基于光伏發(fā)電的直流微電網(wǎng)能量轉(zhuǎn)換與管理

周家軍

（協(xié)鑫光伏系統(tǒng)有限公司 210008）

基于光伏發(fā)電的直流微電網(wǎng)能量轉(zhuǎn)換與管理

周家軍

（協(xié)鑫光伏系統(tǒng)有限公司 210008）

進(jìn)入21世紀(jì)以來，許多新能源發(fā)電技術(shù)在社會生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣泛；光伏發(fā)電作為一種新型發(fā)電手段，人們在生活中對其的重視程度也越來越強(qiáng)。其中，直流微電網(wǎng)是光伏發(fā)電系統(tǒng)中最常用的一種形式，與傳統(tǒng)的交流微電網(wǎng)相比具有獨(dú)特的優(yōu)勢。在直流微電網(wǎng)中，變換器獨(dú)立存在于每一個發(fā)電單元和儲能單元中，進(jìn)而將設(shè)備產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換成直流電。所以，與傳統(tǒng)的發(fā)電形式相比，直流微電網(wǎng)可以得到更加穩(wěn)定的電力輸出。

直流微電網(wǎng)；光伏發(fā)電；能量轉(zhuǎn)換與管理

引言

隨著社會水平的不斷提高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源的需求量越來越大，所以近年來我國的能源短缺和環(huán)境污染現(xiàn)象十分嚴(yán)重。在這樣的背景下，為了節(jié)約能源，降低資源消耗，我國對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用越來越普遍。然而，氣候條件的變化是影響光伏并網(wǎng)系統(tǒng)輸出功率的重要因素，特別是在大規(guī)模的并網(wǎng)時，這將會使電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重的影響。所以現(xiàn)階段我國發(fā)揮光伏發(fā)電系統(tǒng)最大效益的最有效途徑是以微電網(wǎng)的形式接入大電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。本文通過結(jié)合對直流微電網(wǎng)的實(shí)際約束因素，給出了多種工作模式，并且通過在這幾種模式間形成合理的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而滿足直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1 光伏發(fā)電概述

光伏發(fā)電是通過利用半導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)光能到電能轉(zhuǎn)化的一種技術(shù)，該手段最主要的工作原理就是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)；太陽光照射到金屬表面時，其光能會被金屬中的電子所吸收，當(dāng)電子內(nèi)部所儲存的能量達(dá)到一定水平時，就會克服引力做功，進(jìn)而形成光電子，進(jìn)而使半導(dǎo)體與金屬結(jié)合的部位產(chǎn)生一定的電位差。一般來說，簡單的光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池板、控制器和逆變器三種組件組成。目前，光伏發(fā)電的效率并不高，一般在13～18％之間，而且在發(fā)電成本方面也要比火力發(fā)電高，所以光伏發(fā)電的發(fā)電效率和發(fā)電成本是目前面臨的主要問題。光伏發(fā)電以太陽能為主要能源，而太陽能使取之不盡的可再生能源，具有清潔性、安全性、廣泛性等優(yōu)點(diǎn)；由于我國的一次能源十分有限，所以應(yīng)該重視光伏發(fā)電對太陽能的利用，而且光伏發(fā)電在我國長期的能源戰(zhàn)略中應(yīng)占據(jù)重要的地位。

2 基于光伏發(fā)電的直流微電網(wǎng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

①DC/DC變換器是基于蓄電池組儲能的離網(wǎng)型獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要組成部件，通過該變換器能夠?qū)⒐夥嘘囁a(chǎn)生的電能直接輸送到直流母線上，并且通過DC/DC變換器的運(yùn)作來選取合理的電能資源。而且當(dāng)負(fù)載或外界環(huán)境發(fā)生變化時，要通過蓄電池和直流母線之間的能量交換來維持直流母線電壓的穩(wěn)定性，這也是保證系統(tǒng)正常運(yùn)作的有效條件。②就是光伏陣列的特性，溫度、光照強(qiáng)度的變化程度是影響光伏陣列輸出功率的重要因素。一般而言，當(dāng)系統(tǒng)中光伏陣列的溫度在25℃左右時，隨著電壓的變化，其功率的變化范圍并不大。而當(dāng)改變環(huán)境溫度時，會發(fā)現(xiàn)光伏陣列的最大輸出功率受自然環(huán)境影響較大，當(dāng)光照強(qiáng)度不斷增加時，其最大輸出功率也隨之而增加；而當(dāng)溫度的增加時，其輸出功率就會隨之而減小。

