分布式光伏发电运行控制技术分析

2017-04-16比亚迪汽车工业有限公司王营辉

电子世界 2017年14期

关键词：直流分布式太阳能

比亚迪汽车工业有限公司王营辉

分布式光伏发电运行控制技术分析

比亚迪汽车工业有限公司王营辉

分布式光伏发电技术是一种新型的发电技术，相对于传统的发电技术而言，这种技术具有节能、环保、经济性高等有点，分布式光伏发电技术的应用也越来越广泛，对我国电力行业的发展有一定的促进作用。本文对分布式光伏发电运行控制技术进行分析和探讨。

分布式光伏发电；发电技术；光伏发电系统；分布式控制

引言

利用光能发电是电力行业发展过程中的重要趋势，光伏发电模式是光能发电领域中的一种重要实践技术，光伏发电机组是一种特殊的发电设备，因为光伏发电本身与常规电源不同，具有随机性、间接性，在发电系统中必须要加强对光伏发电技术的控制。分布式光伏发电技术是并网型光伏发电系统，以太阳能光伏阵列直接将太阳能转化为直流电源，而且系统的稳定性较高，当光伏发电系统出现故障的时候可以启动自动保护功能，使得光伏发电系统与交流母线之间脱离，实现并网与离网之间的过渡。

一、光伏发电系统概述

光伏发电技术是利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转化为直流电的技术，太阳能作为清洁、可持续能源，在发电系统中的应用前景越来越大，在当前的发电系统中有多种形式的光伏发电系统，常用的是独立太阳能光伏发电系统、并网太阳能光伏发电系统、分布式太阳能光伏发电系统。其中独立光伏发电系统是一种独立运行的发电系统，和电网之间没有联系，一般建立在与电力系统相隔较远的边远地区或者野外，白天太阳能丰富的时候可以将太阳能转化为电能，储存在蓄电池中供晚上使用。但独立光伏发电系统的稳定性不高，所以一般都会建立一个普通的辅助电站，一旦出现故障时可以应急，所以独立光伏发电系统的成本较高。并网光伏发电系统的一个特点是将光伏发电设备与电网并网连接在一起进行发电的一种模式，光伏发电系统产生的电能必须要经过逆变器转化之后才可以送入电网，不需要蓄电池，而且运行比独立光伏发电系统稳定，成本更低。这两种发电系统都有一定的局限性，随着电力行业的不断发展，发电技术的研究也越来越深入，产生了一种新的发电模式，即分布式光伏发电，该模式是一种就近发电、就近并网利用的发电模式，属于家庭发电模式中的一种，具有很高的节能性、环保性，而且分布式光伏发电系统使用十分便捷，群众可以在自家屋顶以及户外场地中选择合适的位置进行安装，安装过程简便，设备的空间占用率小，由于优点众多，当前分布式光伏发电的应用越来越广泛。

二、分布式光伏发电控制系统

分布式光伏发电系统的能源主要有太阳能和风能两种，其中采用并网和电储存技术，可以提高电能储存效率，实现对电能的优化管理。分布式光伏发电控制系统分为可调式和不可调式两种结构。

在分布式光伏发电系统中，并网逆变器是一个十分重要的组成部分，并网逆变器可以将光伏阵列产生的电能转化为与电网电压相同、频率相同的交流电能，如果电网出现断电故障，则你变并网系统会自动停止向电网供电，具有很高的稳定性。当白天的太阳能充足的时候，如果光伏发电系统产生的交流电能可以满足负载的用电需求，则还会将富余的电能馈送给电网，夜间光伏发电系统的交流电供应不足的时候，可以补充电网的电能需求。

三、分布式光伏发电系统控制技术

分布式光伏发电系统由太阳能电池组件、光伏防雷汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、配电系统等部分组成，太阳能电池组件主要负责将太阳能直接转化为直流电能，光伏防雷汇流箱和直流配电柜的功能是将太阳能光伏阵列的多路直流输入汇成一路直流输出。并网逆变器则将光伏阵列输入的直流电能逆变成单相交流电，当前分布式光伏发电系统中常用的并网光伏逆变器大多采用双极结构，因为光伏阵列提供的直流电压普遍比交流输出电压要低，在直流交流变换电路中，瞬时输出的电压比输入电压值低，因此只能实现降压变换。因此，在桥式逆变电路中可以增加一级直流-直流变换器，使得输入的直流电压可以升高。同时，由于光伏阵列的滞留电压的典型值相对于交流电压的峰值要低很多，所以直流-直流变换器应该要具有较高的电压增益效果。

分布式光伏并网发电系统包括停机、待机、电网检测、运行、故障处理等六种模式，下面分别阐述：

（一）停机模式

当对装置的交流电压加电之后，装置处于停机状态，在待机、电网监控和启动等过程中，在触摸屏、后台等可以发布停机指令，从而使得设备退出工作状态，处于停机状态。在待机、电网监控、启动过程中、运行状态下如果发生了故障，如果连续五次复位失败，则装置将会退出工作状态，转到停机状态。

（二）待机模式

处于停机状态时，如果交流手动断路器和直流手动断路器处于闭合状态，在触摸屏和后台下发启动命令，或者在人机接口面板上旋转启动停止按钮到启动位置，装置就可以从停机状态转变为待机状态。当光伏阵列电压比预先设定的最低启动电压值低的时候，系统也将保持在待机状态。在待机状态下，如果装置检测到有故障发生，则将自动退出待机状态，转到故障状态。

（三）电网监控模式

电网监控模式主要监控电网电压以及频率是否超过限制值，从而确保装置稳定性与安全性。在装置的触摸屏上可以设置电网监控时间，同时也可以通过远程控制实现电网监控之间的设定。当电网处于监控状态时如果检测到有事故发生，则会退出电网监控状态，转到故障状态。

（四）启动模式

在设定的时间范围内，如果阵列的输入电压大于初始设定的电压值，而且电网的电压和频率都保持正常，则装置会进入启动状态，此时交流和直流接触器相互吸合，在这种模式下逆变器会对阵列电压以及电流进行实时监控。当交流直流接触器完全闭合的时候，装置从启动状态转为运行状态，在启动状态中，如果装置检测到有故障发生，则会自动转为故障状态。

（五）运行模式

装置运行过程中可以实现光能向电能的转化，其中起主要作用的元件的是并网逆变器，在运行状态中，如果设定时间范围内实测功率比预先设定的功率值低，则会停止向电网馈送电能，并且跳转到待机状态；如果系统检测到故障发生，也会自动跳转到故障状态。

（六）故障模式

当光伏并网系统出现故障的时候，逆变器会停止工作，并且将交流侧的接触器断开，使得主电路与电网之间的相互脱离。在故障模式中还会自动进行复位，每个一分钟会自动复位一次故障，并且会尝试并网，如果连续五次复位都失败，则会自动跳转到停机状态。