光伏发电系统及其控制的研究

光伏发电系统及其控制的研究

武锦龙

淮河能源西部煤电集团有限责任公司 内蒙古鄂尔多斯市    017000

摘要：太阳能是一种可再生能源，其不会对生态环境造成污染，因此具有良好的应用前景。本文针对光伏发电系统及控制内容进行探究。

关键词：太阳能；光伏发电；控制技术；逆变器

前言：根据目前我们国家对太阳能光伏发电系统的利用程度，我们可以看出我们对太阳能光伏发电系统的依赖程度正在不断的加大，所以说如何才能够更好的将这种技术真正的融入到我们国家供电系统当中，是我们目前所要研究的一个重要的问题，所以说本文我们就针对太阳能光伏发电系统控制进行了研究。通过我们对该方面的分析研究，能够更好的了解到目前太阳能光伏发电系统控制的主要的情况，对于促进我们国家日后技术的改进又有一个十分重要的帮助作用。

1、光伏发电系统

    光伏发电系统一般由太阳能电池板组件、逆变器、接线箱等多项内容共同构成，其中核心部件是光伏电池和逆变器，其中光伏电池起到的作用是将电光能转变为电能，而逆变器的作用时传输能量。

    1.1光伏电池

    光伏电池吸收层依赖单晶硅等半导体材料进行工作。目前，太阳电池发展经历了两代。第一代太阳能电池为块状光伏电池，其在具体应用过程中的极限效率约为29%，而主流产品在实际应用是的效率约为20%。需要注意的是，这一类电池需以高纯度硅作为原材料，耗费的量较大，成本高，经济效益相对较低。第二代太阳能电池为薄膜光伏电池，其类型有很多，其中常见的类型有新材料薄膜、化合物半导体薄膜、硅薄膜几种，其在成本上要低于第一代太阳能电池，能够提高电池板面积，需要注意的是，其运行效率上低于第一代太阳能电池，但是总的来说优势显著，因此，具有不错应用前景。

    1.2光伏逆变器

    对于光伏逆变器，可以依据功率等级不同对其进行划分，下面，针对几种典型的光伏逆变器进行分析：

    1.2.1集中式逆变器

    集中式逆变器功率在100-1000kw之间，通常通过串并联方式布置在直流侧，形成光伏阵列，在利用汇流箱与逆变器进行连接，其主要被应用在大型电站中。集中式逆变器的应用成本相对较低，稳定性高，因此，在电能传输时，较为稳定性，转化效率可以超过98%，而且相应的控制技术经过一段时间发展已经十分成熟，因此得到了广泛应用，并且从应用情况来看，也取得了不错应用效果。需要注意的是，集中式逆变器在应用时期间也存在一定缺陷，主要体现在以下两个方面：第一，集中式光伏发电系统自身不具备冗余能力，如果逆变器在运行期间出现故障，系统将会立即停止运行，无法继续向电网供电，这可能会引发事故，造成大面积停电。第二，集中式逆变器在结构较为复杂，一旦出现故障，维修起来难度较大，通常需要由生产厂家人员到现场进行欸修，维修成本高，而且难以快速恢复，故障损失率偏高。

    1.2.2微型逆变器

    微型逆变器功率在200-500W之间，其通常都被设置在直流侧，与一块光伏电池板直接相连，其具体应用起来更加方便、灵活，适合应用在光照条件相对较为复杂区域，从现阶段的情况来看，主要被应用在小型分布式光伏电站中。考虑到单块光伏电池板在运行期间输出电压相对较低，因此，在应用微型逆变器时，拓扑要需要具有DC-DC生压模块，现阶段常用过的拓扑结构有单级和双级两种。微型逆变器可以在光照相对较为复杂的地区进行应用，能够使系统效率能够得到进一步提高，而因为微型逆变器相互之间采取并联方式连接，受故障影响小，而且采用高频变压器与网侧进行隔离，从而提高整体系统在运行过程中的安全性与稳定性，从而降低事故发生几率。需要注意的是，因为逆变器输入输出功率会出现瞬时不平衡问题，在对微型逆变器进行应用时，为了使其作用能够得到充分发挥，需要在系统中加入功率解耦电容，加入解耦电容容值较大，这在一程度上会缩短微型逆变器寿命，降低其可靠度，这也是采用微型逆变器时，相关工作人员需要注意的一项内容。

