分布式光伏發電系統建模與仿真

黃镕希 李佳珍 薛芙蓉 黃煜光 韓俊英

摘要：在社會發展的過程中，能源需求量在不斷增長，傳統的化石能源日益緊缺，且其開采和應用中還會產生環境問題，不利于保證我國能源供給安全。因此，要實現國民經濟的可持續發展，就要提高能源利用率，積極發展新能源，在保障能源供給的同時，也可保護生態環境。其中，太陽能發電的發展成為重點，光伏發電是可再生的，且具有良好的清潔性，滿足了當前人們對能源的需要，因此其應用和發展前景廣闊。分布式光伏發電主要服務于戶用和工業廠房，此前廣泛選取并網的辦法并且通過國家電網進行電力的分配與使用，然而現在的存在諸多的問題難以克服，例如不能時刻處理輸電路由的數據、不能掌控電量調配和電力輸送距離、輸送利用率低等問題。因此提出了分布式光伏發電網絡的構建方案，側重旨在對能源路由器進行了研討以及設計，主要探討分布式光伏發電的應用，把握其發展趨勢以更好地開發利用。

關鍵詞：分布式光伏發電;分布式儲能;建模仿真;分布式能源;發展趨勢

人類依靠著地球上的能源，但能源并非無窮無盡，因此我國為解決這一難題成立了分布式光伏發電體系，國家維持這一龐大的體系，補貼了碩大的資金，從而改變了先前的發電方式，運營模式也發生變化，變成和國家電網并網發電、余電上網和光伏個體自發自用的運營模式。此前，分布式光伏發電體系的建立旨在于減小資金的投入，優化能源結構，推動能源的再生產，并促進環境改進。然而當前技術只能滿足由國家電網來完成電力的配送，輸送電力由中間節點來控制，并不可以時刻處理輸電路由的數據和及時進行電力的調配，暫時無法調控電力傳輸，輸送的利用率低。

1光伏發電的概述

光伏發電的主要原理是太陽光照射到PN結構的材料上，激發電子空穴連通外界電路從而形成電流，在光伏效應，光伏電池在電池兩端產生相應的電動勢。通過不同的排列組合，可以形成逆變設備和配電設備，形成光伏發電系統。在未來的操作過程中，可以使用其他可再生能源，并且在當下技術科技不斷發展的前提條件下適應能力也能不斷相契合，在以后的發展中可以發揮很大的作用。光伏發電設施基本上包括兩部分，分布式光伏發電系統的優點在于接入點的電壓較低，一個網點的容量在接近7.9kw，解決了在如今土地資源緊急欠缺的情況下占地的問題。有效地解決了輸送利用率低，相對于之前的電網情況，此系統的性價比大大提升。我國分布式光伏發電建設利民利群、貼近大眾，同時拓寬了經濟效益，讓更多人民增加了收入。

2含儲能的光伏發電系統結構

想要實現光伏發電的穩定輸出功率，這個系統組成主要包括儲能系統、光伏陣列、電網、儲能控制系統、逆變器和變壓器。其中，變換器的主要作用就是找到最大功率點跟蹤，并且用它來實現光伏發電，將較低電壓通過它的處理變成較高的電壓，來供逆變器使用。

3仿真模型建立

3.1光伏模型

太陽電池是通過半導體硅、硒等材料將太陽的光直接轉化為電能的器件。在理想情況下太陽電池的等效電路由一個反并聯二極管、并聯電阻的電流源等效表示。

光伏陣列是由光伏效應的半導體制成的。它是一種將太陽能直接轉化為電能的轉換器。這些設備中的一些被包裝成光伏電池組件，然后根據需要組合成某種功率。如果影響它的電壓和電流，它的輸出功率也會隨之發生變化。

3.2 Simulink模型

光伏組件的輸出功率受光強以及環境等外界因素的影響。為了得到最大的功率輸出，最好的辦法就是讓光伏陣列能夠持續跟蹤并工作在該點。MPPT即最大功率跟蹤是一種DC-DC轉換器，它是將一個電路上的電壓值轉換為另一個電路上的電壓值，目的就是保證光伏陣列在任何環境下都能工作在其最大功率模式。有了MPPT之后，它的輸出功率會比之前的高，這也就是它的作用所在。

