jìn)行研究，不斷提升太陽能光伏發(fā)電的利用效果，為實(shí)現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供了重要的能源基礎(chǔ)。

1 太陽能光伏發(fā)電的現(xiàn)狀分析

近年來，隨著可持續(xù)發(fā)展觀念不斷深入人心，綠色低碳已成為人們追求的一種生產(chǎn)和生活方式，太陽能作為一種清潔、無污染的可再生能源，將太陽能光伏發(fā)電作為我國生產(chǎn)與生活中利用電力資源的主流方向，開發(fā)利用規(guī)模迅速擴(kuò)大，促進(jìn)太陽能光伏發(fā)電的迅速發(fā)展。與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國太陽能光伏發(fā)電技術(shù)起步相對較晚，但是由于國家對太陽能光伏發(fā)電的重視和政策支持，我國光伏發(fā)電規(guī)模發(fā)展速度非常迅速，尤其是2017年，我國裝機(jī)容量達(dá)到歷史新高，受光伏531新政影響，2018年和2019年，我國裝機(jī)容量有所下降，但是自2013年以來，我國光伏發(fā)電量增長迅速，2019年全國光伏發(fā)電量同比增長26.3%，據(jù)相關(guān)部門數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013-2019年我國光伏發(fā)電量變化情況如圖1所示。已成為全球最大的應(yīng)用市場，成為我國具有國際競爭優(yōu)勢的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

2 太陽能光伏發(fā)電的概述

2.1 發(fā)電基本原理

太陽能光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏特效應(yīng)原理，利用太陽電池將散射輻射和反射輻射以及直接輻射等多種不同形式的太陽輻射能轉(zhuǎn)化為電能，以滿足電力所需，主要是由太陽能電池方陣、蓄電池組、控制器、逆變器、直流負(fù)載、交流負(fù)載等設(shè)備組成，原理結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

2.2 發(fā)電優(yōu)勢

與其他發(fā)電形式相比，太陽能廣發(fā)發(fā)電具有很大優(yōu)勢。具體如下：

（1）太陽能是一種不會(huì)枯竭的能源，輻射能量巨大，不受當(dāng)前能源市場上的變動(dòng)影響，是資源最為豐富的發(fā)電技術(shù)。

（2）因?yàn)槊總€(gè)區(qū)域都會(huì)接收到光照，可以隨時(shí)隨地使用太陽能資源，所以太陽能發(fā)電不受地域的影響或制約，可以有效的解決邊遠(yuǎn)以及特殊地區(qū)的用電問題。

（3）太陽能光伏發(fā)電安全、無污染，并且運(yùn)用比較靈活，能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

（4）太陽能光伏發(fā)電是處于一種靜止?fàn)顟B(tài)，各種設(shè)備部件不會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，減少設(shè)備出現(xiàn)故障的概率，延長了設(shè)備的使用壽命。

3 電氣自動(dòng)化在太陽能光伏發(fā)電中的應(yīng)用

根據(jù)我國當(dāng)前太陽能光伏發(fā)電的實(shí)際發(fā)展情況來看，電氣自動(dòng)化技術(shù)是其中最受矚目的一項(xiàng)技術(shù)，可以有效提升太陽能的利用率，以下針對電氣自動(dòng)化在太陽能光伏發(fā)電中的應(yīng)用進(jìn)行了論述。

3.1 在電力行業(yè)中的應(yīng)用

在電力行業(yè)中，電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)揮著重要作用，推動(dòng)我國工業(yè)領(lǐng)域不斷發(fā)展。在電力工程中，通過科學(xué)合理的運(yùn)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，在一定程度上可以降低相關(guān)人員進(jìn)行工作的強(qiáng)度，減少人為因素造成的損失，有效提升了電力系統(tǒng)的工作效率。此外，通過在電力系統(tǒng)中合理運(yùn)用電氣自動(dòng)化技術(shù)，改變了電氣工程的資源利用結(jié)構(gòu)，保障電力系統(tǒng)自身的安全性與穩(wěn)定性，確保了電力工程的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 在太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)智能化發(fā)展，根據(jù)實(shí)際需求的不同，發(fā)電模式也存在一定的差異，主要有獨(dú)立光伏發(fā)電、并網(wǎng)光伏發(fā)電、分布式光伏發(fā)電三大模式。由于并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)具有安全性高、安裝成本小、資源消耗少以及建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用較為廣泛。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)是太陽能組件產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電，將產(chǎn)生的正弦交流電直接接入公共電網(wǎng)。而電氣自動(dòng)化技術(shù)在并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用可以有效規(guī)避光伏發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)的過程中對電網(wǎng)產(chǎn)生劇烈的沖擊，以降低在實(shí)際發(fā)電過程中對電網(wǎng)帶來的負(fù)荷和損耗。此外，電氣自動(dòng)化技術(shù)還可以有效監(jiān)測同期點(diǎn)的兩側(cè)電氣量，高效準(zhǔn)確地捕捉數(shù)據(jù)和判斷據(jù)信息，以彌補(bǔ)數(shù)據(jù)傳輸過程中所出現(xiàn)的時(shí)間差，提高數(shù)據(jù)信息的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。

