光伏發電并網技術的發展現狀與展望

摘 要：近年來，國家對電力的需求量逐年遞增，同時對以化石作為能源的發電類企業的環境監管力度也在逐年提高。因此，太陽能、風能等清潔、綠色能源受到了廣泛的認可和關注。本文對光伏發電技術中的最大功率跟蹤點（MPPT）以及光伏發電并網系統中逆變器的拓撲結構進行了分析，最后對光伏技術的未來發展趨勢作出了展望。

關鍵詞：光伏發電；光伏并網；MPPT；并網逆變器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.176

1 光伏發電技術的現狀

1.1 光伏發電的背景與意義

由于化石能源日漸枯竭，以及能源轉化過程中產生的排放物對環境的污染，再次引發了世界對綠色可再生能源的關注和重視。2014年國家可再生能源中心和能源基金會適時介紹了《中國2050年高比例可再生能源發展情景暨途徑研究》項目，其研究成果顯示，在2050年或者更早時間能夠實現高比例可再生能源發展，即可再生能源占一次能源消費比例超過60%。其中，風電和太陽能這類清潔能源的裝機容量也會逐年上升，最終可再生能源將代替化石能源在能源供應中的主導地位。

1.2 我國光伏發電的發展近況

從上個世紀九十年代開始，我國通過與西方國家合作，在西部各個省份相繼建成了數個獨立光伏發電工程，扶持了一部分自然條件差，無電邊遠地區。近些年，我國頒布了一系列的法律、法規，促進了光伏產業的發展，光伏組件的成本日益降低，光伏電站的裝機容量開始向百兆瓦級甚至千兆瓦級發展，與建筑物屋頂以及墻面結合的分布式光伏并網發電系統也逐步走進人們的視野。

1.3 光伏并網發電系統分類與組成

在已建成的光伏發電系統中，并網型光伏發電為主流運行模式。這其中又可劃分為集中式并網發電系統和分布式小型并網發電系統。分布式光伏系統表現為利用建筑的屋頂及墻面安裝光伏組件，所發出的電能首先是自用，多余或不足的部分通過電網調節，與電網形成有效的供需互動。

光伏發電系統主要由光伏陣列、逆變器以及控制器三大部分組成。光伏陣列是整個系統中價值最高的組件，其成本的高低決定著整個系統的造價。逆變器是將光伏陣列輸出的直流電逆變為交流電，并且饋入電網的裝置。通過嵌入最大功率跟蹤點的固定算法，控制器可以有效的提高整體的輸出功率，并且控制整個系統的運行狀態。

2 相關技術的發展現狀

2.1 最大功率跟蹤點（Maximum Power Point Tracking）

光伏電能輸出的隨機性、間斷性和不確定性是由太陽輻照度和周圍的環境溫度引起的。隨著輻照度和溫度的改變，光伏陣列的輸出端電壓也隨之變化，從而改變整體的輸出功率。MPPT的目的是在環境條件不斷變化的情況下，光伏陣列仍能輸出最大功率，從而提高了發電的效率，同時也可減少儲能裝置的裝機容量，降低整個系統的建設成本。MPPT是一種算法，它是固化在MPPT控制器中微處理芯片內的算法程序。現有的MPPT算法可以分為自尋優法和非自尋優法兩大類，自尋優法應用更為廣泛，以下是常見的兩種自尋優法。

（1）恒壓電壓法。相對于溫度變化的影響，太陽輻照度的變化對光伏陣列輸出功率的影響更為明顯。對比圖1中一族光伏陣列P-V曲線，可以發現每條不同的曲線在最大功率點處所對應的電壓值區別不大，我們可以粗略地認為它是一個恒定的電壓值，這樣就把問題制簡化為穩壓控制。雖然此方法原理簡單，但是控制的精度不高。

（2）導納增量法。由光伏陣列的P-V特性曲線可知，在最大功率點處，功率對電壓的導數為零。

由（3）式可知，當輸出電導的變化量等于輸出電導的負值時，光伏陣列工作點即為最大功率點。導納增量法準確性高，而且可隨著環境的快速變化仍保持較好的跟蹤性，缺點是實現起來較為復雜，對微處理的性能要求比較高，譬如有的場合需要多核處理器來提高運算速度。

2.2 并網逆變器

并網逆變器是光伏并網發電中的核心設備，逆變器的設計及控制方式是核心內容和關鍵技術。直流鏈環節采用并聯電容器儲能的為電壓型逆變器，直流側采用串聯電感提供穩定直流輸入的為電流型逆變器。由于直流鏈電感的起動態響應效果不佳，現有的結構多數采用電壓型逆變器。單相及三相并網型逆變器的拓撲結構如圖2所示，直流鏈采用電容來儲能并濾除高頻紋波，電容對于后級逆變電路可等效為一個電壓源。在二級或多級光伏系統中，通常會在逆變環節之前，光伏陣列直流輸出之后，加上一級直流斬波電路，用以穩定逆變環節輸入的直流電壓，使其滿足逆變的輸入電壓要求。

3 結論

本文分析了光伏發電技術的發展現狀，結論如下：

最大功率跟蹤點：雖然各種MPPT的算法都能實現最大功率的輸出，但是他們都存在一定的不足之處，有的體現在精確度，有的表現為動態響應的速度。隨著研究的不斷深入以及計算機技術的發展，今后會有更加完善的方法出現。

隨著技術的發展，逆變器已由單級拓撲結構發展為多級拓撲結構，雖然上述改進提高了光伏發電系統的效率，但由此產生的統一控制問題，多個逆變器產生的諧波疊加問題，都有待在今后的研究中解決。

參考文獻

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[3]艾欣，韓曉男，孫英云.光伏發電并網及其相關技術發展現狀與展望[J].現代電力，2013.2（30）：1-7.

作者介紹：劉珅（1983-），男，研究生，工程師，主要從事電氣供配電設計工作。