芻議電壓基準(zhǔn)變步長(zhǎng)直流解耦光伏發(fā)電與儲(chǔ)能技術(shù)

龔榮智

摘 要：光伏發(fā)電以太陽(yáng)能為主要能源，太陽(yáng)能具有清潔可再生的優(yōu)勢(shì)，因此世界各個(gè)國(guó)家都對(duì)光伏發(fā)電非常重視。基于此，本文研究電壓基準(zhǔn)變步長(zhǎng)直流解耦光伏發(fā)電與儲(chǔ)能技術(shù)的有關(guān)內(nèi)容，討論電壓基準(zhǔn)變步長(zhǎng)直流解耦算法與操作，研究光伏發(fā)電技術(shù)的主體內(nèi)容，思考光伏發(fā)電儲(chǔ)能的優(yōu)化調(diào)度手段，優(yōu)化光伏發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電壓基準(zhǔn)變步長(zhǎng);最大功率點(diǎn);三端口變換器

引言：

科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展進(jìn)步，人類(lèi)的生活對(duì)電力資源有很大的依賴(lài)性，火力發(fā)電的應(yīng)用范圍比較廣，需要消耗大量的能源材料，而這些能源有很多是不可再生的，而且能源燃燒發(fā)電還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，開(kāi)發(fā)無(wú)污染的綠色能源受到人們的關(guān)注。光伏發(fā)電使用的是可再生的太陽(yáng)能，通常會(huì)在光照充足的地點(diǎn)建立光伏發(fā)電站，同時(shí)也要加強(qiáng)對(duì)電壓基準(zhǔn)變步長(zhǎng)直流解耦光伏發(fā)電與儲(chǔ)能技術(shù)的研究。

一、電壓基準(zhǔn)變步長(zhǎng)直流解耦算法與操作

（一）電壓基準(zhǔn)變步長(zhǎng)直流解耦算法

在光伏發(fā)電逆變過(guò)程中，會(huì)采用電壓基準(zhǔn)變步長(zhǎng)直流解耦算法，使用該算法能選擇出合適的初始步長(zhǎng)，會(huì)將工作重點(diǎn)的不同位置考慮在內(nèi)。以跟蹤最大功率點(diǎn)為例，如果光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作位置是在最大功率點(diǎn)MPP的左側(cè)，可以用d P/d U>0來(lái)表示，那么跟蹤步長(zhǎng)就可以用S（k）aΔUref1來(lái)表示。而如果工作點(diǎn)的位置是在MPP的右側(cè)，此時(shí)就可以用d P/d U<0來(lái)表示，而跟蹤步長(zhǎng)則可以表示為

S（k）bΔUref2，代表式中的變量是步長(zhǎng)調(diào)整系數(shù)，該系數(shù)會(huì)隨著光伏電池輸出的變化而實(shí)時(shí)發(fā)生變化。分析整體算法，在遠(yuǎn)離 MPP的區(qū)域時(shí)，跟蹤應(yīng)選用較大的步長(zhǎng)，這樣就能有效提高跟蹤的速度，當(dāng)跟蹤已經(jīng)逼近MPP區(qū)域，就可以選用較小步長(zhǎng)，這樣做能有效降低振蕩幅度。隨著光伏電池工作點(diǎn)與 MPP的距離不斷減小，就需要縮小跟蹤步長(zhǎng)，當(dāng)工作點(diǎn)正好處于MPP時(shí)，光伏發(fā)電的電壓就不會(huì)再發(fā)生變化，此時(shí)的跟蹤步長(zhǎng)大小為0，這便完成了整個(gè)跟蹤過(guò)程。

（二）電壓基準(zhǔn)變步長(zhǎng)直流解耦操作

使用電壓基準(zhǔn)右側(cè)變步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法，實(shí)現(xiàn)MPPT，需要進(jìn)行的操作是預(yù)測(cè)功率和恒定電壓，進(jìn)行這兩項(xiàng)操作，能有效加快跟蹤速度，而且還能提高跟蹤的準(zhǔn)確度。實(shí)際操作時(shí)，需要在完成采樣后對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在執(zhí)行該算法時(shí)，首先要采集光伏電池的輸出量數(shù)據(jù)，這其中就包括了電壓和電流，在判斷工作點(diǎn)的電壓位置時(shí)，應(yīng)該以廠家提供的Up值為依據(jù)，為后續(xù)進(jìn)行恒定電壓法的操作提供基礎(chǔ)。其次，要計(jì)算出P’（k）和P（k+1）值，此時(shí)使用的方法是功率預(yù)測(cè)算法，之后就能確定d P（k）的值。最后，跟蹤最大功率點(diǎn)，使用算法跟蹤最大功率點(diǎn)，在調(diào)整跟蹤步長(zhǎng)時(shí)使用步長(zhǎng)調(diào)整系數(shù)S（k），當(dāng)跟蹤逼近最大功率點(diǎn)時(shí)，就需要使用不同的步長(zhǎng)調(diào)整系數(shù)和不同的初始步長(zhǎng)[1]。

