太陽能光伏發電微電網技術探究

董金才

（南京國電南自軟件工程有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

隨著市場光伏發電產業的全面發展，光伏發電微電網技術體系受到了更多的關注。通過整合具體技術內容，建立集成化管理模式，從而實現經濟效益和社會效益的和諧統一。

1 太陽能光伏發電微電網概述

根據發電形式，太陽能光伏發電可以分為并網發電和獨立發電。結合我國電網相關規定，在電網接入方案中采取太陽能光伏低壓并網模式，能夠利用分布式電源體系完成具體工作。通過有效推進微電網技術發展，基于分布式電源類型開展系統優化工作，從根本上規避分布式電源應用中存在的弊病[1]。電源為整個系統提供基礎能量，利用微電網技術對電源和負荷予以調控，以形成平衡態。一旦電網出現異常，微電網技術就能利用斷路器實現適當的斷路操作，為微電網孤島模式工作效能的提升和電網系統的安全穩定運行提供保障。

根據《國家能源局關于推進新能源微電網示范項目建設的指導意見》，微電網技術體系主要分為聯網型新能源微電網和獨立型新能源微電網。在微電網技術應用過程中，基于太陽能光伏發電的基本需求，打造安全可靠、智能友好的應用界面，同時采取多電源一致性技術、多電源協調控制技術等保證整體電網結構的裕度和調控效果都能符合規范要求[2]。微電網基本組成如圖1所示。

圖1 微電網基本組成

2 太陽能光伏發電微電網設計

基于太陽能光伏發電微電網技術的應用要求，整合具體的技術要素，保證設計環節的合理性，最大程度上提高系統的控制水平。具體設計內容如圖2所示。

圖2 太陽能光伏發電微電網設計內容

2.1 太陽能電池組合方陣

對于太陽能光伏發電微電網技術而言，電池組合方陣設計是非常關鍵的環節。借助組合方陣能夠有效提高管控效率，避免單一太陽能電池電壓參數和電流參數過小產生異常，維持負載輸出功率。在太陽能光伏發電微電網技術體系設計中，要將太陽能電池組設為最小的電源單位，并按照并聯的方式將其構建成組合方陣結構，為微電網技術體系發揮有效價值提供支持[3]。

2.2 儲能蓄電池

在規范應用環境中，電源能有效控制功率輸出的處理，一旦外界對其產生影響，就會制約太陽能光伏發電微電網技術的應用效果。因此，要結合微電網應用要求設置對應的儲能蓄電池（如圖3所示），保證能借助相應的控制模式將直流電轉變為化學能，為存儲和電能調節工作的順利開展提供保障，并在需要供給電能的情況下利用化學能轉化電能的方式完成電能輸出。

圖3 儲能蓄電池實物圖

2.3 充放電控制器

在電網系統中，充放電控制器（如圖4所示）就是基礎型蓄電池保護裝置，能有效降低蓄電池頻繁過充放電造成的影響，延長電池的使用壽命。要想發揮充放電控制器的優勢，需要結合蓄電池電壓數值和最大負荷數值比較結果評估蓄電池的具體過充放電臨界點，借助智能動態控制模塊在系統達到臨界點后控制充放電控制器，及時終止充放電操作，以保證系統能處于良好的運行狀態[4]。

圖4 充放電控制器實物圖

目前，太陽能光伏發電微電網技術在全面發展和進步，要想更好地適應行業的發展和進步，就要提升充放電控制器開關裝置的精密性和安全性，維持良好的監測和保護效果，保證智能電網建設過程中智能控制環節的合理性[5]。

2.4 子系統

在太陽能光伏發電微電網技術體系中，子系統是功能實現的關鍵環節之一。為了保證子系統運行的穩定性和可控性，在設計環節就要完成光伏模塊、逆變器并網等的處理，保證相應子系統單元的獨立性，維持三項交流電接入升壓器和電網融合的平衡。

3 太陽能光伏發電微電網技術應用與展望

3.1 太陽能光伏發電微電網技術應用

基于微電網技術的應用和推廣，能夠更好地滿足人們對清潔能源的應用需求。相較于傳統的風能、生物能，太陽能無論是獲取方式還是維護成本都具有更為突出的優勢，因此在新型能源應用模式中建立太陽能光伏發電微電網技術體系具有重要價值[6]。

3.1.1 新能源組合形式互補

盡管太陽能的獲取范圍更為廣泛，但是天氣情況會對能源的存儲量產生影響。在天氣較為良好的環境下，太陽能光伏發電模式會按照規范要求完成供電服務。在與電網主干相連后，太陽能光伏發電的容量會大大增加，此時會對當地的電網運行產生不同程度的影響，一旦這種影響超出限定的標準，就會對當地電網形成較大的沖擊。通過配合使用微電網技術體系，打造更加可控的新能源組合形式，實現互補控制，降低能源波動造成的影響，最大程度上提高太陽能光伏發電系統運行的穩定性。若是太陽能供電出現波動，則可以借助其他能源形式予以補給[7]。

3.1.2 儲能技術體系

對于新能源發電供給模式而言，儲能技術體系的關鍵在于儲能穩定性，太陽能光伏發電微電網技術的應用模式中需要對儲能技術結構予以升級。現階段，太陽能光伏發電微電網技術的應用要滿足一定的條件才能維持儲能的規范性和可控性。

電源或是整個電能供給網絡出現異常時，儲能技術要發揮其應用價值，通過備用電源為太陽能光伏發電微電網提供電能，利用大電流密度的儲能元件完成相應工作，有效替代傳統供電電源。為了維持整體系統運行的規范性，在提供瞬時大電流的同時，確保整個系統供給模式能滿足微電流技術對大型負荷啟動的實際需求，維持應用管理的平衡，保證電荷控制的可靠性。太陽能光伏發電微電網系統大型負荷啟動過程中，其需要的電流要遠遠高于實際運行電流，只有建構完整的供給模式，才能保證系統運行正常[8,9]。

3.1.3 電力質量控制和保護系統

為了保證太陽能光伏發電微電網技術的應用效果，微電網電源和負荷本身就處于規范匹配的狀態。但是太陽能光伏發電和負荷匹配的設想在實際工作環境中會受到諸多因素的影響，不穩定性和波動性都會制約電能供給效果，此時就要對電力質量控制和保護系統予以優化。依托微電網控制中心，實現對電源、負荷、儲能以及開關狀態等實時性情況的掌握，利用本地控制器予以管理，在孤島運行和并網運行切換的基礎上結合負荷、電源以及電網建立最優保護體系。

3.2 太陽能光伏發電微電網技術展望

隨著科學技術的不斷發展和進步，通過整合太陽能光伏發電微電網技術的具體應用和技術要點，從而為新能源發電水平的全面提高奠定基礎。將太陽能光伏發電微電網技術和建筑予以融合，在屋頂、建筑立面等模塊上應用光伏發電模塊，通過增加光伏面積的方式提升太陽能的收集效率，保證能量轉換的最優化。此外，積極推進新型技術材料的研發進程。由于傳統微電網電池的主要材料是硅，但是多晶硅材料市場價格浮動較大，因此要全面加大薄膜電池、砷化鎵電池等新型電池技術的研發力度，為太陽能光伏發電微電網技術應用經濟性的提升提供支持[10]。

4 結 論

太陽能光伏發電微電網技術的發展具有重要意義，通過積極貫徹落實安全性和經濟性協同控制的原則，在優化能源轉換率的同時合理控制電網運行成本，從而促進電力系統可持續發展。