電氣自動(dòng)化在太陽(yáng)能光伏發(fā)電中的運(yùn)用研究

湯森塏 朱展翔

（中國(guó)聯(lián)合工程有限公司）

0 引言

太陽(yáng)能是社會(huì)范圍內(nèi)持續(xù)力量較強(qiáng)的一種能源，借助光伏發(fā)電技術(shù)能夠?qū)⑻?yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，由此緩解我?guó)能源缺乏的社會(huì)危機(jī)。不僅如此，在借助太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電的時(shí)候，不僅能夠提升能源利用率，而且還不會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境帶來(lái)污染。

基于全球可持續(xù)發(fā)展，綠色能源與低碳生活理念的重要性更加明顯，特別是太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)，被廣泛應(yīng)用在西方發(fā)達(dá)國(guó)家，在我國(guó)也不例外。太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)的成熟發(fā)展能夠?yàn)槲覈?guó)資源、能源高效率利用和環(huán)境的穩(wěn)定發(fā)展提供穩(wěn)定有力支持。在資源、能源日益節(jié)約的背景下，如何借助太陽(yáng)能光伏發(fā)電來(lái)提高資源和能源利用率成為相關(guān)人員需要思考和解決的問(wèn)題。電氣自動(dòng)化技術(shù)在太陽(yáng)能光伏發(fā)電中的運(yùn)用能夠提高太陽(yáng)能利用效率［1］。為此，本文結(jié)合太陽(yáng)能光伏發(fā)電運(yùn)行原理，就電氣自動(dòng)化在太陽(yáng)能光伏發(fā)電中的運(yùn)用問(wèn)題予以探究。

1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)概述

太陽(yáng)能光伏發(fā)電的原理是根據(jù)陽(yáng)光所具有的光伏效應(yīng)來(lái)將太陽(yáng)光散射輻射、反射輻射等多個(gè)類型的太陽(yáng)輻射轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，由此滿足發(fā)電需求。在放電控制器、蓄電池、逆變器的支持下會(huì)實(shí)現(xiàn)能源的順利轉(zhuǎn)換。

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽(yáng)能光伏電池板、儲(chǔ)電裝備、控制器、逆變器共同組成，在具體運(yùn)作的時(shí)候主要牽扯到電能變換系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)。在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的作用下能夠?qū)⑻?yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，之后在逆變器的作用下?shí)現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)換，為負(fù)載用戶提供支持。

和傳統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)相比，太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)有著各自的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，太陽(yáng)能的發(fā)電系統(tǒng)能量來(lái)自太陽(yáng)，取之不盡用之不竭，由此會(huì)使得能源的獲取不受外界因素的限制。

當(dāng)前，對(duì)太陽(yáng)能利用的方式有三種，分別是光熱效應(yīng)、光伏發(fā)電利用、光化學(xué)轉(zhuǎn)化。光熱利用具有成本低廉、方便快捷的特點(diǎn)，但是對(duì)場(chǎng)景的適用范圍有一定的要求，不利于能量的傳遞［2］。光化學(xué)轉(zhuǎn)化體現(xiàn)在植物的光合作用上。光伏能源作為一種清潔能源相較于其他能源來(lái)說(shuō)有非常大的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為：①光伏能源環(huán)保，光伏發(fā)電過(guò)程不會(huì)造成任何的環(huán)境污染，是純綠色能源。②不受地域限制，且能夠利用屋頂、車(chē)棚頂建設(shè)光伏電站來(lái)進(jìn)行建設(shè)。③建設(shè)周期短，一個(gè)屋頂電站在幾天內(nèi)就能夠鋪設(shè)完成，方便快捷。

