刍议电压基准变步长直流解耦光伏发电与储能技术

龚荣智

摘 要：光伏发电以太阳能为主要能源，太阳能具有清洁可再生的优势，因此世界各个国家都对光伏发电非常重视。基于此，本文研究电压基准变步长直流解耦光伏发电与储能技术的有关内容，讨论电压基准变步长直流解耦算法与操作，研究光伏发电技术的主体内容，思考光伏发电储能的优化调度手段，优化光伏发电和储能技术的应用。

关键词：电压基准变步长;最大功率点;三端口变换器

引言：

科学技术不断发展进步，人类的生活对电力资源有很大的依赖性，火力发电的应用范围比较广，需要消耗大量的能源材料，而这些能源有很多是不可再生的，而且能源燃烧发电还会对环境造成污染，开发无污染的绿色能源受到人们的关注。光伏发电使用的是可再生的太阳能，通常会在光照充足的地点建立光伏发电站，同时也要加强对电压基准变步长直流解耦光伏发电与储能技术的研究。

一、电压基准变步长直流解耦算法与操作

（一）电压基准变步长直流解耦算法

在光伏发电逆变过程中，会采用电压基准变步长直流解耦算法，使用该算法能选择出合适的初始步长，会将工作重点的不同位置考虑在内。以跟踪最大功率点为例，如果光伏发电系统的工作位置是在最大功率点MPP的左侧，可以用d P/d U>0来表示，那么跟踪步长就可以用S（k）aΔUref1来表示。而如果工作点的位置是在MPP的右侧，此时就可以用d P/d U<0来表示，而跟踪步长则可以表示为

S（k）bΔUref2，代表式中的变量是步长调整系数，该系数会随着光伏电池输出的变化而实时发生变化。分析整体算法，在远离 MPP的区域时，跟踪应选用较大的步长，这样就能有效提高跟踪的速度，当跟踪已经逼近MPP区域，就可以选用较小步长，这样做能有效降低振荡幅度。随着光伏电池工作点与 MPP的距离不断减小，就需要缩小跟踪步长，当工作点正好处于MPP时，光伏发电的电压就不会再发生变化，此时的跟踪步长大小为0，这便完成了整个跟踪过程。

（二）电压基准变步长直流解耦操作

使用电压基准右侧变步长电导增量法，实现MPPT，需要进行的操作是预测功率和恒定电压，进行这两项操作，能有效加快跟踪速度，而且还能提高跟踪的准确度。实际操作时，需要在完成采样后对相应的数据进行处理。在执行该算法时，首先要采集光伏电池的输出量数据，这其中就包括了电压和电流，在判断工作点的电压位置时，应该以厂家提供的Up值为依据，为后续进行恒定电压法的操作提供基础。其次，要计算出P’（k）和P（k+1）值，此时使用的方法是功率预测算法，之后就能确定d P（k）的值。最后，跟踪最大功率点，使用算法跟踪最大功率点，在调整跟踪步长时使用步长调整系数S（k），当跟踪逼近最大功率点时，就需要使用不同的步长调整系数和不同的初始步长[1]。

二、光伏发电技术

（一）跟踪控制光伏最大功率点

一直以来光伏发电面临的一个关键问题就是光电转换效率低，使用的材料会影响到光伏电池输出电能的大小，另外当外界环境发生变化时，输出性能也会发生变化。为了提高光伏发电的效率，需要重点研究如何使光伏阵列能够在不同的外界环境下始终处于最大功率点处。专家学者对光伏发电最大功率点的研究十分重视，这一类技术的统称是最大功率点跟踪技术，主要是采用相应的控制方法，使得光伏阵列能够在最大输出功率处工作。在技术发展的前期，有两种最大功率跟踪方法，第一种是根据光伏阵列不同的负载调整串并联形式。第二种方法是恒定电压法。这两种方法的共同特点是对光照强度的变化不敏感，所以在天气多变的地区不能使用这两种方法。到了技术发展的中期，跟踪最大功率点所使用的方法是短路电流比例系数法、开路电压比例系数法、电流扫描法。这三种方法的共同特点是不是真正的最大功率点跟踪算法，而且跟踪速度也不快，所以如今的光伏逆变器跟踪最大功率点不会单独采用这三种算法。

