基于新型能源光伏发电相关概念与数学模型概述

伍冬梅

摘  要：随着能源与环境问题的日益严峻，传统性的化石能源越来越紧张，同时带来的环境污染问题越来严峻，直接促进新能源发电技术不断发展，其中光伏发电成为典型的代表，如何实现有效便捷安全的并网成为当今研究热点。为了确保并网发电的安全性和可靠性，对于并网逆变器选择、各次谐波含量均要满足并网要求，比如针对LCL滤波谐振控制方法主要分为无源阻尼法和有源阻尼法两大类。而基于LCL滤波器的光伏并网发电系统，可以自动适应光照强度的变化，以满足逆变器输入变化的功率。文章从逆变器的选择、光伏电池数学模型、光伏发电系统模型作出相关介绍，对实践工作具有一定指导意义。

关键词：光伏发电;新能源;模型

中图分类号：TM715 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）11-0062-02

Abstract： With the increasingly serious energy and environmental problems， the traditional fossil energy is becoming more and more tense， at the same time， the environmental pollution problem is becoming more and more serious， which directly promotes the continuous development of new energy power generation technology， in which photovoltaic power generation has become a typical representative. How to achieve effective， convenient and safe grid-connected has become a hot research topic. In order to ensure the safety and reliability of grid-connected power generation， the selection of grid-connected inverter and the content of harmonics should meet the grid-connected requirements. for example， LCL filter resonance control methods are mainly divided into two categories： passive damping method and active damping method. The photovoltaic grid-connected power generation system based on LCL filter can automatically adapt to the change of light intensity to meet the power of inverter input change. This paper introduces the selection of inverter， the mathematical model of photovoltaic cell and the model of photovoltaic power generation system， which has certain guiding significance for the practical work.

Keywords： photovoltaic power generation; new energy; model

引言

随着新型能源的发展，越来越多的新型能源被开发出来，其中，太阳能作为目前具有研究开发价值的新能源资源之一，利用光能产生电能的技术相对成熟，比较其它新型能源来说，已经成为能源开发中首要趋势。太阳能光伏发电作为新能源资源，具有以下优势：

（1）普遍性：阳光普照大地，太阳能随处可见，能就地采用，不需要四处寻找。对山区、海岛等交通不便的偏远地区的能源供应，具有很大的优越性。

（2）无污染性：太阳能的开发不会产生对大气或者周边环境有害的相关物体、气体、噪声等。因此，太阳能源是一种干净卫生、环保的可持续发展的绿色能源。

（3）巨大性：太阳每秒释放到地球的热量约等价于500万吨煤燃烧释放的能量，地球表面每平方米每年接受到的太阳能量可以产生1700kW·h电能。根据官方数据显示，在太阳能充足的地方只要能利用到4%，就能满足全球的全部能源需求。

（4）长久性：太阳是永远存在的，一直都会产生能量。因此，利用太阳能作能源，是取之不尽，用之不竭的。

1 逆变器的选择

在逆变器现阶段的研究水平条件之下，主要有：电压源电流控制、电压源电压控制、电流源电流控制、电流源电压控制等控制方法。以电压源作为输入需要再直流侧并联电容来稳定电压，以电流源作为输入需要再直流侧串联大电感来稳定输入电流。但电流源输入的串联电感会降低系统的动态響应。因此，大部分逆变器都以电压作为输入量。能够有效进行光伏发电，增强电能质量、降低线路损耗。

并网逆变器对于控制方式、系统结构、主电路结构都需要进行相应的选择。光伏并网发电系统属于一种分布式发电系统，具有两种系统结构：单级式并网系统、两级式并网系统。

单级式并网系统主要由光伏阵列、DC/AC、控制器、本地负载、并网开关构成。优点：系统中接入电网减少了储能环节，使成本减低了不少;系统的结构简单、所需要使用的元件少;效率不断提高。缺点：逆变器在实现并网的过程中，对控制性能的技术要求非常高;由于需要实现最大功率跟踪的功能，因此直流母线电压无法控制，必须设计直流母线电压保护。

2 光伏电池数学模型

光伏发电系统中光伏电池是最重要的一部分，其中普遍适用的主要都是硅电池，有多晶、单晶及其非晶三种类型，目前来看，单晶硅光伏电池的转换效率相对较高。

光伏发电系统的输出特性受温度和光照强度的变化影响，其输出功率不断变化。为了提高光伏发电系统的资源利用率并降低系统造价，可在光伏电池与负载之间加入最大功率点跟踪装置。常用的最大功率跟踪方法有：恒电压跟踪、扰动观察法、电导增量法等。但这些方法存在跟踪慢、浪费大、效率低等问题。采用模糊控制的方法能够克服这些问题，但在最大功率点附近存在震荡。

3 光伏发电系统模型

二极管主要是为了防止电网向光伏电池反灌电能，损坏电池;Cdc为直流侧滤波电容;Lf为等效输出滤波电感;是逆变器输出电压;Ug∠δ为节点g的电压;为流过电感Lf的电流;xT为变压器电抗;xL为输电线路电抗;b为无穷大母线，电压为1∠0°。

由于太阳能资源和负载分布性质的限制，因此，我国光伏发电产业以“大规模集中开发、中高压接入”和“分散开发、低压就地接入”并行发展为主。随着能源的紧缺，光伏发电集中大规模开发将成为太阳能发电主要趋势。为了适应光伏发电的大规模形式的发展，本文借以分散的光伏发电输送至远端集中逆变上网的大规模光伏发电系统为对象，借助直流输电的特性来研究光伏发电系统扩大容量的相关技术。

4 结束语

随着经济的发展促进人类对电能源的需求越来越大，而传统的火力发电和水力发电资源一方面给环境带来很大的恶化，另一方面越来稀缺，几乎消耗完毕。比如还造成导致煤价上涨，致使传统的火力发电成本提高;而水力发电随季节性的影响很大，某种角度还进一步给生态环境带严重的破坏等。所以各国把注意力集中在新型可再生能源方面，本文综合对新型太阳能光伏发电作出相关的介绍，可一定程序上给实践作出理论支撑。

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