電氣自動化在太陽能光伏發電中的運用研究

湯森塏 朱展翔

（中國聯合工程有限公司）

0 引言

太陽能是社會范圍內持續力量較強的一種能源，借助光伏發電技術能夠將太陽能轉變為電能，由此緩解我國能源缺乏的社會危機。不僅如此，在借助太陽能光伏發電系統發電的時候，不僅能夠提升能源利用率，而且還不會對周圍環境帶來污染。

基于全球可持續發展，綠色能源與低碳生活理念的重要性更加明顯，特別是太陽能光伏發電技術，被廣泛應用在西方發達國家，在我國也不例外。太陽能光伏發電技術的成熟發展能夠為我國資源、能源高效率利用和環境的穩定發展提供穩定有力支持。在資源、能源日益節約的背景下，如何借助太陽能光伏發電來提高資源和能源利用率成為相關人員需要思考和解決的問題。電氣自動化技術在太陽能光伏發電中的運用能夠提高太陽能利用效率［1］。為此，本文結合太陽能光伏發電運行原理，就電氣自動化在太陽能光伏發電中的運用問題予以探究。

1 太陽能光伏發電系統概述

太陽能光伏發電的原理是根據陽光所具有的光伏效應來將太陽光散射輻射、反射輻射等多個類型的太陽輻射轉變為電能，由此滿足發電需求。在放電控制器、蓄電池、逆變器的支持下會實現能源的順利轉換。

太陽能光伏發電系統由太陽能光伏電池板、儲電裝備、控制器、逆變器共同組成，在具體運作的時候主要牽扯到電能變換系統、發電系統。在太陽能光伏發電系統的作用下能夠將太陽能轉變為電能，之后在逆變器的作用下實現能源的轉換，為負載用戶提供支持。

和傳統發電系統相比，太陽能發電系統有著各自的應用優勢，太陽能的發電系統能量來自太陽，取之不盡用之不竭，由此會使得能源的獲取不受外界因素的限制。

當前，對太陽能利用的方式有三種，分別是光熱效應、光伏發電利用、光化學轉化。光熱利用具有成本低廉、方便快捷的特點，但是對場景的適用范圍有一定的要求，不利于能量的傳遞［2］。光化學轉化體現在植物的光合作用上。光伏能源作為一種清潔能源相較于其他能源來說有非常大的優勢，具體表現為：①光伏能源環保，光伏發電過程不會造成任何的環境污染，是純綠色能源。②不受地域限制，且能夠利用屋頂、車棚頂建設光伏電站來進行建設。③建設周期短，一個屋頂電站在幾天內就能夠鋪設完成，方便快捷。

2 電氣自動化在太陽能光伏發電中的運用

在現代電氣工程發展中，電氣自動化在其中占據十分重要的地位，也是推進工業化進程的重要力量。將電氣自動化技術引入到電力行業中能夠提高電力行業的發展效率，并為整個電氣工程的長遠發展提供堅實的基礎支持。電氣自動化系統應用范圍廣泛，不僅被人們應用到居民樓、商場保安設施建設領域，而且也會被應用到工業生產、醫療衛生和環境保護領域。當前，自動化技術被人們應用到照明系統、安全監測、供暖系統，在無線控制、遠程控制等多樣化控制手段的支持下能夠對各個家電設施予以控制，精準計算設備性能，保證監測的實時性和穩定性。

（1）電氣自動化在光伏建筑和水泵系統中的應用

在社會經濟和科技的發展支持下，社會范圍內的太陽能光伏發電系統日益增多，如何富有效率的管理太陽能光伏發電系統成為相關人員需要思考和解決的問題。從實際運行情況來看，太陽能光伏發電系統在運作的時候會出現一些難以發現的故障問題。將電氣自動化引入到太陽能光伏發電系統中會降低故障處理難度，即在龐大的太陽能電磁板出現問題之后，借助電氣自動化系統就能夠輕易察覺系統故障，并通過故障的形式來采取對應的措施予以處理。

