光伏發(fā)電微網(wǎng)控制策略分析

趙晶晶

天津天源國電電力技術(shù)有限公司

光伏發(fā)電微網(wǎng)控制策略分析

趙晶晶

天津天源國電電力技術(shù)有限公司

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，人們對(duì)電力的需求也越來越大，新能源發(fā)電得到了社會(huì)的一致認(rèn)可。最近幾年，光伏發(fā)電技術(shù)獲得了巨大的進(jìn)步，在微網(wǎng)中的應(yīng)用也愈加廣泛。然而，在應(yīng)用光伏發(fā)電的過程中，必須應(yīng)用有效的控制措施來保證微網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。光伏發(fā)電作為一種可再生能源，其擁有清潔干凈、發(fā)電過程簡(jiǎn)單、能源分布廣泛、不產(chǎn)生噪音等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此加快光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用和推廣意義重大。在分析光伏發(fā)電原理的基礎(chǔ)上，指出分布式光伏發(fā)電存在的問題，并提出切實(shí)可行的解決策略。

光伏發(fā)電；微網(wǎng)控制；虛擬技術(shù)

光伏發(fā)電作為新型能源之一，其經(jīng)濟(jì)環(huán)保優(yōu)勢(shì)和廣闊的發(fā)展前景引起了世界各國的廣泛關(guān)注。我國自?2009?年以來出臺(tái)了一系列政策以推動(dòng)光伏能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前，我國對(duì)光伏能源的利用和開發(fā)已步入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段。光伏產(chǎn)業(yè)業(yè)內(nèi)有關(guān)專家認(rèn)為，今后十年光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展呈井噴之勢(shì)。預(yù)計(jì)到?2020?年光伏發(fā)電的電價(jià)將與傳統(tǒng)能源發(fā)電電價(jià)相近，到本世紀(jì)中葉光伏發(fā)電量將占到世界發(fā)電總量的一半左右。所以，進(jìn)一步加快對(duì)光伏發(fā)電高轉(zhuǎn)換率和低成本的研究工作乃當(dāng)務(wù)之急。而微網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)為光伏發(fā)電的推廣和應(yīng)用提供了新思路，如何將二者更好的結(jié)合成為亟待破解的難題。

1 光伏發(fā)電技術(shù)

與傳統(tǒng)的水力發(fā)電和火力發(fā)電相比，光伏發(fā)電是一種發(fā)電過程更便捷、能源來源更多、毫無噪聲污染的高效環(huán)保發(fā)電技術(shù)。隨著科技和社會(huì)的進(jìn)步，人們的環(huán)保意識(shí)和對(duì)能源利用效率的重視都達(dá)到了新的高度，光伏發(fā)電技術(shù)既能保證高效率的能源利用，又能做到環(huán)保無污染，是目前社會(huì)所迫切需要的先進(jìn)發(fā)電技術(shù)，因此，光伏發(fā)電技術(shù)逐漸得到了非常廣泛的應(yīng)用。然而，光伏發(fā)電技術(shù)依然存在一定的缺陷，在實(shí)際投入運(yùn)行的過程中，應(yīng)用光伏發(fā)電技術(shù)并不能很好的保證供電的穩(wěn)定性。光伏發(fā)電技術(shù)對(duì)于光照強(qiáng)度的要求比較高，同時(shí)諸如溫度一類的環(huán)境因素會(huì)對(duì)光伏發(fā)電造成較大影響，如果光伏發(fā)電設(shè)施周遭環(huán)境出現(xiàn)較大變化，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)電功率發(fā)生改變，進(jìn)而影響供電的穩(wěn)定性。光伏發(fā)電技術(shù)在應(yīng)用于微網(wǎng)時(shí)，一般是由電力電子技術(shù)接口接入，這就使得光伏發(fā)電中并沒有慣量，也就沒有辦法應(yīng)對(duì)負(fù)荷波動(dòng)。負(fù)荷波動(dòng)的存在，會(huì)影響發(fā)電系統(tǒng)的電壓和頻率，進(jìn)而影響供電的質(zhì)量。這些都是光伏發(fā)電技術(shù)在未來的發(fā)展過程中函待解決的問題，而只要光伏發(fā)電技術(shù)持續(xù)進(jìn)步和發(fā)展，就能夠在電網(wǎng)中發(fā)揮很大作用。