3.3 在光伏建筑和水泵等系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，太陽能光伏系統(tǒng)越來越多，增加了管理的難度，很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)太陽能光伏系統(tǒng)故障，嚴(yán)重影響了太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。近年來，自動(dòng)化產(chǎn)品其不論是在數(shù)量上亦或是種類上都在不斷增加，電氣自動(dòng)化技術(shù)和自動(dòng)化產(chǎn)品在光伏建筑和光伏泵系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛，其中應(yīng)用頻率最高的屬于自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。通過自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，可以對光伏建筑和光伏泵系統(tǒng)的電池板的電壓電流以及運(yùn)行狀況、逆變器的工作狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，詳細(xì)記錄系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，對系統(tǒng)運(yùn)行中存在故障進(jìn)行報(bào)警等，相關(guān)工作人員通過自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)，分析判斷出故障發(fā)生的具體位置，進(jìn)行緊急維修，以確保太陽能光伏發(fā)電正常運(yùn)行。

3.4 在光伏發(fā)電系統(tǒng)直流變頻控制過程中的應(yīng)用

當(dāng)前，我國光伏發(fā)電系統(tǒng)中主要是直流電，直流電系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，但是受負(fù)載電壓的影響，很難實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。隨著太陽能光伏發(fā)電的不斷發(fā)展，并網(wǎng)運(yùn)行的出現(xiàn)，對光伏發(fā)電系統(tǒng)提出更高的要求，那就是轉(zhuǎn)化為交流電。合理利用電氣自動(dòng)化技術(shù)對交流電力輸出的光伏發(fā)電系統(tǒng)的元器件進(jìn)行有效控制，主要有電池方陣、蓄電池組、控制器、逆變器等。通過監(jiān)控一次以及二次配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，了解各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并對各元器件的光伏組件分布、逆變器等進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)了解直流電壓、電流、功率，交流電壓、電流，電網(wǎng)頻率、功率因數(shù)等，以便順利將光伏發(fā)電輸出的直流電變成交流電。

3.5 在無功補(bǔ)償控制中的應(yīng)用

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中所使用的元器件絕大部分為電子元器件，而電子元器件在使用過程中，會(huì)產(chǎn)生無功損耗以及諧波，諧波會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)電壓質(zhì)量不合格（供給電壓不足或者電壓超負(fù)荷）的情況，影響太陽能光伏發(fā)電供電的穩(wěn)定性。但是通過合理運(yùn)用動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置和濾波裝置，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)光伏發(fā)電無功電壓，及時(shí)控制無功功率損耗，能夠確保功損耗以及諧波不會(huì)影響電壓質(zhì)量。

3.6 在光伏電系統(tǒng)設(shè)備全生命周期控制中的應(yīng)用

由于我國在太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域中起步相對較晚，在管理上存在很多不足。一般都是在光伏發(fā)電產(chǎn)生問題時(shí)才針對相關(guān)設(shè)備完成檢修，降低了發(fā)電效率和發(fā)電質(zhì)量，影響了發(fā)電的可靠性，縮短了光伏電系統(tǒng)設(shè)備的全生命周期。通過電氣自動(dòng)化技術(shù)在光伏電系統(tǒng)設(shè)備生命周期控制中的合理應(yīng)用，可對設(shè)備的振動(dòng)偏差、允許溫升等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，確定設(shè)備是否“帶病”運(yùn)行，制定合理的設(shè)備維修計(jì)劃，不斷完善設(shè)備生命周期以及質(zhì)量。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著近幾年我國科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展與持續(xù)進(jìn)步，電氣自動(dòng)化技術(shù)的不斷創(chuàng)新和升級，被廣泛應(yīng)用在各領(lǐng)域中，大大提升了太陽能的利用效率。上述通過對電氣自動(dòng)化在太陽能光伏發(fā)電中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)和分析，不僅提升電氣自動(dòng)化的應(yīng)用效果，還有利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

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