電氣自動化在太陽能光伏發電中的應用

駱磊 劉佳

摘? 要：在現代工業快速發展的背景下，我國能源極度損耗以及過度消耗，導致不可再生能源緊缺。太陽能光伏發電作為一種新興可再生能源，能夠有效緩解當前能源緊缺的問題，而電氣自動化技術的合理應用能夠大大提升太陽能光伏發電的效果。因此，文章首先分析了太陽能光伏發電的現狀，從發電原理和優勢概述了太陽能光伏發電，并結合實際應用情況，對電氣自動化在太陽能光伏發電中的具體應用進行了深入研究。

關鍵詞：電氣自動化;太陽能;光伏發電;應用

中圖分類號：TM76 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）35-0166-02

Abstract： In the context of the rapid development of modern industry， China's extreme energy consumption and excessive consumption， resulting in a shortage of non-renewable energy. As a new renewable energy， solar photovoltaic power generation can effectively alleviate the current problem of energy shortage， and the reasonable application of electrical automation technology can greatly improve the effect of solar photovoltaic power generation. Therefore， the article first analyzes the current situation of solar photovoltaic power generation， summarizes solar photovoltaic power generation from the principle and advantages of solar photovoltaic power generation， and makes an in-depth study on the specific application of electrical automation in solar photovoltaic power generation.

Keywords： electrical automation; solar energy; photovoltaic power generation; application

引言

太陽能是屬于一種可再生能源，具有便捷、儲量大、清潔、無污染等優點，在各個領域都有著非常廣闊的應用空間和發展潛力。光伏系統能夠將太陽能轉化為電能，同時還不會產生能源損耗和空氣污染等問題，如何提升太陽能光伏發電的利用效果成為當前亟需研究的課題?；诖?，本文通過對電氣自動化在電力行業、并網系統、光伏建筑、水泵系統、直流變頻控制以及無功補償控制等太陽能光伏發電方面的應用進行研究，不斷提升太陽能光伏發電的利用效果，為實現我國經濟的可持續發展提供了重要的能源基礎。

1 太陽能光伏發電的現狀分析

近年來，隨著可持續發展觀念不斷深入人心，綠色低碳已成為人們追求的一種生產和生活方式，太陽能作為一種清潔、無污染的可再生能源，將太陽能光伏發電作為我國生產與生活中利用電力資源的主流方向，開發利用規模迅速擴大，促進太陽能光伏發電的迅速發展。與西方發達國家相比，我國太陽能光伏發電技術起步相對較晚，但是由于國家對太陽能光伏發電的重視和政策支持，我國光伏發電規模發展速度非常迅速，尤其是2017年，我國裝機容量達到歷史新高，受光伏531新政影響，2018年和2019年，我國裝機容量有所下降，但是自2013年以來，我國光伏發電量增長迅速，2019年全國光伏發電量同比增長26.3%，據相關部門數據統計，2013-2019年我國光伏發電量變化情況如圖1所示。已成為全球最大的應用市場，成為我國具有國際競爭優勢的戰略性新興產業。

2 太陽能光伏發電的概述

2.1 發電基本原理

太陽能光伏發電是根據光生伏特效應原理，利用太陽電池將散射輻射和反射輻射以及直接輻射等多種不同形式的太陽輻射能轉化為電能，以滿足電力所需，主要是由太陽能電池方陣、蓄電池組、控制器、逆變器、直流負載、交流負載等設備組成，原理結構圖如圖2所示。

2.2 發電優勢

與其他發電形式相比，太陽能廣發發電具有很大優勢。具體如下：

（1）太陽能是一種不會枯竭的能源，輻射能量巨大，不受當前能源市場上的變動影響，是資源最為豐富的發電技術。

（2）因為每個區域都會接收到光照，可以隨時隨地使用太陽能資源，所以太陽能發電不受地域的影響或制約，可以有效的解決邊遠以及特殊地區的用電問題。

（3）太陽能光伏發電安全、無污染，并且運用比較靈活，能夠安全穩定的運行。

（4）太陽能光伏發電是處于一種靜止狀態，各種設備部件不會出現運動，減少設備出現故障的概率，延長了設備的使用壽命。

3 電氣自動化在太陽能光伏發電中的應用

根據我國當前太陽能光伏發電的實際發展情況來看，電氣自動化技術是其中最受矚目的一項技術，可以有效提升太陽能的利用率，以下針對電氣自動化在太陽能光伏發電中的應用進行了論述。

