基于光伏發電的直流微電網能量轉換與管理

周家軍

（協鑫光伏系統有限公司 210008）

基于光伏發電的直流微電網能量轉換與管理

周家軍

（協鑫光伏系統有限公司 210008）

進入21世紀以來，許多新能源發電技術在社會生產中的應用越來越廣泛；光伏發電作為一種新型發電手段，人們在生活中對其的重視程度也越來越強。其中，直流微電網是光伏發電系統中最常用的一種形式，與傳統的交流微電網相比具有獨特的優勢。在直流微電網中，變換器獨立存在于每一個發電單元和儲能單元中，進而將設備產生的電能轉換成直流電。所以，與傳統的發電形式相比，直流微電網可以得到更加穩定的電力輸出。

直流微電網；光伏發電；能量轉換與管理

引言

隨著社會水平的不斷提高，經濟發展對能源的需求量越來越大，所以近年來我國的能源短缺和環境污染現象十分嚴重。在這樣的背景下，為了節約能源，降低資源消耗，我國對光伏并網發電系統的應用越來越普遍。然而，氣候條件的變化是影響光伏并網系統輸出功率的重要因素，特別是在大規模的并網時，這將會使電力系統運行的穩定性受到嚴重的影響。所以現階段我國發揮光伏發電系統最大效益的最有效途徑是以微電網的形式接入大電網實現并網運行。本文通過結合對直流微電網的實際約束因素，給出了多種工作模式，并且通過在這幾種模式間形成合理的轉換，進而滿足直流微電網的穩定運行。

1 光伏發電概述

光伏發電是通過利用半導體材料實現光能到電能轉化的一種技術，該手段最主要的工作原理就是利用半導體界面的光生伏特效應；太陽光照射到金屬表面時，其光能會被金屬中的電子所吸收，當電子內部所儲存的能量達到一定水平時，就會克服引力做功，進而形成光電子，進而使半導體與金屬結合的部位產生一定的電位差。一般來說，簡單的光伏發電系統由太陽能電池板、控制器和逆變器三種組件組成。目前，光伏發電的效率并不高，一般在13～18％之間，而且在發電成本方面也要比火力發電高，所以光伏發電的發電效率和發電成本是目前面臨的主要問題。光伏發電以太陽能為主要能源，而太陽能使取之不盡的可再生能源，具有清潔性、安全性、廣泛性等優點；由于我國的一次能源十分有限，所以應該重視光伏發電對太陽能的利用，而且光伏發電在我國長期的能源戰略中應占據重要的地位。

2 基于光伏發電的直流微電網的系統結構分析

①DC/DC變換器是基于蓄電池組儲能的離網型獨立光伏發電系統的重要組成部件，通過該變換器能夠將光伏列陣所產生的電能直接輸送到直流母線上，并且通過DC/DC變換器的運作來選取合理的電能資源。而且當負載或外界環境發生變化時，要通過蓄電池和直流母線之間的能量交換來維持直流母線電壓的穩定性，這也是保證系統正常運作的有效條件。②就是光伏陣列的特性，溫度、光照強度的變化程度是影響光伏陣列輸出功率的重要因素。一般而言，當系統中光伏陣列的溫度在25℃左右時，隨著電壓的變化，其功率的變化范圍并不大。而當改變環境溫度時，會發現光伏陣列的最大輸出功率受自然環境影響較大，當光照強度不斷增加時，其最大輸出功率也隨之而增加；而當溫度的增加時，其輸出功率就會隨之而減小。

3 光伏發電系統能量的管理方法分析

3.1 基于DBS的能量管理策略分析

本文將能量轉換和管理方法分為以下幾種工作狀態；①實現孤島運行，蓄電池接口處的放電形式為單元放電；②并網運行，網側接口實現單元整流；③并網運行，對網側接口進行單元逆變；④孤島運行光伏接口單元輸出恒壓。通過對各個模式進行模態切換，進而滿足各接口單元分段參與直流總線電壓控制的要求。為了更加優化能量管理方案，需要對直流總線電壓進行采樣，采樣的標準應該是相鄰模態的直流總線電壓值互差5％；該值不宜過大也不宜過小，因為如果對該值設置較大，超過10％的話，那么在一定程度上將會降低變換器的工作效率，而且如果系統母線電壓變化范圍過大的話，還會影響系統的穩定性；此外，如果該差異較小的話，那么系統在進行各個模態間的切換時會很容易受采樣偏差的影響，而且有的時候還會出現錯誤切換。

3.2 變換器運行方式比較

在進行各接口變換器不同系統工作模式中的功能分析也是十分重要的一個環節。在這個環節應該分析組網單元、能量饋送單元、負載單元之間的聯系。對四種運行模式的分析可以看出，光伏發電系統在運行的任何時刻，控制其直流總線電壓的變換器只有一個，而且該變壓器以電壓源工作，其余電壓器均以電流源工作。系統各個變換器之間的運行狀態不僅能夠更好的提高系統運行效率，而且在一定程度上還保證了系統在運行中的穩定性。

4 仿真分析

為了保證所研究光伏發電直流網能量管理控制系統的有效性，應該通過改變光照條件、環境溫度以及負載等因素來進行仿真研究，進而總結出更加合理的運行方案。而且，通過仿真實驗還應該對光伏發電系統的工作運行效率、經濟收益進行深入探討，如此，才能滿足社會的能源需求。

5 結語

綜上所述，在資源短缺和環境污染的今天，做好可再生能源的充分利用至關重要。在此背景下，本文通過對基于光伏發電的直流微電網系統能量變換與管理控制方法進行探究，進而總結出能量優化方案。在未來的發展中，我國應該加大對該種方案的重視，如此，才能實現以可再生能源代替不可再生能源。

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2016-7-19