光伏发电系统功率预测及控制技术分析

夏巨龙

（湖南动力源电力勘测设计有限公司 湖南 长沙 410021）

前言

化石生物燃料在经过人们的大量开发和使用后，总体储量开始变得稀薄，面对这样的经济发展背景，新型可再生清洁能源因自身独特的市场优势和使用优势迅速取得了高度的关注。在此期间，太阳能能源则属于其中的佼佼者。利用太阳能光伏发电技术对太阳能进行高效转化，并对其展开深入研究，能够为能源领域创造出非常可观的经济效益。因此，本文主要以光伏发电系统为核心，针对光伏发电技术体系进行深入探讨。

1 光伏发电系统功率预测及控制技术研究意义

当前阶段的能源来源于途径主要是化石能源，由于化石能源属于不可再生型能源、同时总量一定，并且开采期间容易使环境受到污染等特点。正式因为化石能源本身具有的不可再生性，所以人类不可无限利用这一能源，据世界能源机构总结可知，现有已探明煤、石油等总储存量的前提下，辅以现行开采速度，世界范围内煤的储存总量最终使用年限在230年左右，同时我国煤储存总量的最终使用年限在81年左右；全球石油总量可使用年限在45年左右，在我国的储存量可使用年限在18年左右；世界总体天然气量可食用年限在61年左右，我国储存量可使用年限在约30年左右。煤资源与石油、天然气作出对比，其总体时间不短，在两百年左右，但是经济全球化的高速发展，再加上第三次科技革命即将来临，此时能源问题已经迫在眉睫。。由于不可再生能源的开采活动会对周边环境造成严重的污染，并且各种类型的工业生产机械或者交通工具的运行均会排放出大量废气，给人们的正常生活造成十分恶劣的影响。上述各种污染现象在如今依旧大量存在，全球气温和海平面的不断上升也给人们的生活空间带来了严重内的威胁。针对这种发展现状，需要坚持走可持续发展路线，解决能源消耗带来的各方面问题[1]。

2 三相光伏发电系统并网控制策略

光伏并网控制属于发电系统的重要组成结构，首先需要对发电系统整体给偶偶早展开分析，将逆变器为研究核心，在abc1aβ1dq坐标系中建立起对应标准，同时构建数学模型，将其作为电流控制目标分析依据，同时制定出矢量控制方法，其中基于电压定向的双环PI控制，技术相对成熟、控制方式简易，但此间设备运行稳定性存在一定问题，不能有效控制内环交流量，同时其自身也很容易被电网干扰[2]。分析控制中的不足之处，需要选择PR控制系统，因为PR能够增加闭环极点，此时可以站在理论角度进行分析，谐振频率处表现出的数值情况，同时此间的幅值增益会表现出无穷大的特点，因此能够对内环交流量加以有效控制，并且无静差控制工作也会变得更加简易，抗电网干扰水平由此增强。全面一提抗电网频率偏移水平，需要选择改进型控制器设备，实现PR控制，此间需要格外关注谐波补偿工作。组织了发电系统构造歌剧，整理出仿真模型，主要包括MPPT模块、SPWM模块、锁相环模块、坐标变换模块以及电流内环模块，借助最终仿真效果，针对验证准PR控制展开分析，明确设备使用优越性[3]。

内环PR以及准PR，对二者控制操作展开研究：同领域研究者基于内模原理展开分析，明确谐振控制器(PR)使用方式，需要将指令进行规划控制，并将其植入逆变并网中，在此时实现对指令的有效控制。并网控制详情如图1内容所示：

3 光伏发电系统的最大功率跟踪控制

3.1 大功率跟踪的基本拓扑

在正式使用两级式光伏并网逆变器后，此时的最大功率数据清晰，并且控制电路拓扑如图2中的内容中所示，第一级属于直流Boost升压变换器，可以实现对通过控制PWM信号的有效控制，并且此时的开关频率也能够得到保证，实现升压效果明显。此间还需要首先检测PV光伏板运行状态，保证实时的输出电压足够稳定，并且和输出电流也需要控制在固定标准范围内，按照根据最大功率进行计算，明确最终控制方法的有效性，经过控制算法计算后可以得知，实时到光伏电池的工作电压参考值为Ue，在此之后然后对光伏电池进行记录，并为的输出电压实时进行采样，在控制后续将输出电压的过程中，与光伏电池的工作电压参考值则会不断减弱相减，将最终得到的电压指令将会被传送至输入到PI控制器中，输入三角载波信号也会发生变化，转换成为一种新的为PWM控制信号后，完成上述操作步骤后，对Boost升压变换器需要做到精准控制，保证实现输入电压始终处于的可闭环控制状态，呈闭环运行模式；为保证了使Boost换流器工作稳定性，保证输出电压U2固定性不会越限，同时还需要在参考值Uer，并适度加入了限幅标准环节，对参考值进行一定的改变，保证使直流母线电压稳定，确定其不会赶超超过其上、下最终限值[4]。此后的第二级操作同样如此，为保证光伏并网逆变器稳定，的控制拓扑工作需要足够清晰且准确，利用外环电压控制环节可以进行直接操作，保证对直流母线的电压处于合适的工作状态下进行调节，此间还需要确认使得直流电压能够始终维持在达到固有稳定循环内状态，在控制内环电流期间，控制环节可以对逆变器进行调节，保证最终输出功率因数稳定性进行调节[5]。