二、光伏發(fā)電技術(shù)

（一）跟蹤控制光伏最大功率點(diǎn)

一直以來(lái)光伏發(fā)電面臨的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就是光電轉(zhuǎn)換效率低，使用的材料會(huì)影響到光伏電池輸出電能的大小，另外當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，輸出性能也會(huì)發(fā)生變化。為了提高光伏發(fā)電的效率，需要重點(diǎn)研究如何使光伏陣列能夠在不同的外界環(huán)境下始終處于最大功率點(diǎn)處。專(zhuān)家學(xué)者對(duì)光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)的研究十分重視，這一類(lèi)技術(shù)的統(tǒng)稱(chēng)是最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)，主要是采用相應(yīng)的控制方法，使得光伏陣列能夠在最大輸出功率處工作。在技術(shù)發(fā)展的前期，有兩種最大功率跟蹤方法，第一種是根據(jù)光伏陣列不同的負(fù)載調(diào)整串并聯(lián)形式。第二種方法是恒定電壓法。這兩種方法的共同特點(diǎn)是對(duì)光照強(qiáng)度的變化不敏感，所以在天氣多變的地區(qū)不能使用這兩種方法。到了技術(shù)發(fā)展的中期，跟蹤最大功率點(diǎn)所使用的方法是短路電流比例系數(shù)法、開(kāi)路電壓比例系數(shù)法、電流掃描法。這三種方法的共同特點(diǎn)是不是真正的最大功率點(diǎn)跟蹤算法，而且跟蹤速度也不快，所以如今的光伏逆變器跟蹤最大功率點(diǎn)不會(huì)單獨(dú)采用這三種算法。

（二）應(yīng)用三端口變換器

與普通的變換器相比，三端口變換器的結(jié)構(gòu)更適合應(yīng)用在混合發(fā)電系統(tǒng)中，對(duì)多種形式的直流電源有較強(qiáng)的接納能力，這些直流電源包括光伏電池和儲(chǔ)能電池。目前已經(jīng)有多項(xiàng)研究圍繞著三端口變換器展開(kāi)，所提出的變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，在劃分三端口變換器的類(lèi)型時(shí)，依據(jù)的是變換器各端口間是否存在電流直接流動(dòng)的路徑，也就是說(shuō)是否會(huì)形成電氣隔離，共有三種類(lèi)型，分別是非隔離型、部分隔離型和完全隔離型。這三種類(lèi)型的變換器適用的場(chǎng)合也有所不同，非隔離型能實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)開(kāi)關(guān)單元的組合，通常情況下采用的是直流母線(xiàn)匯流的形式，該形式在無(wú)電氣隔離要求時(shí)比較適用，而且要求輸出和輸入的電壓等級(jí)相差不大。如果變換器屬于這一類(lèi)型，則一般不會(huì)形成過(guò)高的輸入和輸出電壓。另外兩種三端口變壓器，其自身結(jié)構(gòu)中就有高頻變壓器，在高頻變壓器的作用下，能實(shí)現(xiàn)部分端口和全部端口的連接。有了高頻變壓器，不僅供電電路與用電電路相互之間能有效隔離，也能阻斷變換器各端口之間電流直接流動(dòng)的路徑，此時(shí)不同電路之間相互干擾的情況也會(huì)有所緩解，使得系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)更加安全。為了實(shí)現(xiàn)電壓等級(jí)更明顯的變化，需要配置不同的變壓器匝數(shù)比。變換器的類(lèi)型不同，輸入和輸出的電壓也會(huì)有很大的差別，變壓也會(huì)很明顯[2]。

三、光伏發(fā)電儲(chǔ)能技術(shù)

