光伏發電系統功率預測及控制技術分析

夏巨龍

（湖南動力源電力勘測設計有限公司 湖南 長沙 410021）

前言

化石生物燃料在經過人們的大量開發和使用后，總體儲量開始變得稀薄，面對這樣的經濟發展背景，新型可再生清潔能源因自身獨特的市場優勢和使用優勢迅速取得了高度的關注。在此期間，太陽能能源則屬于其中的佼佼者。利用太陽能光伏發電技術對太陽能進行高效轉化，并對其展開深入研究，能夠為能源領域創造出非常可觀的經濟效益。因此，本文主要以光伏發電系統為核心，針對光伏發電技術體系進行深入探討。

1 光伏發電系統功率預測及控制技術研究意義

當前階段的能源來源于途徑主要是化石能源，由于化石能源屬于不可再生型能源、同時總量一定，并且開采期間容易使環境受到污染等特點。正式因為化石能源本身具有的不可再生性，所以人類不可無限利用這一能源，據世界能源機構總結可知，現有已探明煤、石油等總儲存量的前提下，輔以現行開采速度，世界范圍內煤的儲存總量最終使用年限在230年左右，同時我國煤儲存總量的最終使用年限在81年左右；全球石油總量可使用年限在45年左右，在我國的儲存量可使用年限在18年左右；世界總體天然氣量可食用年限在61年左右，我國儲存量可使用年限在約30年左右。煤資源與石油、天然氣作出對比，其總體時間不短，在兩百年左右，但是經濟全球化的高速發展，再加上第三次科技革命即將來臨，此時能源問題已經迫在眉睫。。由于不可再生能源的開采活動會對周邊環境造成嚴重的污染，并且各種類型的工業生產機械或者交通工具的運行均會排放出大量廢氣，給人們的正常生活造成十分惡劣的影響。上述各種污染現象在如今依舊大量存在，全球氣溫和海平面的不斷上升也給人們的生活空間帶來了嚴重內的威脅。針對這種發展現狀，需要堅持走可持續發展路線，解決能源消耗帶來的各方面問題[1]。

2 三相光伏發電系統并網控制策略

光伏并網控制屬于發電系統的重要組成結構，首先需要對發電系統整體給偶偶早展開分析，將逆變器為研究核心，在abc1aβ1dq坐標系中建立起對應標準，同時構建數學模型，將其作為電流控制目標分析依據，同時制定出矢量控制方法，其中基于電壓定向的雙環PI控制，技術相對成熟、控制方式簡易，但此間設備運行穩定性存在一定問題，不能有效控制內環交流量，同時其自身也很容易被電網干擾[2]。分析控制中的不足之處，需要選擇PR控制系統，因為PR能夠增加閉環極點，此時可以站在理論角度進行分析，諧振頻率處表現出的數值情況，同時此間的幅值增益會表現出無窮大的特點，因此能夠對內環交流量加以有效控制，并且無靜差控制工作也會變得更加簡易，抗電網干擾水平由此增強。全面一提抗電網頻率偏移水平，需要選擇改進型控制器設備，實現PR控制，此間需要格外關注諧波補償工作。組織了發電系統構造歌劇，整理出仿真模型，主要包括MPPT模塊、SPWM模塊、鎖相環模塊、坐標變換模塊以及電流內環模塊，借助最終仿真效果，針對驗證準PR控制展開分析，明確設備使用優越性[3]。

內環PR以及準PR，對二者控制操作展開研究：同領域研究者基于內模原理展開分析，明確諧振控制器(PR)使用方式，需要將指令進行規劃控制，并將其植入逆變并網中，在此時實現對指令的有效控制。并網控制詳情如圖1內容所示：

3 光伏發電系統的最大功率跟蹤控制

3.1 大功率跟蹤的基本拓撲

在正式使用兩級式光伏并網逆變器后，此時的最大功率數據清晰，并且控制電路拓撲如圖2中的內容中所示，第一級屬于直流Boost升壓變換器，可以實現對通過控制PWM信號的有效控制，并且此時的開關頻率也能夠得到保證，實現升壓效果明顯。此間還需要首先檢測PV光伏板運行狀態，保證實時的輸出電壓足夠穩定，并且和輸出電流也需要控制在固定標準范圍內，按照根據最大功率進行計算，明確最終控制方法的有效性，經過控制算法計算后可以得知，實時到光伏電池的工作電壓參考值為Ue，在此之后然后對光伏電池進行記錄，并為的輸出電壓實時進行采樣，在控制后續將輸出電壓的過程中，與光伏電池的工作電壓參考值則會不斷減弱相減，將最終得到的電壓指令將會被傳送至輸入到PI控制器中，輸入三角載波信號也會發生變化，轉換成為一種新的為PWM控制信號后，完成上述操作步驟后，對Boost升壓變換器需要做到精準控制，保證實現輸入電壓始終處于的可閉環控制狀態，呈閉環運行模式；為保證了使Boost換流器工作穩定性，保證輸出電壓U2固定性不會越限，同時還需要在參考值Uer，并適度加入了限幅標準環節，對參考值進行一定的改變，保證使直流母線電壓穩定，確定其不會趕超超過其上、下最終限值[4]。此后的第二級操作同樣如此，為保證光伏并網逆變器穩定，的控制拓撲工作需要足夠清晰且準確，利用外環電壓控制環節可以進行直接操作，保證對直流母線的電壓處于合適的工作狀態下進行調節，此間還需要確認使得直流電壓能夠始終維持在達到固有穩定循環內狀態，在控制內環電流期間，控制環節可以對逆變器進行調節，保證最終輸出功率因數穩定性進行調節[5]。

