光伏發電系統非接觸并網供電自動控制方法

黃智明，杜玉杰

（國家電投集團江西電力有限公司 高新清潔能源分公司，江西 南昌 330096）

0 引 言

太陽能直接轉換為電能通過太陽能電池發電，光伏發電在運行過程中應注意所處環境和光照情況，為了提高發電性能，光伏發電需將發電系統與輸電線路的電網相連接進行供電。供電方式分為接觸式和非接觸式，由于接觸式供電會受到各種限制，人們往往采用非接觸式并網供電。操作過程中，電力輸出不穩定一直影響供電效果，一旦供電系統負載量過大，額定電壓會超出負荷，導致電流和電壓不穩定。為了提高運行效果，應采取自動控制方法，減少電流和電壓的波動幅度[1]。

1 安裝光伏發電系統供電控制設備

光伏發電系統非接觸并網增設硬件設備，具體安全狀況如圖1所示。其中，應改善光伏發電系統的應用環境，硬件設備需結合應用情況加以改裝[2]。

圖1 光伏發電系統硬件設備結構圖

1.1 自動控制器

為了確保光伏發電系統運行的穩定性，供電系統采用自動控制方式實現自動檢測和控制。其中，自動監測到的數據為后續的程序運行提供數據參考，確保控制結果的有效性。光伏發電系統自動控制器可監測5個左右線路，確保太陽能方陣穩定運行[3]。一旦發現運行參數異常，應立即啟動驅動設備控制程序，調節相應參數。為了提高控制效果，綜合控制器對光伏發電并網線路的不確定供電矩陣應滿足：

式中，σ代表不確定量；j代表供電矩陣中的橫向元素；ω代表縱向元素。

1.2 逆變器

逆變器在光伏發電系統中的作用主要是將太陽能電池的直流電轉換為交流電，主要包括濾波電路和逆變橋等組成部分。其中逆變橋對電壓實行逆變作用，濾波電路負責對逆變器的電流做質量轉換[4]。為了提高逆變器的使用性能，應將逆變器內部的半逆變橋轉換為全逆變橋，通過改裝元件，確保并網供電類型保持統一標準。逆變器電路原理如圖2所示。

圖2 逆變器電路原理圖

1.3 驅動設備

并網供電輸出信號不穩定，不能直接生成控制程序，控制器也無法快速識別，因此需要安裝驅動設備。驅動設備可以提高信號的功率，將控制電路與主電路分開，以免出現干擾現象。其中采用MCP14E驅動芯片，可以保證驅動電流為50 mA，電壓保持為-5～0.3 V，實現對系統供電情況的實時監測，符合控制要求[5]。

2 形成非接觸并網供電傳輸鏈路

2.1 非接觸并網供電傳輸模式的等效電路

非接觸并網供電系統可以將系統內部的電壓和相位等相應參數調整到與電網并網相適應，實現電能傳輸鏈路[6]。非接觸并網供電模塊主要由光伏發電系統和初次諧振變換電路組成，等效電路如圖3所示。

圖3 非接觸并網供電傳輸系統的等效電路圖

上述等效電路圖中，LP表示自身電感，Ls表示拾取線圈電感，RP表示傳輸電阻，Rs表示等效電阻，CP表示系統電容，Cs表示初級回路調諧電容，Zes表示反射阻抗。如果出現過載運行，會引起電容故障，導致電流出現較大波動。

2.2 自動監測供電電壓與電流

光伏發電系統安裝自動化控制設備，可以對供電傳輸鏈路內部運行的電流和電壓實行全過程監控。其中自動監測時間為每0.5 s監測一次，連續監測12 h，電壓和電流均保持正常范圍，一旦出現異常數值則自動生成控制程序[7]。

2.3 實現并網供電自動控制

首先，應控制并網電流保持自動平衡，構建同步旋轉坐標系，通過調節電流器輸出的電流，并控制電壓平衡，最終確定最精準的頻率矢量切換值，確保電壓和電流的浮動范圍在合理區間內，在并網供電電流輸出過程中達到控制作用。其次，最大功率點跟蹤控制。由于光伏發電會受到陽光強度和溫度影響，為了提高供電鏈路中的光電轉換效率，應密切監控最大功率的輸出情況，并自動控制平衡點[8]。光伏發電系統供電曲線如圖4所示。

圖4 光伏發電系統供電曲線圖

3 控制性能實驗及結果分析

3.1 實驗環境和裝置

實驗的主要宗旨是對光伏發電系統實行自動控制，確保光伏發電系統非接觸并網運行過程中的電流和電壓保持平穩。安裝光伏發電系統的軟硬件系統時應具備一定的適應環境，一般硬件設備需安裝在較為空曠的環境，并驅動軟件系統程序完成發電過程。實驗過程中，應監測供電線路中的電壓，并將有關參數傳輸到計算機系統，展開智能分析[9]。

3.2 實驗過程及結果分析

實驗采用傳統方法和自動控制方法進行對比，并在計算機系統中顯示兩組控制結果。電壓表和電流表監測最終信號，可以精準監測到電流和電壓的統計結果，并根據監測結果計算出控制系統的運行性能。對比分析兩組數據表明，光伏發電系統運行過程中的電壓和電流信號實驗數值與實際運行數據基本相近，證明自動控制方法符合當前技術需求，信號傳輸平穩。采用傳統控制方法時電流和電壓浮動數值較大，分別為8.2 A和0.72 V，而非接觸并網供電自動控制方法的電流浮動值為0.2 A，電壓浮動值為0.03 V，更加符合當前發展需要[10]。

4 結 論

光伏發電系統主要運行原理是將太陽輻射能轉換為電能，光能與電能在轉換過程中的設備裝置定義為太陽能電池，光生伏特效應是將光能轉化為電能的效應。本文重點分析光伏發電系統中采用非接觸并網供電自動控制方法，首先對非接觸并網供電重新設計了等效電路圖，其次對并網電流實現了自動平衡控制，最后形成了光伏發電系統供電曲線圖。

隨著社會的快速發展，人們對用電需求量逐年增加，光伏發電系統應不斷進行技術創新，迎合當前發展需求。本文通過研究非接觸并網供電自動控制方法，設計出與實際生產需求相結合的技術標準，可以提高供電系統運行的平衡和穩定，避免后續系統運行出現電流和電壓的大幅波動。