農村光伏微網研究及設計

蘇建歡 藍良生 鄭述星

摘 要：本文通過研究農村分布式光伏發電系統，擬設計減少小功率分布式光伏發電系統對配電網的污染，提高農村分布式發電系統的穩定性及安全性。建設一個合理的農村分布式發電的微電網系統，減少電能污染，提高分布式發電系統的電能質量和發電效率，同時可以提高農戶的收入，降低農戶用電成本，使分布式發電系統可以更廣泛地推廣使用。

關鍵詞：農村光伏 分布式發電 MPPT

中圖分類號：F42 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）02（a）-0073-02

能源作為現代社會發展的基石，當今社會能源主要來自于化石能源。潔凈的能源一直是人們研究的方向特別是太陽能，大型光伏發電站的缺點是占用面積大且發電效益不高成本投入過大，要研究一種成本較低且能大面積推廣的分布式發電系統。

農村太陽能能源利用率一直很低，建設一種合理的發電儲存及利用一體化設計，設計要基本滿足農戶本身的日常用電并能在發電高峰期把電能輸送到電網中同時減少對配電網電能質量的污染。

1 系統的組成和設計原理

系統光伏組是由每個用戶按照家中可鋪設的太陽能光伏電池板的面積決定，有利于擁有較廣面積的農戶可以鋪設更多的光伏矩陣得到較多的電能，通過升壓電路把電壓升至400V輸送到直流高壓母線中并通過農戶各自安裝逆變器把高壓母線的電能逆變為市電提供給農戶使用，這樣有利于在配電網斷電時或者本區域發電量能夠滿足本區域用電時達到自產自銷的合理使用；在發電量不足時通過配電網補充，形成雙電源供電提高電能穩定性。在發電高峰期通過高性能的逆變器把直流高壓母線電能逆變成為高質量電能輸送到配電網，這樣有利于減少小型分布式發電系統對配電網的電能的污染。高質量的逆變器可以使用歐洲標準的高質量逆變器例如西門子SINVERT PVS系列的逆變器。

2 光伏電池板仿真模型

由常用的光伏電池數學模型計算公式

其中，變化量取通用參考值是參考光照強度常用取值為（1000W/）是實際電池板溫度和參考溫度的差值是實際光照強度與參考值的差值是光伏電池在光照強度R與電池溫度T時的短路電流（A）是光伏電池在光照強度R時的開路電壓（U）；a、b、c為常數它們的典型值分別為0.0025/℃、0.5/℃、0.00288/℃基于以上公式利用MATLAB/SIMULINK建立光伏板的MPPT仿真模型。

模型是通過電壓電流檢測反饋回來的電壓電流值來與上個時刻采樣回來的電壓電流值經行比較，根據比較的結果傳遞到PI控制器繼而得到一個控制器的輸出的占空比D并把傳遞到PWM控制模塊。根據傳遞過來的占空比D與三角波經行比較從而生成PWM來控制輸出電壓。

3 逆變器的拓撲結構

一個逆變器的拓撲結構的選取會影響到逆變器的效率損耗及安全性，要選取一個合適的符合實際應用的拓撲結構是必須的。根據農村的天氣多元化空間小、使用安全性及成本低來選取一個合適的拓撲結構，根據已知常用的控制方式有：電壓源電壓控制方式，電壓源電流控制方式，電流源電壓控制方式，電流源電流控制方式這幾類以電流源為輸入的逆變器，在直流側需要串聯一大電感作為提供比較穩定的直流電流輸入，但是由于這個大電感往往會導致系統動態響應慢，因此并網逆變器采用以電壓源輸入這樣也符合光伏板經過MPPT控制輸出時的電壓輸出。微電網是一個類似電流源的系統所以為了簡單并聯運行控制，所以選取電壓源電流控制方式。在實際應用中以電壓型控制為主電路可以實現有源濾波和無功補償的控制，這樣的控制方式在實際中得到廣泛的應用，并且可以最大化進行光伏發電和提高供電質量減少功率的損耗、減少設備的成本價格。

主電路選取全橋式結構，全橋結構開關管承受的電壓要比推挽式結構承受的電壓要小，推挽式開關管承受電壓為直流輸入的兩倍，半橋式需要輸出雙極性的SPWM，全橋式只需要輸出單極性的SPWM就可以采用硬件設置可以驅動全橋式電路。由于直接逆變存在較高漏電風險不合適在農村地區使用，工頻隔離效率低下價格較高也不合適，所以選取高頻隔離式系統且是兩級隔離DC-DC/DC-AC結構從經濟和安全及功率大小都適合。

4 微網結構及效率

南方農村每戶的平房面積都不是很大，大約在100～150m2之間。造成每個單元的功率不大，所以需要把這些單元的電能經行整合，通過升壓器把電壓升至400V輸送到高壓直流母線中并由高壓直流母線進行逆變并網，這樣有利于提高系統的穩定性減少向電網輸入較多的諧波和不必要的干擾。高壓直流母線逆變到用戶負荷中，可以滿足人們日常的電能需求，在發電高峰期時把電能逆變到電網中去，如高壓直流母線的電能不足時由電網補充用戶負荷，這樣滿足了用戶負荷的多樣性，也提高發電的使用率，減少用戶的用電成本，提高供電電壓的穩定性。對于有能力安裝儲能設備的單元可以直接進行儲能充電，在夜間也可以進行供電。

5 結語

對于農村的微網建設要結合當地的實際情況進行設計，由于農村的光伏發電功率不大，所以要先進行一次整合再進行與電網的并網，這樣有利于減少對電網的干擾，減少對電網的危害，只有在保證對配電網污染最小的情況下進行并網才是農村分布式發電的發展方向。農村分布式發電要與當地配電網相互進行協調，在保證當地電網的電能質量及電能的安全可靠性的前提下，建設一個符合農村的分布式發電系統。

參考文獻

[1] 朱銘煉.500W光伏并網逆變器的設計[D].南京：南京航空航天大學，2010.

[2] 康凱.3kW光伏并網逆變器的研究[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學，2014.

[3] 秦碩，孫志毅，劉立群，等.光伏發電并網逆變器設計[J].太原科技大學學報，2015（1）：6-11.

[4] 張永佳.戶用太陽能逆變電源的研制[D].西安：陜西科技大學，2012.

[5] 王磊，李照陽，童子權.一種可并網光伏發電逆變器設計[J].電工儀表研究所，2012（8）：22-23.

[6] 宋楊呈祥.應用于并網逆變器的鎖相環關鍵技術[J].分布式能源，2012，2（3）：33-38.

[7] 卞策.單相光伏并網系統的MATLAB仿真研究[D].天津：天津理工大學，2014.

[8] 楊新法，蘇劍，呂志鵬，等.微電網技術綜述[J].中國電機工程學報，2014（1）：57-70.

[9] 孫志松.光伏并網發電系統的MATLAB仿真研究[D].南昌：南昌航空大學，2012.

[10]高志強，趙景濤，孫中記，等.農村供電系統中典型微電網供電模式研究[J].研究與開發，2014，15（6）：56-62.