光伏陣列及并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)探討

梁　浩

內(nèi)蒙古華電新能源分公司，內(nèi)蒙古呼和浩特　010020

光伏陣列及并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)探討

梁浩

內(nèi)蒙古華電新能源分公司，內(nèi)蒙古呼和浩特010020

近年來(lái)，在科學(xué)和信息技術(shù)不斷進(jìn)步的背景下，世界各國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，然而這一過(guò)程中，造成了有限能源的高度消耗，在破壞人們?nèi)粘９ぷ骷吧瞽h(huán)境的基礎(chǔ)上，還極大的影響人類實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，在這種情況下，積極加強(qiáng)系能源的開(kāi)發(fā)利用至關(guān)重要。光伏并網(wǎng)發(fā)電是對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行有效利用的關(guān)鍵技術(shù)之一，本文從光伏陣列仿真模型及優(yōu)化配置入手，在對(duì)并網(wǎng)逆變器預(yù)測(cè)電流控制方法展開(kāi)研究的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了光伏陣列及并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)的探討，希望對(duì)我國(guó)新能源的開(kāi)發(fā)利用起到促進(jìn)作用。

光伏陣列；并網(wǎng)逆變器；關(guān)鍵技術(shù)

人類社會(huì)發(fā)展的過(guò)程中，增加了對(duì)可再生能源的開(kāi)發(fā)利用，光伏并網(wǎng)發(fā)電就是對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行充分利用的表現(xiàn)之一。利用光伏并網(wǎng)發(fā)電，能夠極大的環(huán)節(jié)人們?nèi)粘９ぷ骷吧钪袑?duì)電能的需求，緩解不可再生能源高速消耗的壓力。在光伏并網(wǎng)發(fā)電的過(guò)程中，一項(xiàng)重要的技術(shù)就是逆變器電流控制。在這種情況下，本文從構(gòu)建光伏陣列模型的流程、光伏陣列優(yōu)化配置基本原則2個(gè)角度出發(fā)對(duì)光伏陣列仿真模型及優(yōu)化配置展開(kāi)了研究，并對(duì)并網(wǎng)逆變器預(yù)測(cè)電流控制方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

1　光伏陣列仿真模型及優(yōu)化配置

1.1構(gòu)建光伏陣列模型的流程

光伏陣列模型的構(gòu)建是建立在模塊化編程基礎(chǔ)之上的，具體流程包含以下5個(gè)方面：

首先，對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在光伏陣列中的體現(xiàn)進(jìn)行初始化處理，同時(shí)初始化處理的還包含外部環(huán)境當(dāng)中的各種參數(shù)，如光伏組件數(shù)量在串聯(lián)式光伏陣列中的體現(xiàn)和串聯(lián)式光伏陣列數(shù)量等。外部輸入是實(shí)現(xiàn)參數(shù)初始化的關(guān)鍵，使用者可以對(duì)光照分布狀體以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在仿真對(duì)象中的體現(xiàn)進(jìn)行自由定制。

其次，在為調(diào)用奠定基礎(chǔ)的過(guò)程中，可以對(duì)仿真模型函數(shù)在光伏組件中的體現(xiàn)進(jìn)行構(gòu)建，公式如下：function IModule=Module（VModule，T，G）。

再次，如果光伏陣列模型函數(shù)是串聯(lián)式的，那么應(yīng)將輸出電流在串聯(lián)式光伏陣列中的體現(xiàn)作為基礎(chǔ)，公式如下：function VS-PVModule（IS-PV）。

第四，將輸出電壓在集中式光伏陣列中的體現(xiàn)作為基礎(chǔ)，對(duì)輸出電流、輸出功率和電壓在集中式光伏陣列中的體現(xiàn)數(shù)組進(jìn)行構(gòu)建，分別應(yīng)用Varray（j）、Parray（j）、Iarray（j）來(lái)表示。

最后，在對(duì)I-V、P-V仿真曲線在光伏陣列中的體現(xiàn)進(jìn)行輸出的過(guò)程中，對(duì)plot函數(shù)進(jìn)行利用［1］。

