电气自动化在太阳能光伏发电中的运用研究

汤森垲 朱展翔

（中国联合工程有限公司）

0 引言

太阳能是社会范围内持续力量较强的一种能源，借助光伏发电技术能够将太阳能转变为电能，由此缓解我国能源缺乏的社会危机。不仅如此，在借助太阳能光伏发电系统发电的时候，不仅能够提升能源利用率，而且还不会对周围环境带来污染。

基于全球可持续发展，绿色能源与低碳生活理念的重要性更加明显，特别是太阳能光伏发电技术，被广泛应用在西方发达国家，在我国也不例外。太阳能光伏发电技术的成熟发展能够为我国资源、能源高效率利用和环境的稳定发展提供稳定有力支持。在资源、能源日益节约的背景下，如何借助太阳能光伏发电来提高资源和能源利用率成为相关人员需要思考和解决的问题。电气自动化技术在太阳能光伏发电中的运用能够提高太阳能利用效率［1］。为此，本文结合太阳能光伏发电运行原理，就电气自动化在太阳能光伏发电中的运用问题予以探究。

1 太阳能光伏发电系统概述

太阳能光伏发电的原理是根据阳光所具有的光伏效应来将太阳光散射辐射、反射辐射等多个类型的太阳辐射转变为电能，由此满足发电需求。在放电控制器、蓄电池、逆变器的支持下会实现能源的顺利转换。

太阳能光伏发电系统由太阳能光伏电池板、储电装备、控制器、逆变器共同组成，在具体运作的时候主要牵扯到电能变换系统、发电系统。在太阳能光伏发电系统的作用下能够将太阳能转变为电能，之后在逆变器的作用下实现能源的转换，为负载用户提供支持。

和传统发电系统相比，太阳能发电系统有着各自的应用优势，太阳能的发电系统能量来自太阳，取之不尽用之不竭，由此会使得能源的获取不受外界因素的限制。

当前，对太阳能利用的方式有三种，分别是光热效应、光伏发电利用、光化学转化。光热利用具有成本低廉、方便快捷的特点，但是对场景的适用范围有一定的要求，不利于能量的传递［2］。光化学转化体现在植物的光合作用上。光伏能源作为一种清洁能源相较于其他能源来说有非常大的优势，具体表现为：①光伏能源环保，光伏发电过程不会造成任何的环境污染，是纯绿色能源。②不受地域限制，且能够利用屋顶、车棚顶建设光伏电站来进行建设。③建设周期短，一个屋顶电站在几天内就能够铺设完成，方便快捷。

2 电气自动化在太阳能光伏发电中的运用

在现代电气工程发展中，电气自动化在其中占据十分重要的地位，也是推进工业化进程的重要力量。将电气自动化技术引入到电力行业中能够提高电力行业的发展效率，并为整个电气工程的长远发展提供坚实的基础支持。电气自动化系统应用范围广泛，不仅被人们应用到居民楼、商场保安设施建设领域，而且也会被应用到工业生产、医疗卫生和环境保护领域。当前，自动化技术被人们应用到照明系统、安全监测、供暖系统，在无线控制、远程控制等多样化控制手段的支持下能够对各个家电设施予以控制，精准计算设备性能，保证监测的实时性和稳定性。

（1）电气自动化在光伏建筑和水泵系统中的应用

在社会经济和科技的发展支持下，社会范围内的太阳能光伏发电系统日益增多，如何富有效率的管理太阳能光伏发电系统成为相关人员需要思考和解决的问题。从实际运行情况来看，太阳能光伏发电系统在运作的时候会出现一些难以发现的故障问题。将电气自动化引入到太阳能光伏发电系统中会降低故障处理难度，即在庞大的太阳能电磁板出现问题之后，借助电气自动化系统就能够轻易察觉系统故障，并通过故障的形式来采取对应的措施予以处理。

某工程建设了BIPV光伏并网示范电站，电站容量为14.08kW，整个项目容量为14.08kW。整个项目安装为建材一体型。工程在2019年搭建了太阳能电池板，使用光纤环形网络作为重要的监控系统，在光纤环形的支持下实现邻近逆变器环网交换机的相互连接。光伏电站综自系统能够对光伏建筑的运行情况予以全过程的监督，具体内容如下：第一，实时性监测太阳能电池板的电压、电流和运行情况。第二，通过检测光伏发电系统防雷器的状态、断路器状态信息实时性地监控逆变器的工作状态。第三，在电气自动化技术的支持下能够将光伏发电系统的运行参数、过往故障予以显示。第四，全面记录电量累积、系统参数，通过对系统运行参数信息的整合应用及时察觉故障发生的位置，由此采取对应的紧急维修措施。

（2）电气自动化在光伏发电系统直流逆变中的应用

现阶段，太阳能光伏发电系统是直流电结构，在资源转换的过程中具有系统结构简单、成本低廉的特点，但是由于系统每次使用的负载电压不同，很难为光伏发电系统的运行制定出规范的标准，在并网运行出现之后，人们对光伏发电系统的运行提出了更高的要求，即在并网的支持下能够将直流电转变为交流电。

交流电力输出光伏发电系统由光伏阵列、充电放电控制器、蓄电池、逆变器等组成。其中，逆变器的性能关系到整个系统运作成效，在电气自动化的支持下能够对上述的零部件进行控制，最终将光伏直流发电转变为交流电［3］。

在太阳能光伏发电中，通过对发电站内部一次配电、二次配电网络状态的监督控制能够帮助相关人员更为全面地了解发电站内部各个电气设备的运行状态和运行情况，并就充电放电控制器、蓄电池、光伏阵列等设备实施全过程的运行监控。