2 電氣自動(dòng)化在太陽(yáng)能光伏發(fā)電中的運(yùn)用

在現(xiàn)代電氣工程發(fā)展中，電氣自動(dòng)化在其中占據(jù)十分重要的地位，也是推進(jìn)工業(yè)化進(jìn)程的重要力量。將電氣自動(dòng)化技術(shù)引入到電力行業(yè)中能夠提高電力行業(yè)的發(fā)展效率，并為整個(gè)電氣工程的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)支持。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用范圍廣泛，不僅被人們應(yīng)用到居民樓、商場(chǎng)保安設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域，而且也會(huì)被應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域。當(dāng)前，自動(dòng)化技術(shù)被人們應(yīng)用到照明系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)、供暖系統(tǒng)，在無(wú)線控制、遠(yuǎn)程控制等多樣化控制手段的支持下能夠?qū)Ω鱾€(gè)家電設(shè)施予以控制，精準(zhǔn)計(jì)算設(shè)備性能，保證監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。

（1）電氣自動(dòng)化在光伏建筑和水泵系統(tǒng)中的應(yīng)用

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展支持下，社會(huì)范圍內(nèi)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)日益增多，如何富有效率的管理太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)成為相關(guān)人員需要思考和解決的問(wèn)題。從實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)作的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)一些難以發(fā)現(xiàn)的故障問(wèn)題。將電氣自動(dòng)化引入到太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中會(huì)降低故障處理難度，即在龐大的太陽(yáng)能電磁板出現(xiàn)問(wèn)題之后，借助電氣自動(dòng)化系統(tǒng)就能夠輕易察覺(jué)系統(tǒng)故障，并通過(guò)故障的形式來(lái)采取對(duì)應(yīng)的措施予以處理。

某工程建設(shè)了BIPV光伏并網(wǎng)示范電站，電站容量為14.08kW，整個(gè)項(xiàng)目容量為14.08kW。整個(gè)項(xiàng)目安裝為建材一體型。工程在2019年搭建了太陽(yáng)能電池板，使用光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)作為重要的監(jiān)控系統(tǒng)，在光纖環(huán)形的支持下實(shí)現(xiàn)鄰近逆變器環(huán)網(wǎng)交換機(jī)的相互連接。光伏電站綜自系統(tǒng)能夠?qū)夥ㄖ倪\(yùn)行情況予以全過(guò)程的監(jiān)督，具體內(nèi)容如下：第一，實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能電池板的電壓、電流和運(yùn)行情況。第二，通過(guò)檢測(cè)光伏發(fā)電系統(tǒng)防雷器的狀態(tài)、斷路器狀態(tài)信息實(shí)時(shí)性地監(jiān)控逆變器的工作狀態(tài)。第三，在電氣自動(dòng)化技術(shù)的支持下能夠?qū)⒐夥l(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、過(guò)往故障予以顯示。第四，全面記錄電量累積、系統(tǒng)參數(shù)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)信息的整合應(yīng)用及時(shí)察覺(jué)故障發(fā)生的位置，由此采取對(duì)應(yīng)的緊急維修措施。

（2）電氣自動(dòng)化在光伏發(fā)電系統(tǒng)直流逆變中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是直流電結(jié)構(gòu)，在資源轉(zhuǎn)換的過(guò)程中具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉的特點(diǎn)，但是由于系統(tǒng)每次使用的負(fù)載電壓不同，很難為光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行制定出規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，在并網(wǎng)運(yùn)行出現(xiàn)之后，人們對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行提出了更高的要求，即在并網(wǎng)的支持下能夠?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姟?/p>

交流電力輸出光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列、充電放電控制器、蓄電池、逆變器等組成。其中，逆變器的性能關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作成效，在電氣自動(dòng)化的支持下能夠?qū)ι鲜龅牧悴考M(jìn)行控制，最終將光伏直流發(fā)電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡?］。

在太陽(yáng)能光伏發(fā)電中，通過(guò)對(duì)發(fā)電站內(nèi)部一次配電、二次配電網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)督控制能夠幫助相關(guān)人員更為全面地了解發(fā)電站內(nèi)部各個(gè)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行情況，并就充電放電控制器、蓄電池、光伏陣列等設(shè)備實(shí)施全過(guò)程的運(yùn)行監(jiān)控。

