太陽能光伏發(fā)電微電網(wǎng)中控制技術(shù)的研究

朱春穎

摘 要：眾所周知，在經(jīng)濟不斷發(fā)展與技術(shù)不斷進步的強大社會背景下，現(xiàn)代社會中人們對于電能的需求量越來越大，要求也是越來越高。太陽能分布非常廣泛，而且儲量非常之大，具有就地取材的獨特優(yōu)勢，其非常適合發(fā)展分布式發(fā)電。而微電網(wǎng)則是一種具有強大獨立性的分布式發(fā)電網(wǎng)絡，能夠有效克服太陽能隨機性大、分散性強以及低密度等弊端，這一技術(shù)具有著十分重要的現(xiàn)實意義與價值。

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

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（c）-0097-02

在過去的數(shù)十年當中，我國的現(xiàn)代電力系統(tǒng)最主要的特征便是“三大”，即大機組、大電廠與大電網(wǎng)，其中，大電網(wǎng)更是憑借自身的優(yōu)勢快速發(fā)展成為最主要的電力供應渠道之一，但是，面對當今社會與經(jīng)濟發(fā)展的現(xiàn)實，集中式大電網(wǎng)的弊端與缺點逐漸顯露出來，其運行難度大、成本高等一系列不足之處都成為了非常大的阻礙因素，所以，電力系統(tǒng)要想尋求可持續(xù)健康發(fā)展，就必須要尋求到一種全新高效的模式與路徑。

1 分布式太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)組合

分布式發(fā)電和微電網(wǎng)技術(shù)的提出和應用，適用于太陽能等可再生能源地域分散的特點，充分利用了分布式可再生能源發(fā)電緊靠本地負荷中心和無污染的優(yōu)點。光伏發(fā)電微電網(wǎng)內(nèi)多光伏電源之間、光伏電源與儲能裝置之間的協(xié)同供電，克服了光伏電源出力不穩(wěn)的缺點。

光伏電源具有直流電源特性，傳統(tǒng)交流供電方式需要并網(wǎng)逆變器連接電源與電網(wǎng)，效率低、成本高。采用光伏電源直接直流供電模式能提高電能綜合利用效率，降低系統(tǒng)成本直流微電網(wǎng)可以通過直流變換電路簡單高效地接納分布式光伏電源，以及高效率地為本地直流負荷提供電能。

以分布式光伏發(fā)電微電網(wǎng)供能系統(tǒng)的高效應用為出發(fā)點，結(jié)合光伏電源、儲能裝置和負荷的供、用電特性，主要研究獨立型光伏發(fā)電系統(tǒng)和分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的新型控制策略，分布式光伏發(fā)電直流型微電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)與控制策略以及分布式光伏發(fā)電交直流型微電網(wǎng)控制策略，建設一套分布式光伏發(fā)電微電網(wǎng)實驗平臺，可獲得微電網(wǎng)運營時的實際數(shù)據(jù)，驗證了分布式光伏發(fā)電直流微電網(wǎng)簡單高效接納分布式光伏電源，以及為直流負荷高效率提供電能針對備受關(guān)注的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池輸出特性和輸出功率具有隨機性和波動性的特點，以及現(xiàn)代生產(chǎn)、生活中網(wǎng)絡設備、電腦、手機、數(shù)碼相機等直流負荷越來越多的事實，研究分布式光伏發(fā)電微電網(wǎng)供能系統(tǒng)的控制策略。以達到不利用傳統(tǒng)能源發(fā)電、減少電能變換損耗和提高供電質(zhì)量等目的。結(jié)合現(xiàn)代的智能分析方法和技術(shù)手段，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題并提出更為優(yōu)化的控制策略（見圖1）。

2 太陽能光伏微電網(wǎng)的特點

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，當光伏發(fā)電的容量不斷增大，在局部就會對當?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）微型風力發(fā)電，其主要借助的便是微風的風力，當風力條件得到滿足時，便可以成為光伏發(fā)電的重要補充，微型風力發(fā)電比較適合運用在風力條件比較充足的村鎮(zhèn)或者高層建筑當中。

（2）小型水利電站，小型水利電站基本上被運用在有條件的村鎮(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)電的一種重要補充形式。

（3）生物質(zhì)能電站，主要被運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)電可以和有機肥、垃圾處理進行結(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反應，但其缺點是自放電比較嚴重。

（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)換來進行充放電，這項技術(shù)的優(yōu)點是容量大、供電穩(wěn)定、使用壽命長、效率高等，缺點是成本太高，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)點是充放電次數(shù)多、電流密度大、無化學反應，缺點是自放電嚴重，單次儲能時間短暫，發(fā)展正在逐漸成熟。

3 微電網(wǎng)運行控制

在近些年的發(fā)展過程中，清潔、可再生的分布式電源得到了迅猛發(fā)展，微電網(wǎng)的概念也是相關(guān)專家人士為了充分發(fā)揮其固有優(yōu)勢，試圖減小對電力系統(tǒng)的影響所提出的。微電網(wǎng)能夠有效地實現(xiàn)微源的大規(guī)模并網(wǎng)，與此同時，還能夠為廣大用戶提供不間斷的電源服務等，這是此領(lǐng)域當中最炙手可熱的一個研究熱點。

微電網(wǎng)中的微源主要包括光伏電池、燃料電池、風力發(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)運行。對于像風、光等微源，其輸出功率的大小會因為天氣的變化而受到影響，導致發(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)負荷的阻抗性質(zhì)配置相應的補償系統(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。

4 結(jié)語

綜上所述，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)電中的各種缺點與弊端，相信隨著微電網(wǎng)控制技術(shù)的不斷創(chuàng)新與進步，太陽能資源必然會得到更加高效的利用。

參考文獻

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[2] 李夢達.基于太陽能發(fā)電的微電網(wǎng)電能質(zhì)量時頻分析及控制策略研究[D].東北石油大學，2016.endprint