1.2光伏陣列優(yōu)化配置基本原則

近年來(lái)，光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)用的范圍不斷擴(kuò)大，同時(shí)光照環(huán)境在光伏陣列中也呈現(xiàn)出逐漸復(fù)雜的特點(diǎn)，在建筑密集地點(diǎn)，在光伏陣列外觀造型的影響下，無(wú)法確保全天中光伏陣列都得以充分的暴露，這就需要光伏陣列應(yīng)用過(guò)程中面對(duì)具備陰影現(xiàn)象，降低光伏陣列輸出功率，在這種情況下，必須針對(duì)不同的安全環(huán)境對(duì)光伏陣列進(jìn)行優(yōu)化配置。相關(guān)原則如下：

首先，保證額定功率符合要求，將并聯(lián)式光伏陣列結(jié)構(gòu)應(yīng)用于小型光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，保證拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的科學(xué)性；其次，在允許的經(jīng)濟(jì)投入基礎(chǔ)上，應(yīng)將多并聯(lián)光伏陣列并聯(lián)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于中型光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)中，并保證逆變器和控制器被有效應(yīng)用于每一組的并聯(lián)式光伏陣列當(dāng)中；最后，如果光伏發(fā)電系統(tǒng)規(guī)模較大，陰影的存在是客觀的，此時(shí)應(yīng)對(duì)光照變化規(guī)律進(jìn)行充分的應(yīng)用，保證整組串聯(lián)式光伏陣列是集中式光伏陣列受陰影影響的關(guān)鍵區(qū)域［2］。

2　并網(wǎng)逆變器預(yù)測(cè)電流控制方法

2.1構(gòu)建預(yù)測(cè)電流控制模型

電感參數(shù)的不匹配是客觀存在的，預(yù)測(cè)電流控制算法在應(yīng)用過(guò)程中對(duì)這一現(xiàn)象具有一定的容忍度，而這一容忍度受理想電壓預(yù)估次數(shù)的影響而有所降低，容忍度歲預(yù)估次數(shù)減少而提升。在對(duì)二者關(guān)系進(jìn)行充分掌握的過(guò)程中，可以對(duì)預(yù)測(cè)電流控制模型進(jìn)行構(gòu)建，其中，目標(biāo)電流誤差應(yīng)用ie［k+1］=x1ie［k］－x2ie［k－1］來(lái)表示，其中x1、x2為待定參數(shù)［3］。在預(yù)估理想輸出電壓的過(guò)程中可以應(yīng)用線性預(yù)測(cè)法，即V*OP［k］=【aV*OP［k－1］+（a－b）V*OP［k－2］】/a。其中a大于b，同時(shí)V*OP［k］=b/aVOP［k－1］+（ab）/aVOP［k－2］+L/T【（b/a）ie［k］－（a－2b）/ aie［k－1］－（a－b）/aie［k－2］】；而VOP［k］的值可以應(yīng)用如下方式進(jìn)行計(jì)算，b/aVOP［k－1］+（ab）/aVOP［k－2］+L/T【（1－x1+b/a）ie［k］+（x2－）（a－2b）/aie［k－2］。

同時(shí)，要想促使預(yù)估理想電壓的次數(shù)得以減少，促使電感參數(shù)不匹配程度能夠被這一算法進(jìn)行高度的容忍，可以保證ie［k］不存在于首次預(yù)估后的VOP［k］表達(dá)式內(nèi)，即x1=1+b/a，那么此時(shí)的VOP［k］=b/ aVOP［k－1］+（a－b）/aVOP［k－2］+L/T【yie［k－1］－（a－b）/aie［k－2］】。其中，y=x2－（a－2b）/a，這一數(shù)值將對(duì)電感參數(shù)不匹配的容忍度造成直接影響。在以上推到的基礎(chǔ)上，能夠首次實(shí)現(xiàn)預(yù)估理想電壓，并對(duì)表達(dá)式中的各個(gè)權(quán)重系數(shù)進(jìn)行降低，促使系統(tǒng)始終處于三階，對(duì)系統(tǒng)中的復(fù)雜度進(jìn)行降低［4］。

