王猛 周曉婷 楊豐羽 韋富斌 李海正

摘 ?要：隨著新能源的推廣和環(huán)保理念的普及，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)作為新能源產(chǎn)業(yè)的主要代表逐漸興起，相關(guān)的技術(shù)也日漸成熟;本文系統(tǒng)地介紹了光伏發(fā)電并網(wǎng)的主要技術(shù)，向大眾普及了光伏發(fā)電的相關(guān)知識(shí)。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;并網(wǎng)逆變;電網(wǎng)保護(hù)

1 前言

并網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)，其發(fā)電輸出端與電網(wǎng)相連接，不是直接與負(fù)載的系統(tǒng)，即光伏電池經(jīng)過(guò)逆變后在相應(yīng)控制下，輸出符合并網(wǎng)要求的交流電的光伏發(fā)電系統(tǒng)。該系統(tǒng)中逆變器不僅要實(shí)現(xiàn)逆變還要實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)主要包括最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)、并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的安全保護(hù)技術(shù)。

2 最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)

太陽(yáng)能電池板的最優(yōu)工作點(diǎn)稱為最大功率點(diǎn)，它主要取決于電池板的工作溫度和當(dāng)時(shí)的光照水平。在不同的溫度和光照強(qiáng)度下太陽(yáng)能電池板的最大功率點(diǎn)不同，要使太陽(yáng)電池板盡可能地工作在最大功率點(diǎn)，需要使用光伏最大功率跟蹤（MPPT），MPPT技術(shù)實(shí)施最重要的是尋找合適的MPPT控制算法，能在快速變化的天氣條件下有效地跟蹤最大功率點(diǎn)，控制電池板盡可能地工作在最大功率點(diǎn)上。MPPT有多種算法，常見(jiàn)的有恒壓跟蹤法、電導(dǎo)增量法和干擾觀測(cè)法。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)前光伏組件陣列的MPPT控制一般是通過(guò)DC/DC變換電路來(lái)完成的。其原理框圖如圖2所示。

對(duì)于線性電路來(lái)說(shuō)，當(dāng)負(fù)載電阻等于電源的內(nèi)阻時(shí)，電源即有最大功率輸出。雖然光伏電池和DC/DC轉(zhuǎn)換電路都是非線性的，然而在極短的時(shí)間內(nèi)，可以認(rèn)為是線性電路。因此，只要調(diào)節(jié)DC-DC轉(zhuǎn)換電路的等效電阻使它始終等于光伏電池的內(nèi)阻，就可以實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大輸出，也就實(shí)現(xiàn)了光伏電池的MPPT。

3并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)

光伏發(fā)電系統(tǒng)中的電能變換裝置是一個(gè)核心部件。在光伏并網(wǎng)應(yīng)用中，通常采用并網(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)光伏電池到電網(wǎng)的電能傳遞。并網(wǎng)逆變器的組成主要包括逆變功率電路、入網(wǎng)濾波器及并網(wǎng)控制器等。

并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)采用的是PID控制技術(shù)。工作時(shí)，要求其電流穩(wěn)定輸出，向，由于其輸出與電網(wǎng)直接相連，故其電壓不可控制。只能控制其電流，通過(guò)控制其輸出的電流保證電網(wǎng)與發(fā)電系統(tǒng)電流實(shí)現(xiàn)同頻率對(duì)接。PID在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，采用直接+間接控制的方式，直接控制輔助于間接控制，彌補(bǔ)間接控制的缺陷。并網(wǎng)逆變器控制技術(shù)在PID的作用下，分為電流內(nèi)環(huán)和電壓環(huán)設(shè)計(jì)，目的是提升光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

4 反孤島保護(hù)技術(shù)

并入公共電網(wǎng)中的發(fā)電裝置，在電網(wǎng)斷電的情況下，這個(gè)發(fā)電裝置卻不能檢測(cè)到或根本沒(méi)有相應(yīng)檢測(cè)手段，仍然向公共電網(wǎng)饋送電量，這就產(chǎn)生了孤島效應(yīng)。由于孤島效應(yīng)的潛在危險(xiǎn)性和對(duì)設(shè)備的損壞性，因此，在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用中必須防止孤島效應(yīng)。

孤島效應(yīng)的檢測(cè)和防止一般是通過(guò)檢測(cè)并網(wǎng)系統(tǒng)輸出端電壓的幅值和頻率實(shí)現(xiàn)的。在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，一般可以通過(guò)檢測(cè)輸出端電壓的幅值和頻率來(lái)判斷是否發(fā)生了孤島效應(yīng)。通常的檢測(cè)方法可以分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。主動(dòng)式檢測(cè)是指系統(tǒng)主動(dòng)、定時(shí)地對(duì)電網(wǎng)施加一些干擾信號(hào)，然后通過(guò)檢測(cè)電網(wǎng)的各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)判斷是否發(fā)生了孤島效應(yīng);被動(dòng)檢測(cè)是指主要通過(guò)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，如電壓、頻率等參數(shù)來(lái)判斷電網(wǎng)是否停電。

通常在電網(wǎng)配電開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，如果分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)輸出的功率和電網(wǎng)需求功率之間不平衡時(shí)，會(huì)引起光伏系統(tǒng)輸出電壓的幅值或頻率發(fā)生很大改變，這樣通過(guò)電網(wǎng)電壓的過(guò)（欠）壓保護(hù)以及過(guò)（欠）頻率保護(hù)來(lái)檢測(cè)電網(wǎng)電壓斷電，從而防止孤島效應(yīng)。

5結(jié)束語(yǔ)

光伏發(fā)電與傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)相比具有更多優(yōu)勢(shì)。太陽(yáng)能資源十分豐富，輻射到地球表面的能量巨大，對(duì)于利用太陽(yáng)能是十分有利的。因此太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)是資源最為豐富的發(fā)電技術(shù)。太陽(yáng)能光伏發(fā)電更為安全可靠，不會(huì)產(chǎn)生污染以及噪聲，并且能夠比較靈活，能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行。光伏發(fā)電作為新興產(chǎn)業(yè)擁有巨大的發(fā)展前景，面對(duì)傳統(tǒng)能源日益枯竭的未來(lái)社會(huì)，光伏發(fā)電或?qū)⒊蔀槭锕狻?/p>

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