光伏发电微网控制策略分析

赵晶晶

天津天源国电电力技术有限公司

光伏发电微网控制策略分析

赵晶晶

天津天源国电电力技术有限公司

随着社会经济和科技的发展，人们对电力的需求也越来越大，新能源发电得到了社会的一致认可。最近几年，光伏发电技术获得了巨大的进步，在微网中的应用也愈加广泛。然而，在应用光伏发电的过程中，必须应用有效的控制措施来保证微网的正常运转。光伏发电作为一种可再生能源，其拥有清洁干净、发电过程简单、能源分布广泛、不产生噪音等诸多优点，因此加快光伏发电技术的应用和推广意义重大。在分析光伏发电原理的基础上，指出分布式光伏发电存在的问题，并提出切实可行的解决策略。

光伏发电；微网控制；虚拟技术

光伏发电作为新型能源之一，其经济环保优势和广阔的发展前景引起了世界各国的广泛关注。我国自 2009 年以来出台了一系列政策以推动光伏能源产业的发展。目前，我国对光伏能源的利用和开发已步入产业化发展阶段。光伏产业业内有关专家认为，今后十年光伏产业的发展呈井喷之势。预计到 2020 年光伏发电的电价将与传统能源发电电价相近，到本世纪中叶光伏发电量将占到世界发电总量的一半左右。所以，进一步加快对光伏发电高转换率和低成本的研究工作乃当务之急。而微网技术的出现为光伏发电的推广和应用提供了新思路，如何将二者更好的结合成为亟待破解的难题。

1 光伏发电技术

与传统的水力发电和火力发电相比，光伏发电是一种发电过程更便捷、能源来源更多、毫无噪声污染的高效环保发电技术。随着科技和社会的进步，人们的环保意识和对能源利用效率的重视都达到了新的高度，光伏发电技术既能保证高效率的能源利用，又能做到环保无污染，是目前社会所迫切需要的先进发电技术，因此，光伏发电技术逐渐得到了非常广泛的应用。然而，光伏发电技术依然存在一定的缺陷，在实际投入运行的过程中，应用光伏发电技术并不能很好的保证供电的稳定性。光伏发电技术对于光照强度的要求比较高，同时诸如温度一类的环境因素会对光伏发电造成较大影响，如果光伏发电设施周遭环境出现较大变化，就会导致发电功率发生改变，进而影响供电的稳定性。光伏发电技术在应用于微网时，一般是由电力电子技术接口接入，这就使得光伏发电中并没有惯量，也就没有办法应对负荷波动。负荷波动的存在，会影响发电系统的电压和频率，进而影响供电的质量。这些都是光伏发电技术在未来的发展过程中函待解决的问题，而只要光伏发电技术持续进步和发展，就能够在电网中发挥很大作用。

2 光伏发电问题分析

光伏发电系统具有一定程度的强非线性系统特征，并且存在随机性及间歇性缺陷。光伏电池是光伏发电的主要元器件，通过光伏电池的作用可将太阳能转变为电能。然而在上述过程中，光伏电池的功率与外界光照强度存在密切联系。当光照强度出现变化时，输出功率也会随之产生变化。例如，在多云天气中，光照强度会出现频繁变化，这种变化特征将直接导致光伏发电输出极不稳定，给微网电压及供电频率产生影响。若情况严重的话，甚至会导致发电系统崩溃，中断负荷供电。其次，光伏发电功率会造成逆变器维持轻载状态工作，导致保护装置误动，并提升电流谐波含量。从本质上来看，光伏电池属于逆变电源，无论是电能转换还是功率控制均需要相关电力设备及电子设备支持。在这种前提下，光伏发电的动态性特征也会对微网整体稳定性产生影响，并影响到电能质量。将光伏发电并入电网中，其特性会与电网特性产生叠加作用，使得运行过程变得更为复杂。为保持光伏发电系统稳定运行，需要为光伏发电相关设备配置具有一定容量的储能装置，并采取合适的功率控制策略来抑制功率输出波动。在光伏发电系统中应用蓄电池，可让光伏发电系统的稳定性得以提升。

3 光伏发电微网控制策略

3.1 引入蓄电池储能技术

蓄电池是一种能将化学能和电能互为转化的一种化学电池。其特点是储能能量密度高、使用寿命长、价格低廉。利用蓄电池，在太阳能充足的时候，可以利用光伏发电为蓄电池充电，在光照强度频繁变化的情况下，蓄电池可以对光伏发电的功率波动进行充放电，以便输出的发电功率能够趋于稳定。分布式光伏发电功率输出具有如下特征：一是这种发电功率的输出容易受光照强度的影响，当光照较为充足的时候，这种分布式发电可以将多余的电能储放在蓄电池中，而当光照强度变化不定的时候，这种分布式发电又可以进行适当的储能和放能，以提高光伏发电系统功率输出的平滑度，提高系统电能质量及供电的可靠性。同时使微网能够持续平稳为负荷提供电能。

3.2 策略来源分析

与大规模电网相比，微网容量较小，其本质区别在于发电装置的不同。大规模电网中多采取同步发电机进行发电，微网则主要应用分布式电源进行发电。由于分布式电源单机容量较小，若电网容量负荷较大，就需要采取多台设备进行协调控制，这会从一定程度上增加操作难度。多数情况下，分布式电源均采用自然能源，其功率输出稳定性取决于自然环境，稳定性不如同步发电机。另外，分布式电源电抗能力较弱，若出现故障，可能会直接造成系统瘫痪。为维持光伏发电微网的稳定性，可借鉴同步发电机的调频调压方法，将同步发电机算法置入逆变控制过程中，从而构建出“虚拟同步发电机”，并采用功频控制器和励磁可控制器进行控制，让分布式光伏发电设备也具有同步发电机的特性，以提升功率输出稳定性与供电质量。

综上所述，微网技术与光伏发电技术不断发展的过程中，分布式光伏发电设备的应用空间也将愈来愈大，并且其并网容量也会不断提升。科技水平的提高和进步，也让微网技术和光伏发电技术不断的获得新的进展。在光伏发电微网控制得当的情况下，分布式光伏发电设备也能够在更多的情况下得到良好应用，大大提高并网发电容量。有关技术人员可以应用基于虚拟同步发电机的控制策略，设计能够自主调控输出参数的光伏发电设备，推广光伏发电技术的应用。

[1]李大中，杨育刚，李秀芬，云峰.基于能量预测的光伏微网储能系统控制策略[J].可再生能源，2014，(12)：1771-1775.

[2]邱培春，葛宝明，毕大强.基于蓄电池储能的光伏并网发电平抑控制研究 [J].电力系统保护与控制，2011，39(3).