农村光伏微网研究及设计

苏建欢 蓝良生 郑述星

摘 要：本文通过研究农村分布式光伏发电系统，拟设计减少小功率分布式光伏发电系统对配电网的污染，提高农村分布式发电系统的稳定性及安全性。建设一个合理的农村分布式发电的微电网系统，减少电能污染，提高分布式发电系统的电能质量和发电效率，同时可以提高农户的收入，降低农户用电成本，使分布式发电系统可以更广泛地推广使用。

关键词：农村光伏 分布式发电 MPPT

中图分类号：F42 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）02（a）-0073-02

能源作为现代社会发展的基石，当今社会能源主要来自于化石能源。洁净的能源一直是人们研究的方向特别是太阳能，大型光伏发电站的缺点是占用面积大且发电效益不高成本投入过大，要研究一种成本较低且能大面积推广的分布式发电系统。

农村太阳能能源利用率一直很低，建设一种合理的发电储存及利用一体化设计，设计要基本满足农户本身的日常用电并能在发电高峰期把电能输送到电网中同时减少对配电网电能质量的污染。

1 系统的组成和设计原理

系统光伏组是由每个用户按照家中可铺设的太阳能光伏电池板的面积决定，有利于拥有较广面积的農户可以铺设更多的光伏矩阵得到较多的电能，通过升压电路把电压升至400V输送到直流高压母线中并通过农户各自安装逆变器把高压母线的电能逆变为市电提供给农户使用，这样有利于在配电网断电时或者本区域发电量能够满足本区域用电时达到自产自销的合理使用；在发电量不足时通过配电网补充，形成双电源供电提高电能稳定性。在发电高峰期通过高性能的逆变器把直流高压母线电能逆变成为高质量电能输送到配电网，这样有利于减少小型分布式发电系统对配电网的电能的污染。高质量的逆变器可以使用欧洲标准的高质量逆变器例如西门子SINVERT PVS系列的逆变器。

2 光伏电池板仿真模型

由常用的光伏电池数学模型计算公式

其中，变化量取通用参考值是参考光照强度常用取值为（1000W/）是实际电池板温度和参考温度的差值是实际光照强度与参考值的差值是光伏电池在光照强度R与电池温度T时的短路电流（A）是光伏电池在光照强度R时的开路电压（U）；a、b、c为常数它们的典型值分别为0.0025/℃、0.5/℃、0.00288/℃基于以上公式利用MATLAB/SIMULINK建立光伏板的MPPT仿真模型。

模型是通过电压电流检测反馈回来的电压电流值来与上个时刻采样回来的电压电流值经行比较，根据比较的结果传递到PI控制器继而得到一个控制器的输出的占空比D并把传递到PWM控制模块。根据传递过来的占空比D与三角波经行比较从而生成PWM来控制输出电压。

3 逆变器的拓扑结构

一个逆变器的拓扑结构的选取会影响到逆变器的效率损耗及安全性，要选取一个合适的符合实际应用的拓扑结构是必须的。根据农村的天气多元化空间小、使用安全性及成本低来选取一个合适的拓扑结构，根据已知常用的控制方式有：电压源电压控制方式，电压源电流控制方式，电流源电压控制方式，电流源电流控制方式这几类以电流源为输入的逆变器，在直流侧需要串联一大电感作为提供比较稳定的直流电流输入，但是由于这个大电感往往会导致系统动态响应慢，因此并网逆变器采用以电压源输入这样也符合光伏板经过MPPT控制输出时的电压输出。微电网是一个类似电流源的系统所以为了简单并联运行控制，所以选取电压源电流控制方式。在实际应用中以电压型控制为主电路可以实现有源滤波和无功补偿的控制，这样的控制方式在实际中得到广泛的应用，并且可以最大化进行光伏发电和提高供电质量减少功率的损耗、减少设备的成本价格。

主电路选取全桥式结构，全桥结构开关管承受的电压要比推挽式结构承受的电压要小，推挽式开关管承受电压为直流输入的两倍，半桥式需要输出双极性的SPWM，全桥式只需要输出单极性的SPWM就可以采用硬件设置可以驱动全桥式电路。由于直接逆变存在较高漏电风险不合适在农村地区使用，工频隔离效率低下价格较高也不合适，所以选取高频隔离式系统且是两级隔离DC-DC/DC-AC结构从经济和安全及功率大小都适合。

4 微网结构及效率

南方农村每户的平房面积都不是很大，大约在100～150m2之间。造成每个单元的功率不大，所以需要把这些单元的电能经行整合，通过升压器把电压升至400V输送到高压直流母线中并由高压直流母线进行逆变并网，这样有利于提高系统的稳定性减少向电网输入较多的谐波和不必要的干扰。高压直流母线逆变到用户负荷中，可以满足人们日常的电能需求，在发电高峰期时把电能逆变到电网中去，如高压直流母线的电能不足时由电网补充用户负荷，这样满足了用户负荷的多样性，也提高发电的使用率，减少用户的用电成本，提高供电电压的稳定性。对于有能力安装储能设备的单元可以直接进行储能充电，在夜间也可以进行供电。

5 结语

对于农村的微网建设要结合当地的实际情况进行设计，由于农村的光伏发电功率不大，所以要先进行一次整合再进行与电网的并网，这样有利于减少对电网的干扰，减少对电网的危害，只有在保证对配电网污染最小的情况下进行并网才是农村分布式发电的发展方向。农村分布式发电要与当地配电网相互进行协调，在保证当地电网的电能质量及电能的安全可靠性的前提下，建设一个符合农村的分布式发电系统。

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