分布式光伏发电系统建模与仿真

黄镕希 李佳珍 薛芙蓉 黄煜光 韩俊英

摘要：在社会发展的过程中，能源需求量在不断增长，传统的化石能源日益紧缺，且其开采和应用中还会产生环境问题，不利于保证我国能源供给安全。因此，要实现国民经济的可持续发展，就要提高能源利用率，积极发展新能源，在保障能源供给的同时，也可保护生态环境。其中，太阳能发电的发展成为重点，光伏发电是可再生的，且具有良好的清洁性，满足了当前人们对能源的需要，因此其应用和发展前景广阔。分布式光伏发电主要服务于户用和工业厂房，此前广泛选取并网的办法并且通过国家电网进行电力的分配与使用，然而现在的存在诸多的问题难以克服，例如不能时刻处理输电路由的数据、不能掌控电量调配和电力输送距离、输送利用率低等问题。因此提出了分布式光伏发电网络的构建方案，侧重旨在对能源路由器进行了研讨以及设计，主要探讨分布式光伏发电的应用，把握其发展趋势以更好地开发利用。

关键词：分布式光伏发电;分布式储能;建模仿真;分布式能源;发展趋势

人类依靠着地球上的能源，但能源并非無穷无尽，因此我国为解决这一难题成立了分布式光伏发电体系，国家维持这一庞大的体系，补贴了硕大的资金，从而改变了先前的发电方式，运营模式也发生变化，变成和国家电网并网发电、余电上网和光伏个体自发自用的运营模式。此前，分布式光伏发电体系的建立旨在于减小资金的投入，优化能源结构，推动能源的再生产，并促进环境改进。然而当前技术只能满足由国家电网来完成电力的配送，输送电力由中间节点来控制，并不可以时刻处理输电路由的数据和及时进行电力的调配，暂时无法调控电力传输，输送的利用率低。

1光伏发电的概述

光伏发电的主要原理是太阳光照射到PN结构的材料上，激发电子空穴连通外界电路从而形成电流，在光伏效应，光伏电池在电池两端产生相应的电动势。通过不同的排列组合，可以形成逆变设备和配电设备，形成光伏发电系统。在未来的操作过程中，可以使用其他可再生能源，并且在当下技术科技不断发展的前提条件下适应能力也能不断相契合，在以后的发展中可以发挥很大的作用。光伏发电设施基本上包括两部分，分布式光伏发电系统的优点在于接入点的电压较低，一个网点的容量在接近7.9kw，解决了在如今土地资源紧急欠缺的情况下占地的问题。有效地解决了输送利用率低，相对于之前的电网情况，此系统的性价比大大提升。我国分布式光伏发电建设利民利群、贴近大众，同时拓宽了经济效益，让更多人民增加了收入。

2含储能的光伏发电系统结构

想要实现光伏发电的稳定输出功率，这个系统组成主要包括储能系统、光伏阵列、电网、储能控制系统、逆变器和变压器。其中，变换器的主要作用就是找到最大功率点跟踪，并且用它来实现光伏发电，将较低电压通过它的处理变成较高的电压，来供逆变器使用。

3仿真模型建立

3.1光伏模型

太阳电池是通过半导体硅、硒等材料将太阳的光直接转化为电能的器件。在理想情况下太阳电池的等效电路由一个反并联二极管、并联电阻的电流源等效表示。

光伏阵列是由光伏效应的半导体制成的。它是一种将太阳能直接转化为电能的转换器。这些设备中的一些被包装成光伏电池组件，然后根据需要组合成某种功率。如果影响它的电压和电流，它的输出功率也会随之发生变化。

3.2 Simulink模型

光伏组件的输出功率受光强以及环境等外界因素的影响。为了得到最大的功率输出，最好的办法就是让光伏阵列能够持续跟踪并工作在该点。MPPT即最大功率跟踪是一种DC-DC转换器，它是将一个电路上的电压值转换为另一个电路上的电压值，目的就是保证光伏阵列在任何环境下都能工作在其最大功率模式。有了MPPT之后，它的输出功率会比之前的高，这也就是它的作用所在。

