光伏发电并网技术的发展现状与展望

摘 要：近年来，国家对电力的需求量逐年递增，同时对以化石作为能源的发电类企业的环境监管力度也在逐年提高。因此，太阳能、风能等清洁、绿色能源受到了广泛的认可和关注。本文对光伏发电技术中的最大功率跟踪点（MPPT）以及光伏发电并网系统中逆变器的拓扑结构进行了分析，最后对光伏技术的未来发展趋势作出了展望。

关键词：光伏发电；光伏并网；MPPT；并网逆变器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.176

1 光伏发电技术的现状

1.1 光伏发电的背景与意义

由于化石能源日渐枯竭，以及能源转化过程中产生的排放物对环境的污染，再次引发了世界对绿色可再生能源的关注和重视。2014年国家可再生能源中心和能源基金会适时介绍了《中国2050年高比例可再生能源发展情景暨途径研究》项目，其研究成果显示，在2050年或者更早时间能够实现高比例可再生能源发展，即可再生能源占一次能源消费比例超过60%。其中，风电和太阳能这类清洁能源的装机容量也会逐年上升，最终可再生能源将代替化石能源在能源供应中的主导地位。

1.2 我国光伏发电的发展近况

从上个世纪九十年代开始，我国通过与西方国家合作，在西部各个省份相继建成了数个独立光伏发电工程，扶持了一部分自然条件差，无电边远地区。近些年，我国颁布了一系列的法律、法规，促进了光伏产业的发展，光伏组件的成本日益降低，光伏电站的装机容量开始向百兆瓦级甚至千兆瓦级发展，与建筑物屋顶以及墙面结合的分布式光伏并网发电系统也逐步走进人们的视野。

1.3 光伏并网发电系统分类与组成

在已建成的光伏发电系统中，并网型光伏发电为主流运行模式。这其中又可划分为集中式并网发电系统和分布式小型并网发电系统。分布式光伏系统表现为利用建筑的屋顶及墙面安装光伏组件，所发出的电能首先是自用，多余或不足的部分通过电网调节，与电网形成有效的供需互动。

光伏发电系统主要由光伏阵列、逆变器以及控制器三大部分组成。光伏阵列是整个系统中价值最高的组件，其成本的高低决定着整个系统的造价。逆变器是将光伏阵列输出的直流电逆变为交流电，并且馈入电网的装置。通过嵌入最大功率跟踪点的固定算法，控制器可以有效的提高整体的输出功率，并且控制整个系统的运行状态。

2 相关技术的发展现状

2.1 最大功率跟踪点（Maximum Power Point Tracking）

光伏电能输出的随机性、间断性和不确定性是由太阳辐照度和周围的环境温度引起的。随着辐照度和温度的改变，光伏阵列的输出端电压也随之变化，从而改变整体的输出功率。MPPT的目的是在环境条件不断变化的情况下，光伏阵列仍能输出最大功率，从而提高了发电的效率，同时也可减少储能装置的装机容量，降低整个系统的建设成本。MPPT是一种算法，它是固化在MPPT控制器中微处理芯片内的算法程序。现有的MPPT算法可以分为自寻优法和非自寻优法两大类，自寻优法应用更为广泛，以下是常见的两种自寻优法。

（1）恒压电压法。相对于温度变化的影响，太阳辐照度的变化对光伏阵列输出功率的影响更为明显。对比图1中一族光伏阵列P-V曲线，可以发现每条不同的曲线在最大功率点处所对应的电压值区别不大，我们可以粗略地认为它是一个恒定的电压值，这样就把问题制简化为稳压控制。虽然此方法原理简单，但是控制的精度不高。

（2）导纳增量法。由光伏阵列的P-V特性曲线可知，在最大功率点处，功率对电压的导数为零。

由（3）式可知，当输出电导的变化量等于输出电导的负值时，光伏阵列工作点即为最大功率点。导纳增量法准确性高，而且可随着环境的快速变化仍保持较好的跟踪性，缺点是实现起来较为复杂，对微处理的性能要求比较高，譬如有的场合需要多核处理器来提高运算速度。

2.2 并网逆变器

并网逆变器是光伏并网发电中的核心设备，逆变器的设计及控制方式是核心内容和关键技术。直流链环节采用并联电容器储能的为电压型逆变器，直流侧采用串联电感提供稳定直流输入的为电流型逆变器。由于直流链电感的起动态响应效果不佳，现有的结构多数采用电压型逆变器。单相及三相并网型逆变器的拓扑结构如图2所示，直流链采用电容来储能并滤除高频纹波，电容对于后级逆变电路可等效为一个电压源。在二级或多级光伏系统中，通常会在逆变环节之前，光伏阵列直流输出之后，加上一级直流斩波电路，用以稳定逆变环节输入的直流电压，使其满足逆变的输入电压要求。

3 结论

本文分析了光伏发电技术的发展现状，结论如下：

最大功率跟踪点：虽然各种MPPT的算法都能实现最大功率的输出，但是他们都存在一定的不足之处，有的体现在精确度，有的表现为动态响应的速度。随着研究的不断深入以及计算机技术的发展，今后会有更加完善的方法出现。

随着技术的发展，逆变器已由单级拓扑结构发展为多级拓扑结构，虽然上述改进提高了光伏发电系统的效率，但由此产生的统一控制问题，多个逆变器产生的谐波叠加问题，都有待在今后的研究中解决。

参考文献

[1]赵杰.光伏发电并网系统的相关技术[D].天津：天津大学，201.

[2]袁建华.分布式光伏发电微电网功能系统研究[D].济南：山东大学，2011.

[3]艾欣，韩晓男，孙英云.光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望[J].现代电力，2013.2（30）：1-7.

作者介绍：刘珅（1983-），男，研究生，工程师，主要从事电气供配电设计工作。