分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用

王蒙+汪可友

【摘 要】本文首先簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外智能電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，然后結(jié)合分布式太能能發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了一種可以應(yīng)用于智能電網(wǎng)中的分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，并給出了系統(tǒng)的基本控制策略，最后初步論證了系統(tǒng)控制策略的可行性。

【關(guān)鍵詞】智能電網(wǎng)；分布式；太陽能發(fā)電

0 引言

隨著人類科技水平的日益增長(zhǎng)，電力技術(shù)在人類日常生活中的作用已經(jīng)得到了廣泛認(rèn)可。其中，電網(wǎng)技術(shù)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，在全球各國(guó)的共同推動(dòng)下，也在過去的幾十年時(shí)間內(nèi)收到了廣泛關(guān)注，并取得了飛速的發(fā)展。

然而，由于全球人口的爆發(fā)式增長(zhǎng)，社會(huì)科學(xué)的急速發(fā)展，整個(gè)人類社會(huì)對(duì)能源的需求與日俱增。而現(xiàn)存的諸如石油、煤炭、天然氣等不可再生能源的儲(chǔ)量卻呈現(xiàn)江河日下的趨勢(shì)。能源需求與能源供給之間的矛盾，已經(jīng)愈發(fā)成為制約人類社會(huì)進(jìn)一步發(fā)展的絆腳石。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，按照目前的能源消耗速率，石油能源將在40年之后開發(fā)殆盡，石油、天然氣的剩余可開采量也所剩無幾。

為了規(guī)避不可再生能源存量對(duì)人類社會(huì)進(jìn)一步發(fā)展的限制，以太陽能、風(fēng)能等為典型代表的新能源為基礎(chǔ)，發(fā)展基于可再生能源的新型電網(wǎng)技術(shù)，已經(jīng)成為了各國(guó)研究人員的主流。和國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，電網(wǎng)技術(shù)研究也處于相對(duì)落后的位置，為了盡早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化4.0的目標(biāo)，研究基于新型可再生能源的智能電網(wǎng)技術(shù)，已經(jīng)成為了我國(guó)電網(wǎng)技術(shù)研究領(lǐng)域的當(dāng)務(wù)之急，并且具有極其重要的戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)意義[1]。

1 智能電網(wǎng)與分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

智能電網(wǎng)，同時(shí)也被稱作知識(shí)型電網(wǎng)，相比傳統(tǒng)電網(wǎng)的技術(shù)方案，其具有友好、清潔、高效、安全的運(yùn)行特性，是一種更加可靠的源端發(fā)電、終端輸配電系統(tǒng) 。美國(guó)早在2002年，就發(fā)起了對(duì)于智能電網(wǎng)方向的研究，并與2004年底之前，發(fā)布了美國(guó)智能電網(wǎng)系統(tǒng)中，有關(guān)數(shù)字模擬通信、計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)技術(shù)等一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。歐盟緊隨美國(guó)步伐，在2005年成立了智能電網(wǎng)技術(shù)委員會(huì)，為歐盟在2030年之前智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展做出了詳細(xì)規(guī)劃，力求滿足歐盟用戶對(duì)能源需求個(gè)性化、差異化的具體需求[2]。目前，我國(guó)在智能電網(wǎng)的研究領(lǐng)域，尚處于起步狀態(tài)。根據(jù)不同地區(qū)各自的用電需求以及研究現(xiàn)狀，各國(guó)在智能電網(wǎng)的發(fā)展方向略有差異，其中歐盟更加側(cè)重于新能源發(fā)電系統(tǒng)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用方面的研究。

在分布式發(fā)電領(lǐng)域，太陽能發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以其能源獲取方便、發(fā)電質(zhì)量可靠的優(yōu)良特性，已經(jīng)在很多國(guó)家和地區(qū)得到了廣泛的發(fā)展。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料顯示，從1980年以來，分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)已經(jīng)在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家掀起了研究、發(fā)展應(yīng)用的高潮。因?yàn)樘柲茈姵匕弩w積小安裝方便的特點(diǎn)，將其安裝在居民屋頂上組成各自獨(dú)立的分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)，其使用便利度、經(jīng)濟(jì)效益度均大大優(yōu)于傳統(tǒng)的大型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。綜上所述，分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)與智能電網(wǎng)的有機(jī)結(jié)合，將是未來各國(guó)電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的絕對(duì)研究熱點(diǎn)。