（二）应用三端口变换器

与普通的变换器相比，三端口变换器的结构更适合应用在混合发电系统中，对多种形式的直流电源有较强的接纳能力，这些直流电源包括光伏电池和储能电池。目前已经有多项研究围绕着三端口变换器展开，所提出的变换器拓扑结构针对不同的应用场合，在划分三端口变换器的类型时，依据的是变换器各端口间是否存在电流直接流动的路径，也就是说是否会形成电气隔离，共有三种类型，分别是非隔离型、部分隔离型和完全隔离型。这三种类型的变换器适用的场合也有所不同，非隔离型能实现对各个开关单元的组合，通常情况下采用的是直流母线汇流的形式，该形式在无电气隔离要求时比较适用，而且要求输出和输入的电压等级相差不大。如果变换器属于这一类型，则一般不会形成过高的输入和输出电压。另外两种三端口变压器，其自身结构中就有高频变压器，在高频变压器的作用下，能实现部分端口和全部端口的连接。有了高频变压器，不仅供电电路与用电电路相互之间能有效隔离，也能阻断变换器各端口之间电流直接流动的路径，此时不同电路之间相互干扰的情况也会有所缓解，使得系统的运营更加安全。为了实现电压等级更明显的变化，需要配置不同的变压器匝数比。变换器的类型不同，输入和输出的电压也会有很大的差别，变压也会很明显[2]。

三、光伏发电储能技术

（一）应用储能装置

光伏发电系统在提供电能时，会利用太阳能提供能量，在发电期间会对气候资源变化情况有所考虑，根据光伏电池的发电性能，对系统进行控制，保证系统能够正常运作，同时也保持着较为稳定的输出功率。光伏发电系统的组成包括分布式电源、储能系统以及并网逆变器。分布式电源由光伏发电子系统构成。所设计的并网系统，能够将发电系統发出的直流电转换成为交流电，在并网逆变器的作用下，转换后的交流电能够满足电网标准，而且在使用时不会区分能量所属部分。如果负荷的需求比系统发电量低，而且储能装置还没有满电，荷电状态也没有达到上限，储能装置就会开始吸收能量，也就是处于充电状态。而当储能的荷电状态已经达到上限，就要对储能装置的安全性和寿命有所考虑，在合适的时机停止充电。如果光伏系统的发电量无法满足负荷的需求，储能装置就会将存储的能量释放出来，对所需负荷差起到补偿的作用，此时储能装置所处的状态为放电。

（二）优化电能调度

运行和控制光伏发电储能系统共有三种形式，分别是输出平滑的功率、跟踪计划、削峰填谷。就削峰填谷模式而言，能实现对储能能量的有效调度。实现对储能能量的优化调度，除了要将分布式电源的出力配合考虑在内以外，还要对系统与外部大电网间的能量交互有所考虑。由此可见面向储能系统所制定的优化调度策略，除了要保证与系统本身的能量协调以外，也要保证密切连接外部大电网的需求侧政策。制定优化调度策略，以可控负荷为基础，同时与峰谷电价相结合，在光伏发电量不满足负荷需求储能时，储能装置就要开始放电，而如果储能的荷电状态处于储能约束的下限，就应该切除部分负荷，这要一直持续到光伏发电回到正常水平。如果储能恢复到正常充放电的状态，就要在一定时间内转移部分负荷，此时高电价期也会向低电价期转移，也可以采取另一种转移形式，也就是从光伏发电不足时期转移到光伏发电充足时期[3]。

结束语：

电压基准变步长直流解耦光伏发电与储能技术的重点内容是电压基准变步长直流解耦算法与操作，应重点研究跟踪控制光伏最大功率点，实现对三端口变换器的科学使用。就光伏发电储能技术而言，要能够实现对电力能源的优化调度，从而有效提升光伏发电电力生产的效率，提高对光伏发电的管理水平。

参考文献：

[1]黄淑燕，张禹，黄幼萍.一种低压高精度基准电压源的设计[J].东莞理工学院学报，2021，28（03）：46-50.

[2]都文和，程秀娟，巩秋野.一种低功耗高电源电压抑制比的基准电压源[J].电子技术，2021，50（04）：9-11.

[3]师洋洋，唐威，刘伟.宽温度范围高精度基准电压源设计[J].电子元件与材料，2021，40（04）：387-392.