    1.2.3组串式逆变器

    组串式逆变器其功率范围在3-50kW之间，通常通过并联方式连接光伏组件，将其布置在直流侧，其占地面积与采取集中式逆变器系统相比要小很多，而且能够不同光照区域内对光照的需求，其主要被应用在大中型分布式光伏发电站内。组串式逆变器通常在具体设计上采取模块化发过誓，整体结构相对较为简单，安装和调试工作都十分容易，可以与光伏组件进行直接连接，不需要应用直流柜、汇流箱，这一方面能够降低能耗，另一方面可以提高整体系统在具体运行时的可靠性[4]。而当其在应用过程中出现故障之后，可以先进行更换，再开展相应检修作业，这能够降低维修费用，而且能够降低故障发生带来的功率损失。串联式逆变器在应用期间也存在一定缺陷，主要体现在以下方面：第一，采用的电子元件较多，这加大了设计难度。第二，直接与电网相连，并未经过变压器，存在共模电流问题，这降低了电气再运行时的安全性与稳定性。第三，单机容量相对较小，如果将其应用在大型电站中，通常需要通过并联方式连接数十台，这会导致内部出现环流，从而降低系统性能。

2、光伏系统并网控制技术

    2.1 并网电流控制策略

    控制并网电流的策略有很多，而滞环电流控制动态响应是众多方法中较为理想的一种，该方法在具体应用期间，具有跟踪精度高、稳定好等特点，但是，其采用的开关频率并不固定；控制矢量控制法在具体应用期间，通过变换各项坐标，将交流量转变为直流量，然后通过对PI进行应用，完成相应控制工作，这一方式控制效果较好，但是并不适合应用在单相并网系统中；而重复控制通常都较为复杂，其在具体应用时，通常都要与其它控制方法进行结合，只有这样才能使其作用得到充分发挥。上述几种控制方式中，PI控制原理简单，实现起来相对较为容易，而且系统具有较好的动态性能与稳态性能，这也是其得到了广泛应用，整体应用效果良好。

    2.2 最大功率电跟踪技术

    光伏电池是光伏发电系统中一项重要构成部分，光伏电池在具体应用过程中，其利用率不仅与电池内性能有着直接关联，而且也还会受到外部各项因素影响。在外界条件不同情况下，光伏电池能够在唯一大功率点上运行。由此可见，针对光伏发电系统来说，要对系统中的光伏电池在工作期间的最佳工作状态进行追寻，从而能够最大限度将太阳能转变为电能。通过对控制方法进行合理应用，实现光伏电池最大功率输出运行技术，这一技术被称作最大功率点跟踪技术，目前，常用的方法有定电压跟踪法、短路电流比例系数法、扰动观测法、电导增量法等。

3、光伏发电的应用前景

    太阳能是一种可再生能源，随着不可再生能源的消耗量的日益增多，太阳能光伏并网发电不可避免。目前，太阳能光伏并网发电成为了人们研究的一项重点内容。只有将太阳能发电融入到电力系统中，才能实现对环境污染的抑制，缓解不可再生能源短缺现状，可见，光伏并网发电快速发展是大势所趋。

结语：总而言之，在环境不断恶化，不可再生能源消耗日益增多的今天，合理应用太阳能是大势所趋，因此，光伏发电具有不错的应用前景。因此，在日后采用光伏发电系统时，相关工作人员需要加强对其的探讨，充分发挥其优势，合理应用光伏发电系统，提高能源利用率。

参考文献：

    [1]饶宇飞,刘阳,李玲玲,等.基于改进鸟群算法和极限学习机模型的光伏发电系统输出功率预测研究[J].可再生能源,2020,38(10):1318-1325.

    [2]庞嘉扬,刘小兵,宋罕,等.基于水光蓄互补联合发电系统混流式水轮机在超低出力区工况稳定性研究[J].水电与抽水蓄能,2021,7(05):39-46.

    [3]张文福,张癸滨,李昌松.基于StarSim的光伏发电系统并网控制的半实物仿真研究[J].电气开关,2021,59(05):66-68.

    [4]杨博.基于改进遗传算法的光伏发电系统功率预测及控制技术分析[J].电脑编程技巧与维护,2021(09):46-48.