2.2預(yù)測(cè)電流控制模型穩(wěn)定性分析

閉環(huán)傳遞函數(shù)在預(yù)測(cè)電流控制模型中可以應(yīng)用以下函數(shù)進(jìn)行表示：

Φ（Z）=k（yz－［（a－b）/a］）/z3－（a+b）/az2+［（2b－a）/a+ky］z+（a－b）/a（1－k）。其中，k的大于零，可以應(yīng)用L/Lac來(lái)表示。在對(duì)不同模型之間的聯(lián)系以及控制模型當(dāng)中的穩(wěn)定性進(jìn)行確定的過(guò)程中，可以將雙線性變換應(yīng)用于z域閉環(huán)傳遞函數(shù)當(dāng)中，從而對(duì)w域特征方程進(jìn)行確定：λ（w）=（ay－a+b）kw3+（3a－3b－ay）w2+（8a－4b－aky－3ak+ 3bk）w+4b+aky+ak－bk=0。在分析控制模型穩(wěn)定性的過(guò)程中，需要對(duì)勞斯穩(wěn)定數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用，其中△=8［－（a－b）2k+（3a－b）（a－b）－a2y］/（3a－3b－ay）［5］。在判定穩(wěn)定性的過(guò)程中，勞斯判據(jù)定義應(yīng)當(dāng)對(duì)以下不等式進(jìn)行求解：（a－b）/a＜y＜3×（ab）/a；0＜k＜［（3a－b）（a－b）－a2y］/（a－b）2；4b+（ay+a－b）k＞0。

在以上不等式當(dāng)中，必須滿足a大于b大于0，同時(shí)y大于0，k大于0，在針對(duì)a、b、k進(jìn)行取值的過(guò)程中，必須滿足這3個(gè)約束條件。

在對(duì)以上預(yù)測(cè)電流控制模型進(jìn)行總結(jié)的過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)其擁有以下特征：首先，如果擁有穩(wěn)定的系統(tǒng)環(huán)境，電感參數(shù)不匹配在控制模型中的容忍度的決定權(quán)掌握在參數(shù)a、y當(dāng)中；其次，如果a已知，在特定的取值范圍內(nèi)，如果y越小，則擁有越高的容忍度，反之亦然；再次，如果（1/a，2/a）是參數(shù)y=i/a的取值范圍，那么a的取值越大則說(shuō)明擁有越高的容忍度，反之亦然［5］。

3　結(jié)論

綜上所述，近年來(lái)，在科學(xué)和信息技術(shù)不斷進(jìn)步的過(guò)程中，世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)飛快發(fā)展，隨之而來(lái)的是資源的高度消耗以及環(huán)境的嚴(yán)重破壞，在面對(duì)能源危機(jī)的過(guò)程中，世界各國(guó)開(kāi)展了對(duì)可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用。太陽(yáng)能作為重要的可再生能源之一受到人們的廣泛重視，現(xiàn)階段，人們利用太陽(yáng)能的重要方式之一就是光伏并網(wǎng)發(fā)電，為了促進(jìn)我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)步并實(shí)現(xiàn)人類的長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展，本文積極加強(qiáng)了光伏陣列及并網(wǎng)逆變器關(guān)鍵技術(shù)研究。

［1］王曉雷，王衛(wèi)星，路進(jìn)升，王國(guó)軍，周笑.光伏陣列特性仿真及其在光伏并網(wǎng)逆變器測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2015（10）：70-73，79.

［2］鄭飛，張軍軍，丁明昌.基于RTDS的光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越建模與控制策略［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2014（22）：19-24.

［3］周德佳，趙爭(zhēng)鳴，袁立強(qiáng)，等.具有改進(jìn)最大功率跟蹤算法的光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015（31）：94-100.

［4］廖志賢，羅曉曙，黃國(guó)現(xiàn).兩級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器建模與非線性動(dòng)力學(xué)行為研究［J］.物理學(xué)報(bào)，2015（13）：28-35.

［5］王書(shū)征，趙劍鋒，姚曉君，等.級(jí)聯(lián)型光伏并網(wǎng)逆變器在光照不均勻條件下的功率平衡控制［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2013（12）：251-261.

TM6

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1674-6708（2016）166-0191-02

梁浩，內(nèi)蒙古華電新能源分公司。