光伏并網發電系統及其控制策略

摘 要：伴隨著能源的緊張以及環境污染的日益嚴重，開發和利用綠色能源已經越來越多的重視。隨著光伏技術的日益成熟，光伏發電已經世界公認的綠色新能源技術，光伏并網發電從理論已經逐步進入到實用階段，并在能源結構調整扮演著十分重要的角色。依托光伏技術，可將太陽能轉換為電能并實現光伏并網發，通過電網進行電能傳送。本研究以光伏并網發電為研究對象，對光伏發電的背景、最大功率點跟蹤控制策略及光伏并網控制進行了研究和探索。

關鍵詞：光伏；最大功率控制；策略

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 16-0000-01

一、光伏發電的背景和意義

能源短缺和環境污染是當前人類的文明面臨的最大挑戰，石油、煤炭的無度開采和使用，直接導致大氣層破壞、溫室效應加重，酸雨等災害頻發。環境污染和破壞最終必將給人類自身的生存和發展帶來直接威脅。隨著社會經濟的發展和地球人口的增加，對能源的需求和依賴程度不斷加劇，對資源型化學燃料的開采逐年增加，一方面導致地球資源變得更加短缺，同時對環境造成了不可逆轉的嚴重破壞。如何統籌解決好經濟發展、能源消耗、環境污染等系列問題成為全人類需要面對的共同課題。近年來綠色新能源的開發和利用已經取得了實質性進展，光伏技術的出現使清潔可再生能源的利用和開發成為可能。太陽能光伏發電技術作為最新的綠色能源技術以其巨大的開發潛力成為眾多國家的研究方向。地球所有能源幾乎全部由太陽能轉化形成，太陽能是人類生存發展的最重要能源形式，太陽能開發和利用對人類生活方式和文明進程有著不可替代的作用。雖然當前太陽能光伏發電的成本依然較高，但我們可以預見，經過人們的不斷努力，太陽能作為一種幾乎永不枯竭的能源可能在未來成為人類最重要的能源供給形式，太陽能的開發和利用具有無法估量的潛力和未來。

二、最大功率點跟蹤控制策略

太陽能電池是光伏半導體材料吸收光能的半導體材料的光伏效應的使用能夠生效后產生的現象。類似的半導體材料的太陽能電池和二極管的基本特征吸收光線時，由光子激發的電子-空穴對，會產生分離力。太陽能電池的光電轉換的最小單位，一般不作根據需要許多系列和平行重新組建后的太陽能電源，太陽能電池單元和包經過串并聯的電池組件，太陽能電池組件陣列。因為太陽能電池的最大功率點受溫度和光照影響，所以在不同的工作環境下，為了使太陽能電池輸出最大功率，就要讓太陽能電池的參數和負載取得最佳匹配，才能獲得最大輸出功率。

在線性常規電氣系統及設備中，為確保獲得最大負載功率，經常需要警醒負載匹配工作，以便使供電系統的內阻與負載系統內阻基本一致，此時負載系統可以獲得功率值會達到最大。對于供電系統內阻恒定的情況，可采取內阻和外阻相同的方法獲取輸出功率最大值，然而在太陽能光伏供電系統中，太陽能電池的內阻會受到溫度、負載、光強等因素的影響，太陽能電池的內阻始終處于變化狀態，無法通過內阻與外阻相同的簡單方式獲取最大輸出功率。比較常用的方法是實施太陽能最大功率點跟蹤控制，使負載和太陽能電池陣列的直流轉換器增加，通過電源開展的占空比調節實現太陽能電池列陣輸出功率最大，并實現最大功率的跟蹤控制效果。

三、光伏發電系統的并網控制

太陽能電池板輸出的電流為直流電，而公共電網側的電流多為50Hz交流電，要實現太陽能電池板輸出能源并入電網，需要通過逆變器將太陽能電池輸出的直流電轉換為交流電。光伏發電系統的并網控制關鍵在于，通過控制器和逆變器將太陽能電池組輸出的電流轉換為電網同頻率的輸入電流，實現電網功率因數控制和調整。

光伏并網系統逆變器控制方式通常可以分為電流控制和電壓控制，通過電源輸出控制和逆變器控制并聯實現。事實上如果光伏逆變器輸出系統可以視為容量無限的恒壓源，光伏電源和電網電源并聯運行，為確保電網穩定，需采用相應的鎖控制技術，在確保系統穩定運行的前提下，實現光伏發電系統與電網電源同步，通過對變頻器的輸出電壓的調整以及對相位系統輸出功率大小的控制實現，然而，因為鎖相環的響應速度比較緩慢，系統中逆變器輸出電壓往往不易得到十分精確的控制，可能導致流通性問題，如果未采取一定措施，在通常情況下，電壓源并聯相同的功率水平運作方法往往不易獲得最佳性能。如果采用逆變器輸出電流控制的方法，則僅僅需要對逆變器的輸出電流進行控制，來完成對電網電壓的跟蹤，就可以實現并聯運行的目的。因為這種控制方法比較簡單，實現方便，因此應用比較廣泛。當前光伏并網發電的抓喲模式均為電源源輸入和電壓源輸入控制的模式。

太陽能光伏發電技術擁有十分廣闊的發展前景，隨著光伏技術的進步和光伏產業規模的擴大，未來太陽能電池板光電轉換效率將會有更大幅度的提高，太陽能光伏發電成本也會大大降低，太陽能電池的使用壽命也會進一步提高。當前世界各國軍在太陽能光伏發電方面給予了大力支持，在政策、法規等方面給予了充分的支持，在世界范圍內形成了太陽能光伏并網發電的良好研究環境和發展環境。在世界能源日益緊張，環境問題日益突出的情況，太陽能光伏發電作為可再生新能源具有令熱鼓舞的發展前景，雖然目前在太陽能光伏發電方面還存在一些技術性難題，但我們相信隨著研究的不斷深入，未來太陽能光伏發電技術必將迎來更快發展，并在我國能源結構中占據重要位置，為滿足人民生活質量提升要求作出新的貢獻。

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