4分布式光伏的发电模式分析

随着人们对生活质量的要求越来越高，家用电器产品种类繁多。家电用电量也在快速上升。过去的电力供应对他们来说是不够的。因此，一种新的绿色发电模式也应该诞生。传统的发电方式效率低，利用率低，大多使用不可再生资源，污染大，严重破坏了我国的生态环境。相反，分布式光伏发电不仅充分利用了太阳能的清洁能源，而且促进了中国生态文明建设。光伏发电主要是通过部分光伏机组的应用，将太阳能直接转化为电能，避免了不可再生资源的利用和能源开发对环境的影响。因此，光伏发电是一种环保能源，避免了对自然的多重破坏，使其能够自然进行次生演替，恢复原貌。

分布式光伏发电模式的主要特点包括三个方面：一是输出功率小。传统电站的输出功率不利于模块化设计，而分布式光伏发电模式的容量在几倍以内千瓦。与传统电站相比，分布式光伏发电模式更具优势，便于向实际需求注入资金，避免浪费。当需求增加时，可在原有基础上扩大规模。因此，它的输出功率不是特别高。二是选址比较随意，没有太多限制。在过去的电站建设中，场地是个大问题。传统的发电站本身会产生大量的污染，可能危及附近的居民。同时也要考虑到自身可能出现的紧急情况，尽量避开市中心拥挤的地方，选择人烟稀少的空旷地带。不过，光伏发电站的建设选址比较随意，不会影响周边的事情。第三，分布式光伏发电模式具有绿色环保的特点。光伏发电是通过太阳光照射PN结构材料，将光能直接转化为电能。改造不会对环境造成影响，发电过程中不会产生噪声污染，对环境影响不大。因此，分布式光伏发电可以促进国家绿色经济的健康发展，高效地提供电力资源，在一定程度上缓解当地的电力短缺。

5动态仿真与分析

5.1 Simulink仿真结果

在 Simulink中建立仿真模型如图1：

5.2不同温度和光照下，光伏发电池仿真结果

仿真光伏发电的I-V和P-V特性，以验证模型的准确性。

当温度为25℃，光照强度[500W/m2]时输出特性I-V曲线、P-V曲线分别如图3、图4：

6分布式光伏发电的绿色发展及改进

6.1大力推进光伏发电产业的绿色发展

在新时期如何优化和改革企业是当前的重头戏，国家方面应主动和各大企业实施技术与资源之间的交流，不断推进企业之间对此模式的进一步研究，实现国家与企业之间的互利共赢。同时企业应当拟定相关管理条款避免相关技术人员出现重大失误，有效的管理相关的技术团队，在此基础上对光伏发电技术不断的加强和完善，对此技术的研究更加深入，便能推动相关产业的创新和进步。更应该积极全面推动光伏发电产业的健康发展，发电单位与电网是相辅相成的，只有相互协助才能向前进。同时为了保证员工工作的积极性，奖赏机制也是必不可少的，一方面避免了员工工作不上心，另一方面能提高光伏发电的规范性以及合理性。最为重要的是，应当与时俱进，和目前先进的技术相结合，对当前我国现有资源进行合理的分配利用，提高资源利用率，减少资源损耗，促进光伏发电产业健康发展。

6.2推进光伏发电模式的改进

随着环保意识的提高，太阳能发电技术也不断重视并且在不断提升技术，光伏发电技术因而有着巨大的潜力，面对这样新型的市场，增强对资金的注入，设计出完善的光伏发电利用机制，与电力相关单位的紧密联系，形成合作共赢关系，进而实现能源的利用率得到了更充分的利用。同时，电气单位还需要对自身的业务的各个方面的进行监管，为了便利广大用户的生活上的需要，颠覆传统的交易模式进行改革，同时契合国家已有的政策，不断完善国家现有的用电交易体系。此模式能够带动企业的运转，推动经济的发展，满足用户的用电需求，以此形成保障。

7结语

通过本文的分析与介绍，分布式系统稳定了输出功率，与电气单位供电时，能够有效避免系统不稳定因素对电网所造成的影响。综上，鉴于对分布式光伏发电系统的仿真分析，为解决其他新能源中存在的相似问题提供了借鉴和方法，从而在新能源领域中有进一步的发展和创造。

参考文献：

[1] 王善立，龙军.含分布式储能的光伏发电系统建模与仿真[J].2016（10）：1973-2047.

【通联编辑：王力】