4分布式光伏的發電模式分析

隨著人們對生活質量的要求越來越高，家用電器產品種類繁多。家電用電量也在快速上升。過去的電力供應對他們來說是不夠的。因此，一種新的綠色發電模式也應該誕生。傳統的發電方式效率低，利用率低，大多使用不可再生資源，污染大，嚴重破壞了我國的生態環境。相反，分布式光伏發電不僅充分利用了太陽能的清潔能源，而且促進了中國生態文明建設。光伏發電主要是通過部分光伏機組的應用，將太陽能直接轉化為電能，避免了不可再生資源的利用和能源開發對環境的影響。因此，光伏發電是一種環保能源，避免了對自然的多重破壞，使其能夠自然進行次生演替，恢復原貌。

分布式光伏發電模式的主要特點包括三個方面：一是輸出功率小。傳統電站的輸出功率不利于模塊化設計，而分布式光伏發電模式的容量在幾倍以內千瓦。與傳統電站相比，分布式光伏發電模式更具優勢，便于向實際需求注入資金，避免浪費。當需求增加時，可在原有基礎上擴大規模。因此，它的輸出功率不是特別高。二是選址比較隨意，沒有太多限制。在過去的電站建設中，場地是個大問題。傳統的發電站本身會產生大量的污染，可能危及附近的居民。同時也要考慮到自身可能出現的緊急情況，盡量避開市中心擁擠的地方，選擇人煙稀少的空曠地帶。不過，光伏發電站的建設選址比較隨意，不會影響周邊的事情。第三，分布式光伏發電模式具有綠色環保的特點。光伏發電是通過太陽光照射PN結構材料，將光能直接轉化為電能。改造不會對環境造成影響，發電過程中不會產生噪聲污染，對環境影響不大。因此，分布式光伏發電可以促進國家綠色經濟的健康發展，高效地提供電力資源，在一定程度上緩解當地的電力短缺。

5動態仿真與分析

5.1 Simulink仿真結果

在 Simulink中建立仿真模型如圖1：

5.2不同溫度和光照下，光伏發電池仿真結果

仿真光伏發電的I-V和P-V特性，以驗證模型的準確性。

當溫度為25℃，光照強度[500W/m2]時輸出特性I-V曲線、P-V曲線分別如圖3、圖4：

6分布式光伏發電的綠色發展及改進

6.1大力推進光伏發電產業的綠色發展

在新時期如何優化和改革企業是當前的重頭戲，國家方面應主動和各大企業實施技術與資源之間的交流，不斷推進企業之間對此模式的進一步研究，實現國家與企業之間的互利共贏。同時企業應當擬定相關管理條款避免相關技術人員出現重大失誤，有效的管理相關的技術團隊，在此基礎上對光伏發電技術不斷的加強和完善，對此技術的研究更加深入，便能推動相關產業的創新和進步。更應該積極全面推動光伏發電產業的健康發展，發電單位與電網是相輔相成的，只有相互協助才能向前進。同時為了保證員工工作的積極性，獎賞機制也是必不可少的，一方面避免了員工工作不上心，另一方面能提高光伏發電的規范性以及合理性。最為重要的是，應當與時俱進，和目前先進的技術相結合，對當前我國現有資源進行合理的分配利用，提高資源利用率，減少資源損耗，促進光伏發電產業健康發展。

6.2推進光伏發電模式的改進

隨著環保意識的提高，太陽能發電技術也不斷重視并且在不斷提升技術，光伏發電技術因而有著巨大的潛力，面對這樣新型的市場，增強對資金的注入，設計出完善的光伏發電利用機制，與電力相關單位的緊密聯系，形成合作共贏關系，進而實現能源的利用率得到了更充分的利用。同時，電氣單位還需要對自身的業務的各個方面的進行監管，為了便利廣大用戶的生活上的需要，顛覆傳統的交易模式進行改革，同時契合國家已有的政策，不斷完善國家現有的用電交易體系。此模式能夠帶動企業的運轉，推動經濟的發展，滿足用戶的用電需求，以此形成保障。

7結語

通過本文的分析與介紹，分布式系統穩定了輸出功率，與電氣單位供電時，能夠有效避免系統不穩定因素對電網所造成的影響。綜上，鑒于對分布式光伏發電系統的仿真分析，為解決其他新能源中存在的相似問題提供了借鑒和方法，從而在新能源領域中有進一步的發展和創造。

參考文獻：

[1] 王善立，龍軍.含分布式儲能的光伏發電系統建模與仿真[J].2016（10）：1973-2047.

【通聯編輯：王力】