2 光伏發(fā)電問題分析

光伏發(fā)電系統(tǒng)具有一定程度的強(qiáng)非線性系統(tǒng)特征，并且存在隨機(jī)性及間歇性缺陷。光伏電池是光伏發(fā)電的主要元器件，通過光伏電池的作用可將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。然而在上述過程中，光伏電池的功率與外界光照強(qiáng)度存在密切聯(lián)系。當(dāng)光照強(qiáng)度出現(xiàn)變化時(shí)，輸出功率也會(huì)隨之產(chǎn)生變化。例如，在多云天氣中，光照強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)頻繁變化，這種變化特征將直接導(dǎo)致光伏發(fā)電輸出極不穩(wěn)定，給微網(wǎng)電壓及供電頻率產(chǎn)生影響。若情況嚴(yán)重的話，甚至?xí)?dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)崩潰，中斷負(fù)荷供電。其次，光伏發(fā)電功率會(huì)造成逆變器維持輕載狀態(tài)工作，導(dǎo)致保護(hù)裝置誤動(dòng)，并提升電流諧波含量。從本質(zhì)上來看，光伏電池屬于逆變電源，無論是電能轉(zhuǎn)換還是功率控制均需要相關(guān)電力設(shè)備及電子設(shè)備支持。在這種前提下，光伏發(fā)電的動(dòng)態(tài)性特征也會(huì)對(duì)微網(wǎng)整體穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，并影響到電能質(zhì)量。將光伏發(fā)電并入電網(wǎng)中，其特性會(huì)與電網(wǎng)特性產(chǎn)生疊加作用，使得運(yùn)行過程變得更為復(fù)雜。為保持光伏發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，需要為光伏發(fā)電相關(guān)設(shè)備配置具有一定容量的儲(chǔ)能裝置，并采取合適的功率控制策略來抑制功率輸出波動(dòng)。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用蓄電池，可讓光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性得以提升。

3 光伏發(fā)電微網(wǎng)控制策略

3.1 引入蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)

蓄電池是一種能將化學(xué)能和電能互為轉(zhuǎn)化的一種化學(xué)電池。其特點(diǎn)是儲(chǔ)能能量密度高、使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格低廉。利用蓄電池，在太陽能充足的時(shí)候，可以利用光伏發(fā)電為蓄電池充電，在光照強(qiáng)度頻繁變化的情況下，蓄電池可以對(duì)光伏發(fā)電的功率波動(dòng)進(jìn)行充放電，以便輸出的發(fā)電功率能夠趨于穩(wěn)定。分布式光伏發(fā)電功率輸出具有如下特征：一是這種發(fā)電功率的輸出容易受光照強(qiáng)度的影響，當(dāng)光照較為充足的時(shí)候，這種分布式發(fā)電可以將多余的電能儲(chǔ)放在蓄電池中，而當(dāng)光照強(qiáng)度變化不定的時(shí)候，這種分布式發(fā)電又可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?chǔ)能和放能，以提高光伏發(fā)電系統(tǒng)功率輸出的平滑度，提高系統(tǒng)電能質(zhì)量及供電的可靠性。同時(shí)使微網(wǎng)能夠持續(xù)平穩(wěn)為負(fù)荷提供電能。

3.2 策略來源分析

與大規(guī)模電網(wǎng)相比，微網(wǎng)容量較小，其本質(zhì)區(qū)別在于發(fā)電裝置的不同。大規(guī)模電網(wǎng)中多采取同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，微網(wǎng)則主要應(yīng)用分布式電源進(jìn)行發(fā)電。由于分布式電源單機(jī)容量較小，若電網(wǎng)容量負(fù)荷較大，就需要采取多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，這會(huì)從一定程度上增加操作難度。多數(shù)情況下，分布式電源均采用自然能源，其功率輸出穩(wěn)定性取決于自然環(huán)境，穩(wěn)定性不如同步發(fā)電機(jī)。另外，分布式電源電抗能力較弱，若出現(xiàn)故障，可能會(huì)直接造成系統(tǒng)癱瘓。為維持光伏發(fā)電微網(wǎng)的穩(wěn)定性，可借鑒同步發(fā)電機(jī)的調(diào)頻調(diào)壓方法，將同步發(fā)電機(jī)算法置入逆變控制過程中，從而構(gòu)建出“虛擬同步發(fā)電機(jī)”，并采用功頻控制器和勵(lì)磁可控制器進(jìn)行控制，讓分布式光伏發(fā)電設(shè)備也具有同步發(fā)電機(jī)的特性，以提升功率輸出穩(wěn)定性與供電質(zhì)量。

綜上所述，微網(wǎng)技術(shù)與光伏發(fā)電技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，分布式光伏發(fā)電設(shè)備的應(yīng)用空間也將愈來愈大，并且其并網(wǎng)容量也會(huì)不斷提升。科技水平的提高和進(jìn)步，也讓微網(wǎng)技術(shù)和光伏發(fā)電技術(shù)不斷的獲得新的進(jìn)展。在光伏發(fā)電微網(wǎng)控制得當(dāng)?shù)那闆r下，分布式光伏發(fā)電設(shè)備也能夠在更多的情況下得到良好應(yīng)用，大大提高并網(wǎng)發(fā)電容量。有關(guān)技術(shù)人員可以應(yīng)用基于虛擬同步發(fā)電機(jī)的控制策略，設(shè)計(jì)能夠自主調(diào)控輸出參數(shù)的光伏發(fā)電設(shè)備，推廣光伏發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用。

[1]李大中，楊育剛，李秀芬，云峰.基于能量預(yù)測(cè)的光伏微網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)控制策略[J].可再生能源，2014，(12)：1771-1775.

[2]邱培春，葛寶明，畢大強(qiáng).基于蓄電池儲(chǔ)能的光伏并網(wǎng)發(fā)電平抑控制研究?[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，39(3).