并网逆变器设备具有特殊实用性，需调节自身要通过对自身的输出电流，保证做出有效的矢量控制有效性，保证实现对输出功率和设备无功功率的有效控制。具主要体控制操作内容为如下：通过对电感的控制，保证设备两端电压稳定性，的矢量控制，可以实现对输出电流加以调节，保证矢量稳定的幅相控制[6]。因为矢量方向以及控制器控制变量存在一定程度的差别，能够将光伏并网作出改良，并且此时的逆变器的实时控制，需要保证策略合理转化的合理性，为电流闭环矢量控制提供保障作用，同时为策略以及功率闭环直接功率控制供给策略两种不同选用类别[73]。在此期间，由于电流闭环自身的原因，控制矢量控制选用的控制策略需要格外关注，并且此时的对坐标系还会发生实时进行变换作用，将原本静止状态下的坐标系交流量代表的坐标进行变换，而后将其中的能量记性转，使其最终换成为一种张与系统角频率保持同转速的旋转坐标系的直流量形式，利用比例积分调节器能够实现无差调节电流；因为同处一个坐标系下，此时的电流与电压分量均会同步发生旋转，所以实现有功功率和无功功率解耦控制方面的效果极佳；针对电网电压进行控制，此间的电压实时定向矢量控制(VOC)工作需要高度重视，并且以及虚拟磁链定向同样会在此时发生反应，产生的矢量控制(VFOC)，并且这需要与同步旋转坐标的系中d轴保持同步，但是二者提供的参考方向又存在一定差异性有数不同，所以会产生一定程度的差异性[87]。

3.2 最大功率跟踪原理.

系统最高功率跟踪主要是指光伏电池在将接收到电能进行转换的过程中，始终保持自身的最大输出功率，同时还需要以最高标准利用太阳能发电控制技术，借助对电路占空比控制作用的调节，进一步实现输出功率方面的改变。因为光伏电池输出的有功功率等于其两端电压和流经电流的乘积，经过对输出功率的检测可以得知光伏电池输出的运行状态，进而对控制信号进行脉宽调制，使光伏电池的电流发生变化，从而使光伏电池在工作过程中保持最大功率输出。由于光伏电池的等效电路为非线性元件，因此其输出特性比较复杂不便于理论分析，下面以简单线性电路的最大功率输出原理进行介绍，说明光伏电池在实现最大功率跟踪时的阻抗匹配过程[98]。

3.3 光伏并网系统体系结构

足够完整的并网光伏发电系统主要包括光伏阵列、直流配电柜、逆变装置、储能装置、并网保护装置、交流电网以及负荷等部分构成。系统发电全部过程如下：首先由太阳光照射太阳能电池块，此时光伏阵列会进行实时作用，同步产生光生伏打效应输出直流电，此后经由并网逆变器进行作业，实现直流电至交流电形式之间的能量变化转换，利用传输线将实时交流电完全输送给系统的负载设备使用，期间的各项储能装置均可以光伏发电产能过剩的情况下吸收多余电能，还可以在光照不足或者发电量不能有效满足负荷要求的情况下将自身存储的能量予以释放，因为并网逆变器本身系统中存在一定差别，配置的多个具备太阳能量优化功能的量级控制部件配置不足，功率优化控制部件、并网故障保护部件以及充放电控制等均能够发挥出非常良好的作用[109]。

4 结语

综上所述，本文主要针对光伏发电系统的实际跟踪控制能力展开研究，同时针对并网逆变控制技术做出有效分析，保证光伏并网后续系统响应状况能够得到准确的分析结论。通过对光伏发电站系统最终阶段的设计方案内容总结，可以指出系统采用两级式并网逆变器MPPT单环控制结构后，可以取得非常优质的使用效果。在此期间，选用两级式并网逆变器单环控制结构还可以进一步够满足系统正常运行状态的需要，同时可靠性和稳定性更高，此时最终结果能够充分验证系统设计控制方法具有高标准的可实施性，可以有效的防止功率振荡情况或者误判问题的出现。