3.1 在電力行業中的應用

在電力行業中，電氣自動化技術發揮著重要作用，推動我國工業領域不斷發展。在電力工程中，通過科學合理的運用電氣自動化技術，在一定程度上可以降低相關人員進行工作的強度，減少人為因素造成的損失，有效提升了電力系統的工作效率。此外，通過在電力系統中合理運用電氣自動化技術，改變了電氣工程的資源利用結構，保障電力系統自身的安全性與穩定性，確保了電力工程的經濟效益。

3.2 在太陽能光伏發電并網系統中的應用

隨著太陽能光伏發電系統智能化發展，根據實際需求的不同，發電模式也存在一定的差異，主要有獨立光伏發電、并網光伏發電、分布式光伏發電三大模式。由于并網光伏發電系統具有安全性高、安裝成本小、資源消耗少以及建設周期短等優點應用較為廣泛。并網光伏發電系統是太陽能組件產生的直流電經過并網逆變器轉換成符合市電電網要求的交流電，將產生的正弦交流電直接接入公共電網。而電氣自動化技術在并網發電系統中的應用可以有效規避光伏發電系統在并網的過程中對電網產生劇烈的沖擊，以降低在實際發電過程中對電網帶來的負荷和損耗。此外，電氣自動化技術還可以有效監測同期點的兩側電氣量，高效準確地捕捉數據和判斷據信息，以彌補數據傳輸過程中所出現的時間差，提高數據信息的科學性和準確性。

3.3 在光伏建筑和水泵等系統中的應用

隨著科學技術的不斷進步，太陽能光伏系統越來越多，增加了管理的難度，很難及時發現太陽能光伏系統故障，嚴重影響了太陽能光伏發電系統的正常運行。近年來，自動化產品其不論是在數量上亦或是種類上都在不斷增加，電氣自動化技術和自動化產品在光伏建筑和光伏泵系統中的應用也越來越廣泛，其中應用頻率最高的屬于自動化監控系統。通過自動化監控系統，可以對光伏建筑和光伏泵系統的電池板的電壓電流以及運行狀況、逆變器的工作狀態等進行實時監測，詳細記錄系統運行參數，對系統運行中存在故障進行報警等，相關工作人員通過自動化監控系統記錄的數據，分析判斷出故障發生的具體位置，進行緊急維修，以確保太陽能光伏發電正常運行。

3.4 在光伏發電系統直流變頻控制過程中的應用

當前，我國光伏發電系統中主要是直流電，直流電系統具有結構簡單、成本低廉的優點，但是受負載電壓的影響，很難實現標準化。隨著太陽能光伏發電的不斷發展，并網運行的出現，對光伏發電系統提出更高的要求，那就是轉化為交流電。合理利用電氣自動化技術對交流電力輸出的光伏發電系統的元器件進行有效控制，主要有電池方陣、蓄電池組、控制器、逆變器等。通過監控一次以及二次配電網絡運行狀態，了解各設備的運行狀態，并對各元器件的光伏組件分布、逆變器等進行監控，及時了解直流電壓、電流、功率，交流電壓、電流，電網頻率、功率因數等，以便順利將光伏發電輸出的直流電變成交流電。

3.5 在無功補償控制中的應用

在光伏發電系統中所使用的元器件絕大部分為電子元器件，而電子元器件在使用過程中，會產生無功損耗以及諧波，諧波會導致電力系統不穩定，嚴重時會導致出現電壓質量不合格（供給電壓不足或者電壓超負荷）的情況，影響太陽能光伏發電供電的穩定性。但是通過合理運用動態無功補償裝置和濾波裝置，精準調節光伏發電無功電壓，及時控制無功功率損耗，能夠確保功損耗以及諧波不會影響電壓質量。

3.6 在光伏電系統設備全生命周期控制中的應用

由于我國在太陽能光伏發電領域中起步相對較晚，在管理上存在很多不足。一般都是在光伏發電產生問題時才針對相關設備完成檢修，降低了發電效率和發電質量，影響了發電的可靠性，縮短了光伏電系統設備的全生命周期。通過電氣自動化技術在光伏電系統設備生命周期控制中的合理應用，可對設備的振動偏差、允許溫升等運行狀態進行監控，確定設備是否“帶病”運行，制定合理的設備維修計劃，不斷完善設備生命周期以及質量。

4 結束語

綜上所述，隨著近幾年我國科學技術的快速發展與持續進步，電氣自動化技術的不斷創新和升級，被廣泛應用在各領域中，大大提升了太陽能的利用效率。上述通過對電氣自動化在太陽能光伏發電中的應用進行總結和分析，不僅提升電氣自動化的應用效果，還有利于生態環境的保護，推動我國經濟的可持續發展。

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