电气自动化在太阳能光伏发电中的应用

骆磊 刘佳

摘  要：在现代工业快速发展的背景下，我国能源极度损耗以及过度消耗，导致不可再生能源紧缺。太阳能光伏发电作为一种新兴可再生能源，能够有效缓解当前能源紧缺的问题，而电气自动化技术的合理应用能够大大提升太阳能光伏发电的效果。因此，文章首先分析了太阳能光伏发电的现状，从发电原理和优势概述了太阳能光伏发电，并结合实际应用情况，对电气自动化在太阳能光伏发电中的具体应用进行了深入研究。

关键词：电气自动化;太阳能;光伏发电;应用

中图分类号：TM76 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）35-0166-02

Abstract： In the context of the rapid development of modern industry， China's extreme energy consumption and excessive consumption， resulting in a shortage of non-renewable energy. As a new renewable energy， solar photovoltaic power generation can effectively alleviate the current problem of energy shortage， and the reasonable application of electrical automation technology can greatly improve the effect of solar photovoltaic power generation. Therefore， the article first analyzes the current situation of solar photovoltaic power generation， summarizes solar photovoltaic power generation from the principle and advantages of solar photovoltaic power generation， and makes an in-depth study on the specific application of electrical automation in solar photovoltaic power generation.

Keywords： electrical automation; solar energy; photovoltaic power generation; application

引言

太阳能是属于一种可再生能源，具有便捷、储量大、清洁、无污染等优点，在各个领域都有着非常广阔的应用空间和发展潜力。光伏系统能够将太阳能转化为电能，同时还不会产生能源损耗和空气污染等问题，如何提升太阳能光伏发电的利用效果成为当前亟需研究的课题。基于此，本文通过对电气自动化在电力行业、并网系统、光伏建筑、水泵系统、直流变频控制以及无功补偿控制等太阳能光伏发电方面的应用进行研究，不断提升太阳能光伏发电的利用效果，为实现我国经济的可持续发展提供了重要的能源基础。

1 太阳能光伏发电的现状分析

近年来，随着可持续发展观念不断深入人心，绿色低碳已成为人们追求的一种生产和生活方式，太阳能作为一种清洁、无污染的可再生能源，将太阳能光伏发电作为我国生产与生活中利用电力资源的主流方向，开发利用规模迅速扩大，促进太阳能光伏发电的迅速发展。与西方发达国家相比，我国太阳能光伏发电技术起步相对较晚，但是由于国家对太阳能光伏发电的重視和政策支持，我国光伏发电规模发展速度非常迅速，尤其是2017年，我国装机容量达到历史新高，受光伏531新政影响，2018年和2019年，我国装机容量有所下降，但是自2013年以来，我国光伏发电量增长迅速，2019年全国光伏发电量同比增长26.3%，据相关部门数据统计，2013-2019年我国光伏发电量变化情况如图1所示。已成为全球最大的应用市场，成为我国具有国际竞争优势的战略性新兴产业。

2 太阳能光伏发电的概述

2.1 发电基本原理

太阳能光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将散射辐射和反射辐射以及直接辐射等多种不同形式的太阳辐射能转化为电能，以满足电力所需，主要是由太阳能电池方阵、蓄电池组、控制器、逆变器、直流负载、交流负载等设备组成，原理结构图如图2所示。

2.2 发电优势

与其他发电形式相比，太阳能广发发电具有很大优势。具体如下：

（1）太阳能是一种不会枯竭的能源，辐射能量巨大，不受当前能源市场上的变动影响，是资源最为丰富的发电技术。

（2）因为每个区域都会接收到光照，可以随时随地使用太阳能资源，所以太阳能发电不受地域的影响或制约，可以有效的解决边远以及特殊地区的用电问题。

（3）太阳能光伏发电安全、无污染，并且运用比较灵活，能够安全稳定的运行。

（4）太阳能光伏发电是处于一种静止状态，各种设备部件不会出现运动，减少设备出现故障的概率，延长了设备的使用寿命。

3 电气自动化在太阳能光伏发电中的应用

根据我国当前太阳能光伏发电的实际发展情况来看，电气自动化技术是其中最受瞩目的一项技术，可以有效提升太阳能的利用率，以下针对电气自动化在太阳能光伏发电中的应用进行了论述。

