摘要：本文基于筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)滿足理論結(jié)合實(shí)際的前提下依次探討了單相光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成和光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)研究的關(guān)鍵問(wèn)題，為單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)提供技術(shù)參照。為同行提供了建設(shè)性意見(jiàn)。

　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)蜗喙夥?并網(wǎng);發(fā)電;仿真

　　1引言

　　隨著社會(huì)的進(jìn)步與時(shí)代的發(fā)展，新興能源的需求日益增多。而電力還會(huì)伴隨人類文明的發(fā)展而不斷進(jìn)步。當(dāng)前隨著光伏產(chǎn)業(yè)鏈的融合，相關(guān)元器件和基礎(chǔ)設(shè)施成本大大降低。以單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)為代表的整裝技術(shù)正在不斷完善。高效而經(jīng)濟(jì)的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電成為可能。本文基于筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)滿足理論結(jié)合實(shí)際的前提下依次探討了單相光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成和光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)研究的關(guān)鍵問(wèn)題，為單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)提供技術(shù)參照。

　　電力論文投稿刊物：《福建水力發(fā)電》欄目設(shè)置涵蓋水利水電及相關(guān)行業(yè)的各個(gè)方面。讀者對(duì)象為水利、電力、土木工程、水運(yùn)、航道整治、環(huán)境工程、水土保持、城鎮(zhèn)給排水等行業(yè)從事規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理及科研工作的科技人員、管理干部和有關(guān)院校的師生。

　　2單相光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成

　　光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是一項(xiàng)較為新穎的低成本、高收益電能獲取與輸送系統(tǒng)。能通過(guò)低成本的光伏電池將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為直流電能。并且在一定的外界元件轉(zhuǎn)換下將電路結(jié)構(gòu)中的直流電能轉(zhuǎn)換為工頻交流電能并并網(wǎng)輸送至外界電網(wǎng)。運(yùn)用發(fā)電系統(tǒng)全面控制器進(jìn)行全盤(pán)控制和逆變器的斬波控制，并在數(shù)據(jù)可詢的基礎(chǔ)上實(shí)時(shí)跟蹤最大功率點(diǎn)。

　　當(dāng)前，基于數(shù)據(jù)保密性和技術(shù)穩(wěn)定性。運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理器或者單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行控制器的設(shè)置較為普遍;相應(yīng)的能量轉(zhuǎn)換電路環(huán)節(jié)表征于高頻斬波方式，依次根據(jù)功能設(shè)計(jì)優(yōu)選晶閘管、IGBT等現(xiàn)代電力電子器件進(jìn)行開(kāi)關(guān)元件預(yù)設(shè)。當(dāng)前較為普遍的DC-DC變換器是系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換電路，能通過(guò)一定手段收集整合光伏電池輸出的低電壓能量，并及時(shí)進(jìn)行最低并網(wǎng)等級(jí)電壓的核算與轉(zhuǎn)換。與此同時(shí)，運(yùn)算器能指引能量轉(zhuǎn)換電路在保證平穩(wěn)的同時(shí)跟蹤執(zhí)行最大功率點(diǎn)的變換，全面優(yōu)化光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)效益。

　　3光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)研究的關(guān)鍵問(wèn)題

　　3.1光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù)

　　在自然界中因?yàn)樘��?yáng)輻射程度與環(huán)境交替溫度的動(dòng)態(tài)變化。相應(yīng)光伏電池發(fā)電效果會(huì)成規(guī)律性曲線變化，在功能利用率上也不能時(shí)刻保證光伏系統(tǒng)相應(yīng)輸出功能最優(yōu)。同時(shí)外界環(huán)境和人為因素還會(huì)對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生不穩(wěn)定影響。所以及時(shí)和動(dòng)態(tài)的感知當(dāng)前工作狀態(tài)電壓和功率并且指導(dǎo)性作出功能性調(diào)整能促使標(biāo)定整體系統(tǒng)最大限度在最優(yōu)功率點(diǎn)上進(jìn)行工作，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)電效率最優(yōu)。

　　基于此，進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤控制技的大規(guī)模實(shí)踐能經(jīng)濟(jì)有效的進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)抗外界環(huán)境高品質(zhì)運(yùn)行。并且在保證安全的前提下進(jìn)行光伏電池的滿載式長(zhǎng)壽命運(yùn)行，最終促進(jìn)整體系統(tǒng)健康良性發(fā)展。當(dāng)前由于其他行業(yè)技術(shù)具備與相關(guān)電氣元器件制造精度不斷完善，不同國(guó)家和地區(qū)都研發(fā)并應(yīng)用有基于不同工作特性與運(yùn)行特點(diǎn)的多種關(guān)于光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制辦法，同時(shí)在相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈帶動(dòng)下，其優(yōu)化控制技術(shù)日益完善。根據(jù)筆者相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用滯環(huán)比較法、擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法較為簡(jiǎn)便，能實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控和人為優(yōu)化。而恒定電壓法、間歇掃描法和最有梯度法優(yōu)化拓展性能好但是系統(tǒng)穩(wěn)定性和相關(guān)構(gòu)建成本較高。所以相關(guān)公司和地區(qū)必須根據(jù)自己的需求進(jìn)行不同等級(jí)的系統(tǒng)建設(shè)。

　　3.2光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的孤島效應(yīng)檢測(cè)技術(shù)

