基于太阳能光伏发电的并网技术研究

基于太阳能光伏发电的并网技术研究

陈哲韩

（广东电网有限责任公司汕头龙湖供电局广东汕头515000）

摘要：光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术，近几年得到了快速发展。就目前而言，光伏产业正向并网运行方式转变，并网发电逐渐成为太阳能光伏发电的又一种新趋势。本文就太阳能光伏发电的并网技术做出相关讨论。

关键词：光伏发电；最大功率点；并网控制

前言：随着科学技术的不断进步发展，太阳能光伏并网发电已是太阳能光伏利用的主要发展趋势，必将得到快速的发展。其中，并网逆变器是太阳能光伏发电的核心部件，发展各种性能的并网逆变器对并网起着至关重要的作用。高性能的数字信号处理芯片的出现，使得一些先进的控制策略应用于光伏并网逆变器成为可能。本文在此背景下，就太阳能光伏发电的并网技术进行研究讨论。

一、太阳能光伏并网发电的优点

太阳能光伏发电并网技术是将发出电能通过处理后与电网连接，这种方式有许多优点：①发出的电能直接与电网连接不再使用蓄电池储能，节约了太阳能光伏发电的投资成本，使发出的电能成本明显降低；而且也提高了系统的稳定性，不再考虑蓄电池可能出现的状况；当然也有利于环境保护，因为没有蓄电池的污染了。②光伏并网发电分散发电供电，进出电网灵活，可以增强电网的稳定性，有利于提高电力系统在自然灾害等异常条件下的抵抗力，也有利于平衡电力系统的负荷，从而降低电力系统的损耗。③光伏电池可以安装在建筑物上，节约了占地面积，而且基本对建筑物没有影响，增加了建筑物的利用率。

二、太阳能光伏发的电并网控制

光伏发电系统将发出的电能与电网连接，而电网电压与接入的电流存在相位差，控制的直接目的是使并网的电流与电压的相位差为0，这也是控制的主要目的。其原理如图1所示（ＶR—电网电压；ｉR—并网电流；ＬR—电感；Ｖinv—光伏系统输出电压）。常见的控制方式有电压控制和电流控制。

太阳能光伏发电发出的电能是直流电，需要经过一系列转化才能并网，例如逆变、控制、检测和保护等。一般情况下，逆变器要和控制器结合起来共同控制电能的并网：①在光伏发电并网系统的运行中，逆变器处理过的电能要输出为正弦电流，对电网没有冲击，且必须满足电网规定的相关指标，如高次谐波必须控制到最低，以减少对电网的冲击；不能有直流分量，当然也不能对电网造成谐波干扰等。②当太阳能光照强度发生变化时，也要求逆变器能根据光照和负载的变化高效运行。③太阳能电池输出功率与很多因素相关，如光照、温度、负载的变化等，这就要求逆变器要有最大功率跟踪功能，从而使其能进行自我调节，来实现最佳运行。④在特定场合下要求在电网断电的情况下，也依然能提供电能。

并网逆变电流控制法是由一个电流反馈控制内环实现的，图2所示为电流控制并网光伏逆变器的基本结构。光伏电流逆变器的原理是使输出电流跟随参考指令电流信号，这个电流信号是由MPPT策略和电网电压相位决定的。经过比较实际的瞬时相电流ｉａ、ｉｂ、ｉｃ和参考指令电流信号ｉａ＊、ｉｂ＊、ｉｃ＊，信号通过电流控制器处理之后产生开关控制信号ｓａ、ｓｂ、ｓｃ控制逆变器工作。光伏并网控制的核心之一就是电流控制器，电流控制策略的好坏关系着并网系统性能的优劣性。

三、太阳能光伏发电并网的最大功率点研究

光伏电池输出特性是非线性的，而且受光照强度和环境温度影响较为明显。在任何光照强度和环境温度下，光伏电池都存在一个最大功率输出点。此外，负载变化将影响光伏器件的输出功率。因此，提高光伏发电系统效率的方法之一就是及时调整系统负载特性，使其在不同的光照和温度下，都能让光伏电池工作在最大功率点附近，这一过程称为最大功率点跟踪。

2）最大功率点的直接控制法。电导增量法是通过比较光伏电池的瞬时电导和电导的变化量来实现最大功率跟踪的一种控制算法。由光伏电池的功率—电压输出特性可以看出其是一个单峰值的曲线，最大功率点处于曲线顶点。电导增量法正是利用光伏电池工作在最大功率点时输出电导的变化量等于0的原理，通过比较光伏电池的电导增量和瞬间电导值来改变控制信号。在实际使用电导增量法时，需要给出一个合适的阈值，其选择合适的步长和阈值非常关键。调节步长的大小，可决定跟踪速度和在最大功率点附近来回波动幅值。对于幅值的大小，理论上越小越好，越小则越能接近最大功率点。但实际中，阈值若设置得太小，系统很可能会永远达不到稳定，始终在一定的范围内震荡。这种方法控制精确度较高，响应速度相对较快，光伏电池输出电压能够跟踪变化，而且较为稳定。但是其对控制系统的硬件要求比其他方法要高，且对传感器精度和系统各个部分的响应速度要求也非常高，所以造价相对高一些。

四、小结

总之，在资源越来越紧缺的今天，利用太阳能进行发电无疑能缓解资源紧缺的压力，随着光伏发电技术愈发成熟，掌握光伏发电并网技术应用中一些必要的知识，能够保证其可行性和经济性。本文主要对太阳能光伏发电的并网技术和其最大功率点进行讨论，以期为今后的工作提供指导。

参考文献：

[1]张兴然.太阳能光伏发电技术研究[J].天津工程师范学院学报，2013，（04）.

[2]于静，车俊铁，张吉月.太阳能发电技术综述[J].世界科技研究与发展出版社，2008年版.