3.1 在电力行业中的应用

在电力行业中，电气自动化技术发挥着重要作用，推动我国工业领域不断发展。在电力工程中，通过科学合理的运用电气自动化技术，在一定程度上可以降低相关人员进行工作的强度，减少人为因素造成的损失，有效提升了电力系统的工作效率。此外，通过在电力系统中合理运用电气自动化技术，改变了电气工程的资源利用结构，保障电力系统自身的安全性与稳定性，确保了电力工程的经济效益。

3.2 在太阳能光伏发电并网系统中的应用

随着太阳能光伏发电系统智能化发展，根据实际需求的不同，发电模式也存在一定的差异，主要有独立光伏发电、并网光伏发电、分布式光伏发电三大模式。由于并网光伏发电系统具有安全性高、安装成本小、资源消耗少以及建设周期短等优点应用较为广泛。并网光伏发电系统是太阳能组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电，将产生的正弦交流电直接接入公共电网。而电气自动化技术在并网发电系统中的应用可以有效规避光伏发电系统在并网的过程中对电网产生剧烈的冲击，以降低在实际发电过程中对电网带来的负荷和损耗。此外，电气自动化技术还可以有效监测同期点的两侧电气量，高效准确地捕捉数据和判断据信息，以弥补数据传输过程中所出现的时间差，提高数据信息的科学性和准确性。

3.3 在光伏建筑和水泵等系统中的应用

随着科学技术的不断进步，太阳能光伏系统越来越多，增加了管理的难度，很难及时发现太阳能光伏系统故障，严重影响了太阳能光伏发电系统的正常运行。近年来，自动化产品其不论是在数量上亦或是种类上都在不断增加，电气自动化技术和自动化产品在光伏建筑和光伏泵系统中的应用也越来越广泛，其中应用频率最高的属于自动化监控系统。通过自动化监控系统，可以对光伏建筑和光伏泵系统的电池板的电压电流以及运行状况、逆变器的工作状态等进行实时监测，详细记录系统运行参数，对系统运行中存在故障进行报警等，相关工作人员通过自动化监控系统记录的数据，分析判断出故障发生的具体位置，进行紧急维修，以确保太阳能光伏发电正常运行。

3.4 在光伏发电系统直流变频控制过程中的应用

当前，我国光伏发电系统中主要是直流电，直流电系统具有结构简单、成本低廉的优点，但是受负载电压的影响，很难实现标准化。随着太阳能光伏发电的不断发展，并网运行的出现，对光伏发电系统提出更高的要求，那就是转化为交流电。合理利用电气自动化技术对交流电力输出的光伏发电系统的元器件进行有效控制，主要有电池方阵、蓄电池组、控制器、逆变器等。通过监控一次以及二次配电网络运行状态，了解各设备的运行状态，并对各元器件的光伏组件分布、逆变器等进行监控，及时了解直流电压、电流、功率，交流电压、电流，电网频率、功率因数等，以便顺利将光伏发电输出的直流电变成交流电。

3.5 在无功补偿控制中的应用

在光伏发电系统中所使用的元器件绝大部分为电子元器件，而电子元器件在使用过程中，会产生无功损耗以及谐波，谐波会导致电力系统不稳定，严重时会导致出现电压质量不合格（供给电压不足或者电压超负荷）的情况，影响太阳能光伏发电供电的稳定性。但是通过合理运用动态无功补偿装置和滤波装置，精准调节光伏发电无功电压，及时控制无功功率损耗，能够确保功损耗以及谐波不会影響电压质量。

3.6 在光伏电系统设备全生命周期控制中的应用

由于我国在太阳能光伏发电领域中起步相对较晚，在管理上存在很多不足。一般都是在光伏发电产生问题时才针对相关设备完成检修，降低了发电效率和发电质量，影响了发电的可靠性，缩短了光伏电系统设备的全生命周期。通过电气自动化技术在光伏电系统设备生命周期控制中的合理应用，可对设备的振动偏差、允许温升等运行状态进行监控，确定设备是否“带病”运行，制定合理的设备维修计划，不断完善设备生命周期以及质量。

4 结束语

综上所述，随着近几年我国科学技术的快速发展与持续进步，电气自动化技术的不断创新和升级，被广泛应用在各领域中，大大提升了太阳能的利用效率。上述通过对电气自动化在太阳能光伏发电中的应用进行总结和分析，不仅提升电气自动化的应用效果，还有利于生态环境的保护，推动我国经济的可持续发展。

参考文献：

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