太阳能光伏发电系统中的控制技术研究

伍天赐

【摘 要】太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源，太阳能光伏发电具有广阔的前景。论文通过对最大功率点跟踪、储能及充放电的控制，以及并网控制等对太阳能光伏发电系统的发展有重要影响的控制技术进行研究，掌握太阳能光伏发电技术发展的现状及其未来发展的方向。

【Abstract】Solar energy is an inexhaustible source of renewable clean energy， solar energy photovoltaic power generation has a broad prospect. Through the control of maximum power point tracking， energy storage and charge and discharge， as well as the grid-connected control and other control technology which has important influence on the development of solar energy photovoltaic system， this paper has a good understanding of the present situation of solar energy photovoltaic technology and its future development direction.

【关键词】太阳能;光伏发电系统;控制技术

【Keywords】solar energy; photovoltaic power generation system; control technology

【中图分类号】TM932                                           【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）07-0135-02

1 引言

太阳能是一种清洁的新能源，是我国未来的能源结构当中重要的组成部分，其开发与利用对于能源发展意义重大。太阳能光伏发电是一种主要的开发途径，其主要是利用太阳能电池吸收光能，从而产生光生电子-空穴对，通过太阳能电池的内建电场使光生电子和空穴被分离，进而在太阳能电池的两端产生正负电荷积累形成光生电压，最终产生可利用的电能。当前，太阳能光伏发电系统得到了重大的发展，其中关键的控制技术起到了重要的作用。

2 太阳能光伏发电系统的最大功率点跟踪

由于太阳能电池会受到环境温度、日照强度等因素的影响，其输出功率会出现较大的波动。太阳能电池的输出功率会因环境温度、日照强度的变化而变化，因而其输出功率需要根据所能产生的电能进行自动调节，确保其与负载相配合，从而达到最大的功率转换效率，以提高光伏方阵利用率。光伏方阵最大功率点跟踪（MPPT）是最主要的控制方法，此外还有爬山法、增量电导法、恒压跟踪法、自适应算法、爬山改进法等，下面主要针对MPPT进行分析。由于光伏阵列在负载、环境变化下，输出电压与电流呈现出非线性，在特定工作环境下存在唯一的最大功率输出点，光伏阵列能不能在最大功率点工作取决于其负载大小。由于外界的温度变化，以及光照强度无法采用人为的方法进行控制，且这两个影响因素在一天之中会不断的变化。为了确保光伏阵列的输出特性也能随着外部环境的改变而做出相应的变化，能够始终在最大功率点工作，就必须适时改变光伏阵列所接的负载。为此，可以通过在光伏阵列与负载之间串联最大功率点跟踪电路来达到目的。较为常用的最大功率点跟踪电路是一个DC/DC变换器，DC/DC变换器占空比与其所带负载的函数就是光伏阵列所带的等效负载，对占空比进行调节就能够实现改变光伏阵列所带负载的目的，以达到最大功率点跟踪，充分利用光伏阵列产生的电能的效果。

3 太阳能光伏发电系统的储能及充放电控制

储能及充放电的控制对于太阳能光伏发电系统也有重要的影响，控制器要完成最大输出功率跟踪，保持最大功率输出，以预防蓄电池出现深度放电与过充电，并达到最佳状态。一般而言，在线式电压检测主要是通过检测蓄电池的端电压，在其大于某个限定值时就判断为已充满，从而停止太阳电池向蓄电池充电[1]。但是，在停止充电后端电压会下降，蓄电池充电实际上并未充足，从而使蓄电池的寿命、充电器整体效能的提高遇到瓶颈，因而需要选择新的离线式检测。通过一个太阳电池给多个蓄电池模块进行轮换充电，在充电电路断开后各个蓄电池端压都有足够的时间恢复正常，可以确保检测结果正确反映蓄电池容量。并且，在原有电路增加放电自锁功能、下限自锁电路，利用放电自锁功能可以防止蓄电池对负载进行小电流放电，并防止蓄电池深度放电以起到保护蓄电池的作用。在太阳能光伏发电系统当中，无论是蓄电池的负载，还是太阳电池的输出，又或者是蓄电池的自放电，都是不确定量，因而储能及充放电控制可以采取模糊控制方法来实现。

4 太阳能光伏发电系统的并网控制

由于太阳能光伏发电系统最终是要并入电网的，因而太阳能光伏发电系统的输出交流电电压、频率等必需确保与电网相同，相位也要保持一致，如此才能达到利用的目的[2]。太阳能光伏发电系统的并网控制需要通过逆变器来完成。通过电流型脉宽调制逆变器使馈入电流对电网产生的电力谐波降低，将其总谐波失真控制在一个较低的水平，并且确保输出电流同步波形控制，以及最大功率转换控制得到有效的兼顾。并网逆变器的控制模式为双环控制，其中，外环参考电压采用理想的正弦波，将输出电压和参考电压的比较当作PI调节器的输入，并且将PI调节器的输出当作内环电流环的参考值。在双环控制的基础上，还可以同步锁相控制。在太阳能光伏发电系统的并网控制，逆变器是与电网直接并联，如果电网断电逆变器处于持续发电的状态就会产生孤岛效应，会使逆变器损坏，并使维修人员面临危险。因而，必须有完备的保护措施，并且确保逆变器有自动侦测功能。孤岛效应的侦测可以采用被动式检测技术对保护电路、电压谐波检测，急剧相位偏移等电网状态进行检测，以判断电网是否出现故障，也可以采用主动式检测法，通过由电力轉换器产生干扰信号来观察电网是否受到影响，以判断是否出现故障。通过逆变器自动侦测确保出现孤岛效应后逆变器能够及时脱离电网，确保设备与人员的安全。

5 结语

总之，太阳能光伏发电的前景良好，是未来新能源开发的一个主要方向。相关的控制技术对于太阳能光伏发电系统的发展意义重大，是系统的效能、安全性的重要保障。随着电子技术、光伏组件、计算机等相关技术的进步，控制技术也必然会不断进步，从而提高太阳能光伏发电系统的优越性。

【参考文献】

【1】张志强，马琴，程大章.太阳能光伏发电系统中的控制技术研究[J].电器与能效管理技术，2008（12）：55-58.

【2】董密.太阳能光伏并网发电系统的优化设计与控制策略研究[D].长沙：中南大学，2007.