并網逆變器設備具有特殊實用性，需調節自身要通過對自身的輸出電流，保證做出有效的矢量控制有效性，保證實現對輸出功率和設備無功功率的有效控制。具主要體控制操作內容為如下：通過對電感的控制，保證設備兩端電壓穩定性，的矢量控制，可以實現對輸出電流加以調節，保證矢量穩定的幅相控制[6]。因為矢量方向以及控制器控制變量存在一定程度的差別，能夠將光伏并網作出改良，并且此時的逆變器的實時控制，需要保證策略合理轉化的合理性，為電流閉環矢量控制提供保障作用，同時為策略以及功率閉環直接功率控制供給策略兩種不同選用類別[73]。在此期間，由于電流閉環自身的原因，控制矢量控制選用的控制策略需要格外關注，并且此時的對坐標系還會發生實時進行變換作用，將原本靜止狀態下的坐標系交流量代表的坐標進行變換，而后將其中的能量記性轉，使其最終換成為一種張與系統角頻率保持同轉速的旋轉坐標系的直流量形式，利用比例積分調節器能夠實現無差調節電流；因為同處一個坐標系下，此時的電流與電壓分量均會同步發生旋轉，所以實現有功功率和無功功率解耦控制方面的效果極佳；針對電網電壓進行控制，此間的電壓實時定向矢量控制(VOC)工作需要高度重視，并且以及虛擬磁鏈定向同樣會在此時發生反應，產生的矢量控制(VFOC)，并且這需要與同步旋轉坐標的系中d軸保持同步，但是二者提供的參考方向又存在一定差異性有數不同，所以會產生一定程度的差異性[87]。

3.2 最大功率跟蹤原理.

系統最高功率跟蹤主要是指光伏電池在將接收到電能進行轉換的過程中，始終保持自身的最大輸出功率，同時還需要以最高標準利用太陽能發電控制技術，借助對電路占空比控制作用的調節，進一步實現輸出功率方面的改變。因為光伏電池輸出的有功功率等于其兩端電壓和流經電流的乘積，經過對輸出功率的檢測可以得知光伏電池輸出的運行狀態，進而對控制信號進行脈寬調制，使光伏電池的電流發生變化，從而使光伏電池在工作過程中保持最大功率輸出。由于光伏電池的等效電路為非線性元件，因此其輸出特性比較復雜不便于理論分析，下面以簡單線性電路的最大功率輸出原理進行介紹，說明光伏電池在實現最大功率跟蹤時的阻抗匹配過程[98]。

3.3 光伏并網系統體系結構

足夠完整的并網光伏發電系統主要包括光伏陣列、直流配電柜、逆變裝置、儲能裝置、并網保護裝置、交流電網以及負荷等部分構成。系統發電全部過程如下：首先由太陽光照射太陽能電池塊，此時光伏陣列會進行實時作用，同步產生光生伏打效應輸出直流電，此后經由并網逆變器進行作業，實現直流電至交流電形式之間的能量變化轉換，利用傳輸線將實時交流電完全輸送給系統的負載設備使用，期間的各項儲能裝置均可以光伏發電產能過剩的情況下吸收多余電能，還可以在光照不足或者發電量不能有效滿足負荷要求的情況下將自身存儲的能量予以釋放，因為并網逆變器本身系統中存在一定差別，配置的多個具備太陽能量優化功能的量級控制部件配置不足，功率優化控制部件、并網故障保護部件以及充放電控制等均能夠發揮出非常良好的作用[109]。

4 結語

綜上所述，本文主要針對光伏發電系統的實際跟蹤控制能力展開研究，同時針對并網逆變控制技術做出有效分析，保證光伏并網后續系統響應狀況能夠得到準確的分析結論。通過對光伏發電站系統最終階段的設計方案內容總結，可以指出系統采用兩級式并網逆變器MPPT單環控制結構后，可以取得非常優質的使用效果。在此期間，選用兩級式并網逆變器單環控制結構還可以進一步夠滿足系統正常運行狀態的需要，同時可靠性和穩定性更高，此時最終結果能夠充分驗證系統設計控制方法具有高標準的可實施性，可以有效的防止功率振蕩情況或者誤判問題的出現。