（3）電氣自動(dòng)化在光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是將太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)和常規(guī)電網(wǎng)系統(tǒng)連接在一起，之后共同承擔(dān)電力供應(yīng)的任務(wù)。在白天陽(yáng)光充足的時(shí)候，逆變器會(huì)將光伏系統(tǒng)的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)檎医涣麟?，在此期間從產(chǎn)生的交流電能夠直接供應(yīng)給交流負(fù)載，剩下的電能會(huì)被輸入到電網(wǎng)中。在沒(méi)有陽(yáng)光的時(shí)候，負(fù)載用電將完全由常規(guī)電網(wǎng)供給，在電氣自動(dòng)化技術(shù)的支持下會(huì)根據(jù)太陽(yáng)能發(fā)電量來(lái)分析常規(guī)電網(wǎng)的電量數(shù)據(jù)，判定電量是否充足，如果充足要及時(shí)予以供應(yīng)。

在光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)作的時(shí)候會(huì)通過(guò)將類型不同發(fā)電模式的合理搭配以及有效的電力輸送來(lái)合理利用電力資源。為了能夠規(guī)避光伏發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，借助電氣自動(dòng)化技術(shù)會(huì)幫助相關(guān)人員實(shí)時(shí)檢測(cè)同期點(diǎn)兩邊的電氣量，之后通過(guò)邏輯判斷捕捉滿足同期并列要求的數(shù)據(jù)，有效彌補(bǔ)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間差，提前發(fā)送同期合閘命令，使得光伏發(fā)電系統(tǒng)同期合閘時(shí)頻率偏差、電壓偏差能夠滿足規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)要求。

（4）電氣自動(dòng)化在光伏發(fā)電無(wú)功補(bǔ)償控制中的應(yīng)用

光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，其中系統(tǒng)中的多個(gè)元器件會(huì)在啟用的時(shí)候產(chǎn)生無(wú)功損耗和諧波，在無(wú)功損耗和諧波的作用下會(huì)加劇電力系統(tǒng)的不穩(wěn)定，嚴(yán)重的情況下還會(huì)出現(xiàn)供給電壓不足或者電壓超負(fù)荷的情況。而在電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的支持下能夠根據(jù)實(shí)際需要精準(zhǔn)調(diào)節(jié)光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率，由此使得無(wú)功損耗、諧波不會(huì)影響到太陽(yáng)能光伏發(fā)電的穩(wěn)定性和安全性。

某公司太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償裝置應(yīng)用了NSA200APF有源電力濾波裝置，整個(gè)裝置在使用的時(shí)候呈現(xiàn)出以下特點(diǎn)：第一，光伏發(fā)電無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)功能完善，在系統(tǒng)運(yùn)作的時(shí)候能夠?qū)μ?yáng)能供電提供完善的保護(hù)、策略以及控制功能和優(yōu)化的系統(tǒng)方案。第二，光伏發(fā)電無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠，產(chǎn)品軟件架構(gòu)合理，其中產(chǎn)品硬件結(jié)構(gòu)布局以及電磁兼容均滿足國(guó)家以及行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，能夠保障所有設(shè)備長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。第三，光伏發(fā)電無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)較強(qiáng)的拓展性。光伏發(fā)電無(wú)功補(bǔ)償控制系統(tǒng)裝置采取了模塊化的設(shè)計(jì)形式，各個(gè)插件的模塊具有很強(qiáng)的市場(chǎng)通用性和拓展性，且維護(hù)方便便利，在該系統(tǒng)的支持下能夠更好地整合利用太陽(yáng)能資源，滿足太陽(yáng)能系統(tǒng)發(fā)電的要求。第四，較強(qiáng)的通訊功能。通訊規(guī)約種類豐富，并且能夠根據(jù)太陽(yáng)能發(fā)電需求對(duì)規(guī)約進(jìn)行相應(yīng)擴(kuò)展，而且通訊模塊能夠滿足各種組合。

