探讨分布式控制在光伏发电技术中的应用

杨 博

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东 广州 510700）

0 引 言

分布式控制主要是利用先进科学技术在光伏发电过程中对其工作进行管理与控制，以此来达到对光伏发电工作的严格管理。由于光伏发电技术在应用的过程中并不是十分安全的，因此需要利用分布式控制严格管理光伏发电过程，以此来规范光伏发电过程并减少发生危险的可能性。除此之外，在光伏发电过程中开展分布式控制工作还能够改善发电工作的质量。本文通过分析分布式控制在光伏发电中的各种作用来推动发电技术的发展，从而推动我国早日完成2035年在环境方面的工作任务。

1 光伏发电技术对控制工作的要求

1.1 实时化

光伏发电的过程需要借助半导体来完成整个发电过程，从而将光能转化成电能[1]。在发电过程中不仅需要半导体，还要借助太阳能板和控制器等电子设备。因为光伏发电工作实施过程中是光照与发电同时进行的，所以控制工作也应该与发电过程相适应，从而做到实时控制，这样才能及时发现发电设备在工作过程中出现的问题及状况。例如，在2016年某光伏发电系统在工作的过程中出现了问题，但是该厂的控制工作并没有做到位，从而导致发电厂损失惨重。因此，在光伏发电过程中开展实时控制工作对于发电厂的经济利益及发电设备的安全都具有十分积极的作用。

1.2 综合化

光伏发电工作的原理需要将多个大型太阳能板串联在一起，并且串联好的太阳能板需要在外层进行封存保护，再配上不同功率的控制器及逆变器等设备，这样就形成了一个完整的光伏发电系统[2]。在发电过程中需要上述设备同时发挥作用才能完成发电过程，所以控制工作的开展需要具有综合性，不能仅针对某一个设备开展工作。如果串联的太阳能板出现问题则会给发电工作的顺利开展带来阻碍，在光伏发电系统工作的时候需要对整个系统进行综合控制，从而杜绝出现因某一设备出错而导致整个系统运行不畅的问题。在实际工作中，控制工作的开展需要借助计算机技术及其他设备才能完成对整个发电系统的控制与管理工作，在预见或发现问题时可以及时进行处理，从而保证发电系统能够顺利运行。

2 分布式控制在光伏发电技术中的应用思路

2.1 基本方案和拓扑结构

分布式控制工作的开展并不是单一的，在光伏发电技术中分布式控制工作的开展方式多种多样。本文通过研究整个发电过程，在此过程中利用发电递进步骤的技术来控制整个发电系统[3]。对整个发电过程进行控制的基本方案是利用物理传感器来收集整个系统的数据，然后再全面分析计算收集的数据以此来为后续工作的开展提供信息支持。在整个控制过程中需要进行联系的时候全部借助有线设备，整个方案的重点内容是借助计算机技术对收集的各种数据进行分析和判断等工作。拓扑结构及时利用监控设备、计算机设备以及通信设备等将整个发电过程进行监督控制。监控设备的具体工作是借助物理传感器对光电发电系统中的各设备进行监控，以此来得到分布式控制实时性的标准。计算机设备需要对整个发电系统进行信息收集和分析工作并且需要保存比较重要的数据，这样才能保证发电系统中数据的安全。其他设备发挥的主要作用便是辅助光伏发电过程顺利进行，如果出现问题将会停止并发出报警信号，这对于整个发电系统的安全具有十分重要的作用。

2.2 工作流程

在上述方案中，分布式控制工作的开展需要经过数据收集、信号传输、数据识别、下达指令以及处理几个步骤[4]。工作流程如图1所示，如果在光伏发电系统工作的过程中出现问题将需要通过数据识别及处理过程来修复系统以保证其正常工作。如果系统能够正常工作并没有发现问题则只需要经过数据识别过程即可。例如，在某地市光伏发电厂中，为了保证光能能够被最大限度利用起来，需要根据光照角度进行太阳板的调整工作，而调整的时间及角度则需要通过计算机进行分析，这样才能达到最好的效果。通常情况下，需要在8:00将太阳能板的倾斜角度调整为45°，中午11:30的时候将倾斜角度调整为35°，下午14:30的时候将倾斜角度调整为30°。发电系统在工作的过程中会根据时间与计算机进行连接，计算机会检测太阳能板的倾斜角度在不同的时间是否达到了标准的倾斜角角度。如果出现误差，计算机将直接发出指令，太阳能板会自发进行调整以保证能够将光能充分利用。上述过程也就是分布式控制工作的基本流程，该流程不仅适用于太阳能板倾斜角度的调整，还能将其运用到问题检测及修复的过程中。