某工程建設了BIPV光伏并網示范電站，電站容量為14.08kW，整個項目容量為14.08kW。整個項目安裝為建材一體型。工程在2019年搭建了太陽能電池板，使用光纖環形網絡作為重要的監控系統，在光纖環形的支持下實現鄰近逆變器環網交換機的相互連接。光伏電站綜自系統能夠對光伏建筑的運行情況予以全過程的監督，具體內容如下：第一，實時性監測太陽能電池板的電壓、電流和運行情況。第二，通過檢測光伏發電系統防雷器的狀態、斷路器狀態信息實時性地監控逆變器的工作狀態。第三，在電氣自動化技術的支持下能夠將光伏發電系統的運行參數、過往故障予以顯示。第四，全面記錄電量累積、系統參數，通過對系統運行參數信息的整合應用及時察覺故障發生的位置，由此采取對應的緊急維修措施。

（2）電氣自動化在光伏發電系統直流逆變中的應用

現階段，太陽能光伏發電系統是直流電結構，在資源轉換的過程中具有系統結構簡單、成本低廉的特點，但是由于系統每次使用的負載電壓不同，很難為光伏發電系統的運行制定出規范的標準，在并網運行出現之后，人們對光伏發電系統的運行提出了更高的要求，即在并網的支持下能夠將直流電轉變為交流電。

交流電力輸出光伏發電系統由光伏陣列、充電放電控制器、蓄電池、逆變器等組成。其中，逆變器的性能關系到整個系統運作成效，在電氣自動化的支持下能夠對上述的零部件進行控制，最終將光伏直流發電轉變為交流電［3］。

在太陽能光伏發電中，通過對發電站內部一次配電、二次配電網絡狀態的監督控制能夠幫助相關人員更為全面地了解發電站內部各個電氣設備的運行狀態和運行情況，并就充電放電控制器、蓄電池、光伏陣列等設備實施全過程的運行監控。

（3）電氣自動化在光伏發電并網系統中的應用

并網發電系統是將太陽能光伏發電系統和常規電網系統連接在一起，之后共同承擔電力供應的任務。在白天陽光充足的時候，逆變器會將光伏系統的直流電轉變為正弦交流電，在此期間從產生的交流電能夠直接供應給交流負載，剩下的電能會被輸入到電網中。在沒有陽光的時候，負載用電將完全由常規電網供給，在電氣自動化技術的支持下會根據太陽能發電量來分析常規電網的電量數據，判定電量是否充足，如果充足要及時予以供應。

在光伏發電并網系統運作的時候會通過將類型不同發電模式的合理搭配以及有效的電力輸送來合理利用電力資源。為了能夠規避光伏發電并網對電網的沖擊，借助電氣自動化技術會幫助相關人員實時檢測同期點兩邊的電氣量，之后通過邏輯判斷捕捉滿足同期并列要求的數據，有效彌補數據傳輸時間差，提前發送同期合閘命令，使得光伏發電系統同期合閘時頻率偏差、電壓偏差能夠滿足規范的標準要求。

（4）電氣自動化在光伏發電無功補償控制中的應用

光伏發電系統結構十分復雜，其中系統中的多個元器件會在啟用的時候產生無功損耗和諧波，在無功損耗和諧波的作用下會加劇電力系統的不穩定，嚴重的情況下還會出現供給電壓不足或者電壓超負荷的情況。而在電氣自動化控制系統的支持下能夠根據實際需要精準調節光伏發電系統的功率，由此使得無功損耗、諧波不會影響到太陽能光伏發電的穩定性和安全性。