（3）电气自动化在光伏发电并网系统中的应用

并网发电系统是将太阳能光伏发电系统和常规电网系统连接在一起，之后共同承担电力供应的任务。在白天阳光充足的时候，逆变器会将光伏系统的直流电转变为正弦交流电，在此期间从产生的交流电能够直接供应给交流负载，剩下的电能会被输入到电网中。在没有阳光的时候，负载用电将完全由常规电网供给，在电气自动化技术的支持下会根据太阳能发电量来分析常规电网的电量数据，判定电量是否充足，如果充足要及时予以供应。

在光伏发电并网系统运作的时候会通过将类型不同发电模式的合理搭配以及有效的电力输送来合理利用电力资源。为了能够规避光伏发电并网对电网的冲击，借助电气自动化技术会帮助相关人员实时检测同期点两边的电气量，之后通过逻辑判断捕捉满足同期并列要求的数据，有效弥补数据传输时间差，提前发送同期合闸命令，使得光伏发电系统同期合闸时频率偏差、电压偏差能够满足规范的标准要求。

（4）电气自动化在光伏发电无功补偿控制中的应用

光伏发电系统结构十分复杂，其中系统中的多个元器件会在启用的时候产生无功损耗和谐波，在无功损耗和谐波的作用下会加剧电力系统的不稳定，严重的情况下还会出现供给电压不足或者电压超负荷的情况。而在电气自动化控制系统的支持下能够根据实际需要精准调节光伏发电系统的功率，由此使得无功损耗、谐波不会影响到太阳能光伏发电的稳定性和安全性。

某公司太阳能光伏发电系统无功补偿装置应用了NSA200APF有源电力滤波装置，整个装置在使用的时候呈现出以下特点：第一，光伏发电无功补偿控制系统功能完善，在系统运作的时候能够对太阳能供电提供完善的保护、策略以及控制功能和优化的系统方案。第二，光伏发电无功补偿控制系统运行可靠，产品软件架构合理，其中产品硬件结构布局以及电磁兼容均满足国家以及行业相关标准，能够保障所有设备长期可靠运行。第三，光伏发电无功补偿控制系统较强的拓展性。光伏发电无功补偿控制系统装置采取了模块化的设计形式，各个插件的模块具有很强的市场通用性和拓展性，且维护方便便利，在该系统的支持下能够更好地整合利用太阳能资源，满足太阳能系统发电的要求。第四，较强的通讯功能。通讯规约种类丰富，并且能够根据太阳能发电需求对规约进行相应扩展，而且通讯模块能够满足各种组合。

（5）电气自动化在太阳能光伏发电全寿命周期系统中的应用

为了能够更好地延长光伏发电系统设备的使用寿命，发挥出设备的实际应用价值和动能水平，需要相关人员强化对太阳能光伏发电系统建设的重视，定期采取科学的方式检修系统故障，为系统的全生命周期运行提供稳定的支持。将电气自动化引入到太阳能光伏发电系统控制中使人工从烦琐的劳动体系中释放出来，在先进技术的支持下实现对太阳能光伏发电系统的全天候检修控制，帮助相关人员更为精准地把控光伏发电系统内部设备的应用状态，在光伏发电系统设备出现温度提升、振动偏差的时候，借助电气自动化控制系统可以将设备的运作状态在第一时间反馈给技术人员，由技术人员来对系统运作故障予以检修，规避因为内外部因素变化所诱发的太阳能光伏发电系统运作故障［4］。另外，在电气自动化技术的支持下还能够更全面地整合太阳能光伏发电系统运作数据信息，通过对信息的分析找到太阳能光伏发电系统运行的局限和薄弱点，就此提出对应的维护措施，从而有效延长太阳能光伏发电系统的使用寿命。

3 电气自动化在太阳能光伏发电中的应用趋势

我国地区地域辽阔，由此为太阳能光伏发电的发展奠定了良好的基础支持，太阳能光伏发现具有良好的应用前景，将电气自动化应用到太阳能光伏发电领域会在以往的基础上进一步增强太阳能发电系统的稳定性、安全性、可靠性，在确保太阳能资源有效利用的同时减少人力资源的消耗。

目前，我国百分之八十的电力能源都是火电厂提供的，由于设备的构造以及材料的不同，使得火电厂在运行的过程中，热能回收出现差异的现象，热能回收率较低会对社会经济的发展造成一定的影响。另外，站在环境保护的角度，电力系统未来的发展方向一定会注重光伏发电、风力发电以及水能发电等清洁可再生能源［5］，随着双碳政策的持续推进，新型能源的发展迫在眉睫。

4 结束语

综上所述，在社会经济和科技的发展支持下，电气自动化被人们广泛的应用到各个领域，在电气自动化技术的支持下能够有效提升太阳能光伏发电的效率。电气工程的发展离不开电气自动技术的支持，在电气自动化技术的支持下能够为电气工业发展提供动力支持，因此，电气自动化技术被人们广泛的应用到工业生产、医疗卫生、环境保护、建筑工程、商场安保、照明系统等各个领域，为提升电力系统工作效率，推动电气工程良性发展提供了充足的技术支持，有效保障了各个系统的运行稳定性。太阳能是我国社会发展过程中的新型清洁能源，太阳能的主要使用模式是在技术的支持下来将其顺利转变为电能。鉴于电气自动化技术在电气系统中的突出表现，研究该技术在太阳能光伏发电系统中的应用显得尤为重要。为此，本文在阐述电气自动化在太阳能光伏发电中的应用原理的基础上，从逆变器控制、光伏建筑和水泵系统建设、无功补偿机制、直流电控制、光伏发电并网控制等方面具体分析电气自动化在太阳能光伏发电中的应用，旨在能够在电气自动化的支持下更好地提高可再生能源的利用率，最终实现对生态环境的有效保护。