（一）應(yīng)用儲(chǔ)能裝置

光伏發(fā)電系統(tǒng)在提供電能時(shí)，會(huì)利用太陽(yáng)能提供能量，在發(fā)電期間會(huì)對(duì)氣候資源變化情況有所考慮，根據(jù)光伏電池的發(fā)電性能，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)作，同時(shí)也保持著較為穩(wěn)定的輸出功率。光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成包括分布式電源、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及并網(wǎng)逆變器。分布式電源由光伏發(fā)電子系統(tǒng)構(gòu)成。所設(shè)計(jì)的并網(wǎng)系統(tǒng)，能夠?qū)l(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換成為交流電，在并網(wǎng)逆變器的作用下，轉(zhuǎn)換后的交流電能夠滿(mǎn)足電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，而且在使用時(shí)不會(huì)區(qū)分能量所屬部分。如果負(fù)荷的需求比系統(tǒng)發(fā)電量低，而且儲(chǔ)能裝置還沒(méi)有滿(mǎn)電，荷電狀態(tài)也沒(méi)有達(dá)到上限，儲(chǔ)能裝置就會(huì)開(kāi)始吸收能量，也就是處于充電狀態(tài)。而當(dāng)儲(chǔ)能的荷電狀態(tài)已經(jīng)達(dá)到上限，就要對(duì)儲(chǔ)能裝置的安全性和壽命有所考慮，在合適的時(shí)機(jī)停止充電。如果光伏系統(tǒng)的發(fā)電量無(wú)法滿(mǎn)足負(fù)荷的需求，儲(chǔ)能裝置就會(huì)將存儲(chǔ)的能量釋放出來(lái)，對(duì)所需負(fù)荷差起到補(bǔ)償?shù)淖饔茫藭r(shí)儲(chǔ)能裝置所處的狀態(tài)為放電。

（二）優(yōu)化電能調(diào)度

運(yùn)行和控制光伏發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)共有三種形式，分別是輸出平滑的功率、跟蹤計(jì)劃、削峰填谷。就削峰填谷模式而言，能實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能能量的有效調(diào)度。實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能能量的優(yōu)化調(diào)度，除了要將分布式電源的出力配合考慮在內(nèi)以外，還要對(duì)系統(tǒng)與外部大電網(wǎng)間的能量交互有所考慮。由此可見(jiàn)面向儲(chǔ)能系統(tǒng)所制定的優(yōu)化調(diào)度策略，除了要保證與系統(tǒng)本身的能量協(xié)調(diào)以外，也要保證密切連接外部大電網(wǎng)的需求側(cè)政策。制定優(yōu)化調(diào)度策略，以可控負(fù)荷為基礎(chǔ)，同時(shí)與峰谷電價(jià)相結(jié)合，在光伏發(fā)電量不滿(mǎn)足負(fù)荷需求儲(chǔ)能時(shí)，儲(chǔ)能裝置就要開(kāi)始放電，而如果儲(chǔ)能的荷電狀態(tài)處于儲(chǔ)能約束的下限，就應(yīng)該切除部分負(fù)荷，這要一直持續(xù)到光伏發(fā)電回到正常水平。如果儲(chǔ)能恢復(fù)到正常充放電的狀態(tài)，就要在一定時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)移部分負(fù)荷，此時(shí)高電價(jià)期也會(huì)向低電價(jià)期轉(zhuǎn)移，也可以采取另一種轉(zhuǎn)移形式，也就是從光伏發(fā)電不足時(shí)期轉(zhuǎn)移到光伏發(fā)電充足時(shí)期[3]。

結(jié)束語(yǔ)：

電壓基準(zhǔn)變步長(zhǎng)直流解耦光伏發(fā)電與儲(chǔ)能技術(shù)的重點(diǎn)內(nèi)容是電壓基準(zhǔn)變步長(zhǎng)直流解耦算法與操作，應(yīng)重點(diǎn)研究跟蹤控制光伏最大功率點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)三端口變換器的科學(xué)使用。就光伏發(fā)電儲(chǔ)能技術(shù)而言，要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力能源的優(yōu)化調(diào)度，從而有效提升光伏發(fā)電電力生產(chǎn)的效率，提高對(duì)光伏發(fā)電的管理水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃淑燕，張禹，黃幼萍.一種低壓高精度基準(zhǔn)電壓源的設(shè)計(jì)[J].東莞理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2021，28（03）：46-50.

[2]都文和，程秀娟，鞏秋野.一種低功耗高電源電壓抑制比的基準(zhǔn)電壓源[J].電子技術(shù)，2021，50（04）：9-11.

[3]師洋洋，唐威，劉偉.寬溫度范圍高精度基準(zhǔn)電壓源設(shè)計(jì)[J].電子元件與材料，2021，40（04）：387-392.