某公司太陽能光伏發電系統無功補償裝置應用了NSA200APF有源電力濾波裝置，整個裝置在使用的時候呈現出以下特點：第一，光伏發電無功補償控制系統功能完善，在系統運作的時候能夠對太陽能供電提供完善的保護、策略以及控制功能和優化的系統方案。第二，光伏發電無功補償控制系統運行可靠，產品軟件架構合理，其中產品硬件結構布局以及電磁兼容均滿足國家以及行業相關標準，能夠保障所有設備長期可靠運行。第三，光伏發電無功補償控制系統較強的拓展性。光伏發電無功補償控制系統裝置采取了模塊化的設計形式，各個插件的模塊具有很強的市場通用性和拓展性，且維護方便便利，在該系統的支持下能夠更好地整合利用太陽能資源，滿足太陽能系統發電的要求。第四，較強的通訊功能。通訊規約種類豐富，并且能夠根據太陽能發電需求對規約進行相應擴展，而且通訊模塊能夠滿足各種組合。

（5）電氣自動化在太陽能光伏發電全壽命周期系統中的應用

為了能夠更好地延長光伏發電系統設備的使用壽命，發揮出設備的實際應用價值和動能水平，需要相關人員強化對太陽能光伏發電系統建設的重視，定期采取科學的方式檢修系統故障，為系統的全生命周期運行提供穩定的支持。將電氣自動化引入到太陽能光伏發電系統控制中使人工從煩瑣的勞動體系中釋放出來，在先進技術的支持下實現對太陽能光伏發電系統的全天候檢修控制，幫助相關人員更為精準地把控光伏發電系統內部設備的應用狀態，在光伏發電系統設備出現溫度提升、振動偏差的時候，借助電氣自動化控制系統可以將設備的運作狀態在第一時間反饋給技術人員，由技術人員來對系統運作故障予以檢修，規避因為內外部因素變化所誘發的太陽能光伏發電系統運作故障［4］。另外，在電氣自動化技術的支持下還能夠更全面地整合太陽能光伏發電系統運作數據信息，通過對信息的分析找到太陽能光伏發電系統運行的局限和薄弱點，就此提出對應的維護措施，從而有效延長太陽能光伏發電系統的使用壽命。

3 電氣自動化在太陽能光伏發電中的應用趨勢

我國地區地域遼闊，由此為太陽能光伏發電的發展奠定了良好的基礎支持，太陽能光伏發現具有良好的應用前景，將電氣自動化應用到太陽能光伏發電領域會在以往的基礎上進一步增強太陽能發電系統的穩定性、安全性、可靠性，在確保太陽能資源有效利用的同時減少人力資源的消耗。

目前，我國百分之八十的電力能源都是火電廠提供的，由于設備的構造以及材料的不同，使得火電廠在運行的過程中，熱能回收出現差異的現象，熱能回收率較低會對社會經濟的發展造成一定的影響。另外，站在環境保護的角度，電力系統未來的發展方向一定會注重光伏發電、風力發電以及水能發電等清潔可再生能源［5］，隨著雙碳政策的持續推進，新型能源的發展迫在眉睫。

4 結束語

綜上所述，在社會經濟和科技的發展支持下，電氣自動化被人們廣泛的應用到各個領域，在電氣自動化技術的支持下能夠有效提升太陽能光伏發電的效率。電氣工程的發展離不開電氣自動技術的支持，在電氣自動化技術的支持下能夠為電氣工業發展提供動力支持，因此，電氣自動化技術被人們廣泛的應用到工業生產、醫療衛生、環境保護、建筑工程、商場安保、照明系統等各個領域，為提升電力系統工作效率，推動電氣工程良性發展提供了充足的技術支持，有效保障了各個系統的運行穩定性。太陽能是我國社會發展過程中的新型清潔能源，太陽能的主要使用模式是在技術的支持下來將其順利轉變為電能。鑒于電氣自動化技術在電氣系統中的突出表現，研究該技術在太陽能光伏發電系統中的應用顯得尤為重要。為此，本文在闡述電氣自動化在太陽能光伏發電中的應用原理的基礎上，從逆變器控制、光伏建筑和水泵系統建設、無功補償機制、直流電控制、光伏發電并網控制等方面具體分析電氣自動化在太陽能光伏發電中的應用，旨在能夠在電氣自動化的支持下更好地提高可再生能源的利用率，最終實現對生態環境的有效保護。