图1 工作流程图

3 分布式控制在光伏发电技术中的应用方法

3.1 分布控制和实时处理

将分布式控制引入到光伏发电的过程中，其核心控制标准即为分布控制与实时处理。因此，在对光伏发电过程进行控制时需要将其视为一个整体过程，根据不同的工作阶段进行分布控制，这样才能够保证整个发电过程的监督控制[5]。光伏发电系统的主要设备为太阳能板、控制器、逆变器、变压设备以及储能设备等，这些设备的安全顺利运行对于整个光伏发电系统的顺利运行至关重要。在实施控制的过程中需要对上述的每个设备安装监控器，从而达到实时监控设备运行的目的。串联的设备共用一个监控设备，从而保证串联的设备能够正常运行。在整个发电系统中安装的监控设备需要通过计算机系统进行整体控制。如果设备出现问题，进行实时处理的前提条件是对不同的设备进行分布控制，无论哪个过程中的哪个设备出现问题，相应的计算机在出现问题的那一刻便能检测到并及时采取措施进行修复。出现问题进行实时处理的要点在于数据能够精确反映设备的情况，因此在开展分布式控制工作的时候需要对机器进行严格训练。

3.2 机器训练

开展机器训练工作对于分布式控制工作的开展具有十分重要的作用。例如，当设备出现问题的时候，系统内部的电流和温度等指标会出现较大的波动，收集这些波动的数据可以为训练机器提供数据支持[6]。以电流值为例，当光伏发电系统正常工作的时候电流值肯定在标准范围内波动。假设在中午12:00光照十分充足情况下的电流值为T，如果设备出现问题，那么设备内部的电流值会发生较大变化，通常情况下会展示出一个数集的形式，可以表示为T=[T1,T2,T3,T4,T5,…,Tn]。设备在正常情况下进行工作的时候会呈现出另一个数集的形式，即S=[S1,S2,S3,S4,S5,…,Sn]。其中，S1表示设备正常运行时电流能够达到的最小值，Sn则表示电流能够达到的最大值，当监控设备捕捉到的电流最下值小于S1，或者最大值大于Sn时则代表这个时候的设备出现了问题，根据系统默认的情况出现问题时会第一时间发出警报，这样可以减轻事故发生的概率，从而减少企业的损失。

3.3 核心技术

在光伏发电系统中引入分布式控制的核心技术是监控技术、通信技术以及计算机对于数据的收集与分析技术等[7]。通常情况下，通信技术会被分为有线通信与无线通信，在发电系统的控制过程中运用更多的是有线通信，因为有线通信可以减少发电过程中电磁波对于通信系统的干扰。

4 仿真模拟

4.1 对象和指标

以某地的光伏发电系统为研究对象，设置常规组与改良组开展实验，以研究分布式控制与常规工作之间的区别[8]。在此实验过程中，选取电流、温度以及角度3个变量研究系统的反应次数、反应准确率以及反应时间。

4.2 过程和结果

每组实验都进行90次，将90次实验过程平均分成3组，每组只设定一个变量。例如，第一组设定角度为变量，第二组设定温度为变量，第三组设定电流为变量，从而得出如表1所示的实验结果。

表1 实验结果

根据上述实验数据可以看出，实施分布式控制可以更好地监测设备的运行状况，改良组在实验过程中出现一次失误的原因是数据出现问题，所以在今后的分布式控制过程中要加强对数据的管理工作[9,10]。

5 结 论

光伏发电技术是顺应时代发展的产物，该技术的运用可以更好地减轻火力发电造成的污染情况，因此在该项技术中引入分布式控制对于电力行业的发展具有十分重要的作用。