（5）電氣自動(dòng)化在太陽(yáng)能光伏發(fā)電全壽命周期系統(tǒng)中的應(yīng)用

為了能夠更好地延長(zhǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備的使用壽命，發(fā)揮出設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和動(dòng)能水平，需要相關(guān)人員強(qiáng)化對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)的重視，定期采取科學(xué)的方式檢修系統(tǒng)故障，為系統(tǒng)的全生命周期運(yùn)行提供穩(wěn)定的支持。將電氣自動(dòng)化引入到太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)控制中使人工從煩瑣的勞動(dòng)體系中釋放出來(lái)，在先進(jìn)技術(shù)的支持下實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的全天候檢修控制，幫助相關(guān)人員更為精準(zhǔn)地把控光伏發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備的應(yīng)用狀態(tài)，在光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)溫度提升、振動(dòng)偏差的時(shí)候，借助電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以將設(shè)備的運(yùn)作狀態(tài)在第一時(shí)間反饋給技術(shù)人員，由技術(shù)人員來(lái)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)作故障予以檢修，規(guī)避因?yàn)閮?nèi)外部因素變化所誘發(fā)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)作故障［4］。另外，在電氣自動(dòng)化技術(shù)的支持下還能夠更全面地整合太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)作數(shù)據(jù)信息，通過(guò)對(duì)信息的分析找到太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的局限和薄弱點(diǎn)，就此提出對(duì)應(yīng)的維護(hù)措施，從而有效延長(zhǎng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的使用壽命。

3 電氣自動(dòng)化在太陽(yáng)能光伏發(fā)電中的應(yīng)用趨勢(shì)

我國(guó)地區(qū)地域遼闊，由此為太陽(yáng)能光伏發(fā)電的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)支持，太陽(yáng)能光伏發(fā)現(xiàn)具有良好的應(yīng)用前景，將電氣自動(dòng)化應(yīng)用到太陽(yáng)能光伏發(fā)電領(lǐng)域會(huì)在以往的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強(qiáng)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、可靠性，在確保太陽(yáng)能資源有效利用的同時(shí)減少人力資源的消耗。

目前，我國(guó)百分之八十的電力能源都是火電廠提供的，由于設(shè)備的構(gòu)造以及材料的不同，使得火電廠在運(yùn)行的過(guò)程中，熱能回收出現(xiàn)差異的現(xiàn)象，熱能回收率較低會(huì)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成一定的影響。另外，站在環(huán)境保護(hù)的角度，電力系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展方向一定會(huì)注重光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及水能發(fā)電等清潔可再生能源［5］，隨著雙碳政策的持續(xù)推進(jìn)，新型能源的發(fā)展迫在眉睫。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展支持下，電氣自動(dòng)化被人們廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，在電氣自動(dòng)化技術(shù)的支持下能夠有效提升太陽(yáng)能光伏發(fā)電的效率。電氣工程的發(fā)展離不開(kāi)電氣自動(dòng)技術(shù)的支持，在電氣自動(dòng)化技術(shù)的支持下能夠?yàn)殡姎夤I(yè)發(fā)展提供動(dòng)力支持，因此，電氣自動(dòng)化技術(shù)被人們廣泛的應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護(hù)、建筑工程、商場(chǎng)安保、照明系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域，為提升電力系統(tǒng)工作效率，推動(dòng)電氣工程良性發(fā)展提供了充足的技術(shù)支持，有效保障了各個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。太陽(yáng)能是我國(guó)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中的新型清潔能源，太陽(yáng)能的主要使用模式是在技術(shù)的支持下來(lái)將其順利轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。鑒于電氣自動(dòng)化技術(shù)在電氣系統(tǒng)中的突出表現(xiàn)，研究該技術(shù)在太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用顯得尤為重要。為此，本文在闡述電氣自動(dòng)化在太陽(yáng)能光伏發(fā)電中的應(yīng)用原理的基礎(chǔ)上，從逆變器控制、光伏建筑和水泵系統(tǒng)建設(shè)、無(wú)功補(bǔ)償機(jī)制、直流電控制、光伏發(fā)電并網(wǎng)控制等方面具體分析電氣自動(dòng)化在太陽(yáng)能光伏發(fā)電中的應(yīng)用，旨在能夠在電氣自動(dòng)化的支持下更好地提高可再生能源的利用率，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的有效保護(hù)。