2 一種應(yīng)用于智能電網(wǎng)中的分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)

本文構(gòu)架的一種應(yīng)用于智能電網(wǎng)的分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。系統(tǒng)的前級(jí)為太陽能電池板，由其承擔(dān)太陽能到電能的初級(jí)能量轉(zhuǎn)換功能。在太陽能電池板輸出端，構(gòu)建直流母線，儲(chǔ)能裝置通過雙向DC/DC與直流母線形成能量交換。系統(tǒng)的交、直流負(fù)載，根據(jù)各自用電需求，隨機(jī)掛接于直流母線。通過分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)控制器，對(duì)整個(gè)分布式智能電網(wǎng)系統(tǒng)的能量獲取，電能傳輸分配進(jìn)行綜合監(jiān)控與控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

其中，太陽能電池板的MPPT跟蹤控制策略，主要由通過對(duì)雙向DC/DC與蓄電池的雙向能量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制實(shí)現(xiàn)。在特定的日照環(huán)境下，根據(jù)太陽能電池板的光電轉(zhuǎn)換特性，其最大輸出功率與太陽能電池板的輸出電壓有對(duì)應(yīng)的關(guān)系。因此，通過主動(dòng)控制雙向DC/DC的開關(guān)頻率，從而調(diào)節(jié)蓄電池的充、放電電流，使得直流母線電壓穩(wěn)定于期望的電壓工作點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)太陽能電池板能源轉(zhuǎn)換效率最大化。與此同時(shí)，在分布式發(fā)電系統(tǒng)中，負(fù)載用電需求與供給側(cè)發(fā)電能力往往會(huì)處于不匹配狀態(tài)，因此要求控制器能夠?qū)χ绷髂妇€所掛接負(fù)載的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)負(fù)載發(fā)生相間短路故障時(shí)，能夠及時(shí)主動(dòng)切斷該負(fù)載，保證整個(gè)智能發(fā)電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。并且，當(dāng)用負(fù)載用電需求大于前級(jí)太陽能電池板能提供的最大輸出時(shí)，能夠控制儲(chǔ)能裝置向直流母線輸出能量，補(bǔ)足發(fā)電端欠載的需求；當(dāng)負(fù)載用電需求小于前級(jí)太陽能電池板能提供的最大輸出時(shí)，反之亦然。此外，當(dāng)各獨(dú)立運(yùn)行的分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)互相交聯(lián)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)之間的能量傳遞，配電傳輸控制策略則會(huì)更加復(fù)雜。

3 結(jié)語

本文在國(guó)內(nèi)外能源背景的日趨嚴(yán)峻的現(xiàn)狀下，基于智能電網(wǎng)愈加強(qiáng)大的實(shí)際需求，結(jié)合太陽能分布式發(fā)電系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了一種基于分布式太陽能發(fā)電系統(tǒng)的智能電網(wǎng)方案，并初步論證了系統(tǒng)控制策略。目前，儲(chǔ)能技術(shù)是所有新能源技術(shù)的瓶頸所在，甚至可以說，儲(chǔ)能技術(shù)的相對(duì)滯后，一定程度上制約了諸如太陽能、風(fēng)能等新能源技術(shù)在智能電網(wǎng)中的發(fā)展。因此，對(duì)諸如蓄電池、超級(jí)電容等儲(chǔ)能裝置的能量管理、控制策略的進(jìn)一步研究，是未來研究人員需要深入思考的方向，也是智能電網(wǎng)技術(shù)在未來取的重大突破的關(guān)鍵之一。

【參考文獻(xiàn)】

[1]羅詠.雙向DC_DC變換器及電池能量管理系統(tǒng)研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2013.

[2]侯嘉怡.智能微電網(wǎng)分布式電壓控制的研究[D].燕山大學(xué)，2014.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]