太阳能光伏发电微电网中控制技术的研究

朱春颖

摘 要：众所周知，在经济不断发展与技术不断进步的强大社会背景下，现代社会中人们对于电能的需求量越来越大，要求也是越来越高。太阳能分布非常广泛，而且储量非常之大，具有就地取材的独特优势，其非常适合发展分布式发电。而微电网则是一种具有强大独立性的分布式发电网络，能够有效克服太阳能随机性大、分散性强以及低密度等弊端，这一技术具有着十分重要的现实意义与价值。

关键词：太阳能 光伏发电 微电网 控制技术

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）11（c）-0097-02

在过去的数十年当中，我国的现代电力系统最主要的特征便是“三大”，即大机组、大电厂与大电网，其中，大电网更是凭借自身的优势快速发展成为最主要的电力供应渠道之一，但是，面对当今社会与经济发展的现实，集中式大电网的弊端与缺点逐渐显露出来，其运行难度大、成本高等一系列不足之处都成为了非常大的阻碍因素，所以，电力系统要想寻求可持续健康发展，就必须要寻求到一种全新高效的模式与路径。

1 分布式太阳能光伏发电系统组合

分布式发电和微电网技术的提出和应用，适用于太阳能等可再生能源地域分散的特点，充分利用了分布式可再生能源发电紧靠本地负荷中心和无污染的优点。光伏发电微电网内多光伏电源之间、光伏电源与储能装置之间的协同供电，克服了光伏电源出力不稳的缺点。

光伏电源具有直流电源特性，传统交流供电方式需要并网逆变器连接电源与电网，效率低、成本高。采用光伏电源直接直流供电模式能提高电能综合利用效率，降低系统成本直流微电网可以通过直流变换电路简单高效地接纳分布式光伏电源，以及高效率地为本地直流负荷提供电能。

以分布式光伏发电微电网供能系统的高效应用为出发点，结合光伏电源、储能装置和负荷的供、用电特性，主要研究独立型光伏发电系统和分布式光伏发电并网系统的新型控制策略，分布式光伏发电直流型微电网拓扑结构与控制策略以及分布式光伏发电交直流型微电网控制策略，建设一套分布式光伏发电微电网实验平台，可获得微电网运营时的实际数据，验证了分布式光伏发电直流微电网简单高效接纳分布式光伏电源，以及为直流负荷高效率提供电能针对备受关注的太阳能光伏发电系统中，光伏电池输出特性和输出功率具有随机性和波动性的特点，以及现代生产、生活中网络设备、电脑、手机、数码相机等直流负荷越来越多的事实，研究分布式光伏发电微电网供能系统的控制策略。以达到不利用传统能源发电、减少电能变换损耗和提高供电质量等目的。结合现代的智能分析方法和技术手段，解决现有技术中存在的问题并提出更为优化的控制策略（见图1）。

2 太阳能光伏微电网的特点

2.1 新型能源的多元化结合

光伏发电的一个重要前提便是需要白天天气比较好的自然环境，其能够与主干网连接到一起，当光伏发电的容量不断增大，在局部就会对当地电网形成比较大的冲击。所以，在一个微电网的范围之内需要采取多种类型的能源组合形式，这是稳定电力，有效缓和光伏发电波动性的一项必要手段。目前，除太阳能之外，作为微电网的电源的可再生能源还有以下几种类型。

（1）微型风力发电，其主要借助的便是微风的风力，当风力条件得到滿足时，便可以成为光伏发电的重要补充，微型风力发电比较适合运用在风力条件比较充足的村镇或者高层建筑当中。

（2）小型水利电站，小型水利电站基本上被运用在有条件的村镇附近，采用的就是小型水电站后者抽水蓄能电站的方式，这也是光伏发电的一种重要补充形式。

（3）生物质能电站，主要被运用在小型城市的周边或者是村镇附近，其利用的主要燃料就是沼气，沼气发电可以和有机肥、垃圾处理进行结合。

越来越多种形式的能源组合与使用，会在很大程度上减少光伏发电的波动性，特别是在光伏发电量下降的时候，能够对光伏发电起到很好的补充作用。

2.2 储能技术

任何新型高效的新能源，都不能够保证微电网供电的绝对稳定性，除此之外，为了提升用电负荷的安全性，储能系统作为备用电源是不可或缺的。现阶段，储能技术比较成熟的是铅酸蓄电池，但是，铅酸蓄电池中还是存在着寿命短、铅污染等问题，目前，最适合运用在智能光伏微电网的新型储能系统有下面几种类型。

（1）飞轮储能，这种储能形式的优点就在于充放电次数多、供电稳定、电流密度大且不存在化学反应，但其缺点是自放电比较严重。

（2）钒流体电池，此技术的原理是将钒化合物作为电解质，借助钒的不同电价的转换来进行充放电，这项技术的优点是容量大、供电稳定、使用寿命长、效率高等，缺点是成本太高，还未成熟，受钒资源的客观限制。

（3）超级电容，超级电容的优点是充放电次数多、电流密度大、无化学反应，缺点是自放电严重，单次储能时间短暂，发展正在逐渐成熟。

3 微电网运行控制

在近些年的发展过程中，清洁、可再生的分布式电源得到了迅猛发展，微电网的概念也是相关专家人士为了充分发挥其固有优势，试图减小对电力系统的影响所提出的。微电网能够有效地实现微源的大规模并网，与此同时，还能够为广大用户提供不间断的电源服务等，这是此领域当中最炙手可热的一个研究热点。

微电网中的微源主要包括光伏电池、燃料电池、风力发电池、蓄电池和高速飞轮等，一般情况下，都需要通过电力装置将其和常规性质的配电网并网运行。对于像风、光等微源，其输出功率的大小会因为天气的变化而受到影响，导致发电出现间歇性等问题，对于这种情况，微源一般只能是限制功率的输出恒定功率或者是按照最大功率输出，会采用PQ进行控制，而对于蓄电池或者燃料电池等微源，控制起来相对比较容易一些，可以选择用PQ进行控制，还可以采用基于下垂控制的V/f控制。对光伏功率的平滑控制，不使用传统控制模式切换技术，简化控制方法；对微电网内母线电压进行控制，确保电压稳定。

微电网内部由于总体容量较小，因此，负荷阻抗的感性还是容性就对功率因数影响较大。为此，在微电网内部，必须根据负荷的阻抗性质配置相应的补偿系统。另外，多电源的并网可能会造成网内的谐波分量较大，纹波系数较高，因此，要有消除高次谐波的装置。

4 结语

综上所述，自然界中的太阳能属于新型清洁可再生能源，取之不尽用之不竭，是最为理想的新型能源之一，但是，光伏发电受到自然环境的影响非常之大，温度的变化、光照幅度的变化等都会影响到光伏发电的效率，微电网控制技术就是要妥善解决和完善好太阳能光伏发电中的各种缺点与弊端，相信随着微电网控制技术的不断创新与进步，太阳能资源必然会得到更加高效的利用。

参考文献

[1] 苟勇.太阳能光伏发电微电网技术探讨[J].国网技术学院学报，2017，20（3）：32-34.

[2] 李梦达.基于太阳能发电的微电网电能质量时频分析及控制策略研究[D].东北石油大学，2016.endprint