　　隨著技術(shù)壁壘和系統(tǒng)接口不統(tǒng)一，相關(guān)的信息孤島效應(yīng)和元器件不通用效應(yīng)已經(jīng)嚴(yán)重影響光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展。隔離效應(yīng)意味著,當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障或電網(wǎng)斷開(kāi)是由于停電,光伏發(fā)電系統(tǒng)不檢測(cè)電網(wǎng)的停電狀態(tài),并繼續(xù)向公眾提供電力負(fù)載,以至于在自給供電網(wǎng)絡(luò)中顯得孤僻和不可控。在系統(tǒng)安全性角度下運(yùn)行的孤島供電網(wǎng)絡(luò)會(huì)損壞相應(yīng)的電氣設(shè)備，甚至誘發(fā)安全隱患。因此，系統(tǒng)需要及時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)的停電狀態(tài)，并快速切斷與公共電網(wǎng)的連接。因此，有必要對(duì)海島效應(yīng)進(jìn)行研究，并采取有效措施減少海島效應(yīng)帶來(lái)的危害。

　　3.3光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的逆變輸出控制策略

　　逆變器并網(wǎng)控制策略是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，一直是光伏發(fā)電技術(shù)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的目標(biāo)是通過(guò)并網(wǎng)逆變器控制獲得高質(zhì)量的電能輸出，保持系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行。逆變器輸出電壓作為控制對(duì)象的方法稱為電壓-模態(tài)控制，電流作為控制對(duì)象的方法也稱為電流-模態(tài)控制。

　　通常，公共電網(wǎng)被認(rèn)為是一個(gè)容量非常大的電壓源。當(dāng)采用電壓模式控制時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)和公共電網(wǎng)可以看作是并聯(lián)運(yùn)行的兩個(gè)電壓源。此時(shí)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)容易出現(xiàn)循環(huán)電流問(wèn)題，難以準(zhǔn)確控制電壓。電流模式控制方法相對(duì)簡(jiǎn)單，只需將并網(wǎng)電流的頻率和相位與公共電網(wǎng)的電壓同步即可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)要求。目前常用的控制方法有滯后比較法、SPWM電流控制、重復(fù)控制和無(wú)拍控制。

　　4單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仿真平臺(tái)設(shè)計(jì)

　　并網(wǎng)逆變器具備特殊結(jié)構(gòu)，承擔(dān)相應(yīng)任務(wù)，其中進(jìn)行全過(guò)程途徑的光伏電池最強(qiáng)功率波記錄和歸一電壓系數(shù)，維持電網(wǎng)定壓電同頻同相正弦電流波運(yùn)行。主要元件由BOOST電路和單相全橋電路組成。功能分工上，前級(jí)初步實(shí)現(xiàn)電池端電壓的標(biāo)定上升直至達(dá)到并網(wǎng)要求，且全面保障相關(guān)通訊點(diǎn)抓取跟蹤光伏電池的最大功率數(shù)據(jù)穿;而后級(jí)能進(jìn)行并網(wǎng)后的穩(wěn)定電流和電網(wǎng)電壓同頻同相智能控制并達(dá)到直流母線電壓穩(wěn)定。

　　相關(guān)系統(tǒng)在完善控制序列和硬件搭建后需要進(jìn)行光伏陣列的數(shù)學(xué)模型建立，運(yùn)用Matlab平臺(tái)進(jìn)行編程式的仿真運(yùn)行，并基于原數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并依次搭建模塊組合式光伏并網(wǎng)全系統(tǒng)仿真應(yīng)用模型，以便與下步驗(yàn)證。直流母線電壓給定值為100V;電網(wǎng)電壓峰值為55V，頻率為50Hz;光伏電池部分參數(shù)：短路電流Isc為5.2A;開(kāi)路電壓Uoc為44.2V;最大功率點(diǎn)電流Im為4.85A;最大功率點(diǎn)電壓Um為36.2V。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，完善而穩(wěn)定的單相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)建能在經(jīng)濟(jì)性與穩(wěn)定性均衡的前提下實(shí)現(xiàn)光伏點(diǎn)供和主網(wǎng)并聯(lián)。而相應(yīng)的DC-DC變換器運(yùn)用能及時(shí)將能量轉(zhuǎn)換電路，能通過(guò)一定手段收集整合光伏電池輸出的低電壓能量，并及時(shí)進(jìn)行最低并網(wǎng)等級(jí)電壓的核算與轉(zhuǎn)換。與此同時(shí)，運(yùn)算器能指引能量轉(zhuǎn)換電路在保證平穩(wěn)的同時(shí)跟蹤執(zhí)行最大功率點(diǎn)的變換，全面優(yōu)化光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)效益。

　　下步必須克服技術(shù)壁壘和系統(tǒng)接口不統(tǒng)一，相關(guān)的信息孤島效應(yīng)和元器件不通用效應(yīng)已經(jīng)嚴(yán)重影響光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展。隔離效應(yīng)意味著,當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生故障或電網(wǎng)斷開(kāi)是由于停電,光伏發(fā)電系統(tǒng)不檢測(cè)電網(wǎng)的停電狀態(tài),并繼續(xù)向公眾提供電力負(fù)載,以至于在自給供電網(wǎng)絡(luò)中顯得孤僻和不可控。在系統(tǒng)安全性角度下運(yùn)行的孤島供電網(wǎng)絡(luò)會(huì)損壞相應(yīng)的電氣設(shè)備，甚至誘發(fā)安全隱患。

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