3 光伏發(fā)電系統(tǒng)能量的管理方法分析

3.1 基于DBS的能量管理策略分析

本文將能量轉(zhuǎn)換和管理方法分為以下幾種工作狀態(tài)；①實(shí)現(xiàn)孤島運(yùn)行，蓄電池接口處的放電形式為單元放電；②并網(wǎng)運(yùn)行，網(wǎng)側(cè)接口實(shí)現(xiàn)單元整流；③并網(wǎng)運(yùn)行，對網(wǎng)側(cè)接口進(jìn)行單元逆變；④孤島運(yùn)行光伏接口單元輸出恒壓。通過對各個模式進(jìn)行模態(tài)切換，進(jìn)而滿足各接口單元分段參與直流總線電壓控制的要求。為了更加優(yōu)化能量管理方案，需要對直流總線電壓進(jìn)行采樣，采樣的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是相鄰模態(tài)的直流總線電壓值互差5％；該值不宜過大也不宜過小，因為如果對該值設(shè)置較大，超過10％的話，那么在一定程度上將會降低變換器的工作效率，而且如果系統(tǒng)母線電壓變化范圍過大的話，還會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性；此外，如果該差異較小的話，那么系統(tǒng)在進(jìn)行各個模態(tài)間的切換時會很容易受采樣偏差的影響，而且有的時候還會出現(xiàn)錯誤切換。

3.2 變換器運(yùn)行方式比較

在進(jìn)行各接口變換器不同系統(tǒng)工作模式中的功能分析也是十分重要的一個環(huán)節(jié)。在這個環(huán)節(jié)應(yīng)該分析組網(wǎng)單元、能量饋送單元、負(fù)載單元之間的聯(lián)系。對四種運(yùn)行模式的分析可以看出，光伏發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行的任何時刻，控制其直流總線電壓的變換器只有一個，而且該變壓器以電壓源工作，其余電壓器均以電流源工作。系統(tǒng)各個變換器之間的運(yùn)行狀態(tài)不僅能夠更好的提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，而且在一定程度上還保證了系統(tǒng)在運(yùn)行中的穩(wěn)定性。

4 仿真分析

為了保證所研究光伏發(fā)電直流網(wǎng)能量管理控制系統(tǒng)的有效性，應(yīng)該通過改變光照條件、環(huán)境溫度以及負(fù)載等因素來進(jìn)行仿真研究，進(jìn)而總結(jié)出更加合理的運(yùn)行方案。而且，通過仿真實(shí)驗還應(yīng)該對光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作運(yùn)行效率、經(jīng)濟(jì)收益進(jìn)行深入探討，如此，才能滿足社會的能源需求。

5 結(jié)語

綜上所述，在資源短缺和環(huán)境污染的今天，做好可再生能源的充分利用至關(guān)重要。在此背景下，本文通過對基于光伏發(fā)電的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)能量變換與管理控制方法進(jìn)行探究，進(jìn)而總結(jié)出能量優(yōu)化方案。在未來的發(fā)展中，我國應(yīng)該加大對該種方案的重視，如此，才能實(shí)現(xiàn)以可再生能源代替不可再生能源。

[1]樂恩典，周健科，沈佩琦，徐良軍.含微電網(wǎng)的智能配電網(wǎng)規(guī)劃理論及其應(yīng)用研究[J].中國電業(yè)（技術(shù)版），2016（02）.

[2]孫建龍，竇曉波，張子仲，全相軍，許泰峰，徐沛.直流對等式微電網(wǎng)混合儲能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報，2016（04）.

[3]熊連松，劉小康，卓放，謝亦豐，祝明華，張海龍.光伏發(fā)電系統(tǒng)的小信號建模及其控制器參數(shù)的全局優(yōu)化設(shè)計方法[J].電網(wǎng)技術(shù)，2014（05）.

[4]朱文韻，楊榮斌，傅翠曉，張宇飛.加快從實(shí)驗室向示范和應(yīng)用跨越——國內(nèi)外微電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的新特點(diǎn)、新趨勢[J].華東科技，2013（08）.

TM73

A

1004-7344（2016）23-0048-01

2016-7-19