淺談光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行模式無縫切換控制

章小慶

（江西新能源科技職業(yè)學(xué)院，江西 新余 338000）

現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，而傳統(tǒng)化石能源也隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展而逐漸枯竭。針對(duì)這一情況，發(fā)展新能源已成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的唯一出路。在新能源的發(fā)展建設(shè)過程中，光伏發(fā)展是非常重要的成果，因此受到社會(huì)大眾的廣泛關(guān)注，近年來更是得到廣泛的普及應(yīng)用。但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們對(duì)電力能源的安全性、可靠性、靈活性、能源利用率等方面都提出了更高的要求，這對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在新經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，傳統(tǒng)單一的光伏發(fā)電系統(tǒng)已無法滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及人們?nèi)粘Ｉ顚?duì)供電服務(wù)提出的新要求，因此要求獨(dú)立發(fā)電模式和并網(wǎng)發(fā)電模式能夠進(jìn)行無縫切換，當(dāng)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)仍能夠正常運(yùn)行，從而保證電網(wǎng)系統(tǒng)正常供電，不會(huì)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)以及人們的日常生活造成影響，有效保證電網(wǎng)系統(tǒng)供電服務(wù)的安全、可靠、穩(wěn)定、靈活運(yùn)行，提利能源利用率，達(dá)到節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

一、光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)結(jié)構(gòu)

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、DC/DC變換器、DC/AC逆變器、LCL濾波器以及電網(wǎng)等共同構(gòu)成。光伏陣列輸出的電能為直流電，直流電進(jìn)入DC/DC變換器后，被升斬波再進(jìn)入DC/AC逆變器這中，逆變?yōu)楣ゎl三相交流電。三相交流電進(jìn)入LCL濾波器后變?yōu)榻涣麟?，其波形與正弦波接近，從而最終進(jìn)入大電網(wǎng)，與電網(wǎng)進(jìn)行有效的連接[1]。

二、光伏發(fā)電原理

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，太陽能光伏電池的應(yīng)用，是光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行的重要組成部分，它利用光生伏物效應(yīng)原理，通過儲(chǔ)能、斬波、逆變、濾波以及傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)，最終使電流和電壓保持穩(wěn)定，形成穩(wěn)定、可靠、安全的電力能源，被用戶直接使用。也可以并入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)系統(tǒng)之中，通過電網(wǎng)輸送給用戶，以供用戶使用。

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是以光伏電池的外特性作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的，所謂外特性，就是指光伏電池輸出電流及電壓之間的關(guān)系。一般情況下，當(dāng)客觀條件滿足標(biāo)準(zhǔn)光照，即1000W/m2，同時(shí)溫度達(dá)到25攝氏度時(shí)，光伏產(chǎn)品的各項(xiàng)參數(shù)與廠家給定的參數(shù)相同，包括最大功率點(diǎn)電壓和電流、開路電壓、短路電流等等。

三、通過下垂控制逆變器無線并聯(lián)

下垂控制是一種對(duì)等控制方法，能夠?qū)?duì)逆變器無線并聯(lián)進(jìn)行有效控制。其主要原理是對(duì)電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)的一次調(diào)頻和一次調(diào)壓功能進(jìn)行模擬，從而實(shí)現(xiàn)解耦控制逆變器的有功和無功兩種功率。這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠促使并聯(lián)的各個(gè)逆變器對(duì)負(fù)載功率進(jìn)行快速合理的分配，只需要檢測(cè)自身信息即可，不需要進(jìn)行通信，有效提高了負(fù)載功能分配的效率及合理性。

四、實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電運(yùn)行模式無縫切換的主要策略

在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)要并入電網(wǎng)系統(tǒng)，必須要經(jīng)過逆變器。這是因?yàn)樘柲芄夥l(fā)展系統(tǒng)產(chǎn)生的是直流電，而電網(wǎng)系統(tǒng)的電流是交流電，因此要實(shí)現(xiàn)兩者的并網(wǎng)，就必須要由逆變器對(duì)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流電進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，從而有效保證兩者并網(wǎng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，利用逆變器的控制功能，也是保證光伏發(fā)電運(yùn)行模式能夠?qū)崿F(xiàn)無縫切換的關(guān)鍵措施。

在光伏逆變器中，從并網(wǎng)模式切換到孤島運(yùn)行模式，簡(jiǎn)而言之就是從并網(wǎng)控制策略切換為孤島控制策略。這一過程，就是實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行模式無縫切換控制的全過程。傳統(tǒng)的下垂控制方式，能夠以電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)荷功率的變化情況作為依據(jù)，對(duì)頻率和電壓的幅值實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。當(dāng)在孤島運(yùn)行模式下，下垂方程以及電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)荷能夠決定逆變器的頻率和電壓幅值，而這一操作，必然會(huì)造成孤島運(yùn)行模式與電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行模式在頻率、相位以及電壓幅值方面產(chǎn)生差異，在兩種運(yùn)行模式進(jìn)行切換的過程中，必然會(huì)對(duì)并網(wǎng)造成沖擊，嚴(yán)重影響并網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。因此，必須要保證在并網(wǎng)前，兩種運(yùn)用模式下的逆變器輸出電壓在各個(gè)物理量方面，最大限度的保持一致，做到預(yù)同步，以保證兩其模式進(jìn)行切換并網(wǎng)過程的安全性、穩(wěn)定性及可靠性。

保證孤島和并網(wǎng)兩種運(yùn)行模式的逆變器各個(gè)物理量保持一致，是保證光伏發(fā)電運(yùn)行模式能夠?qū)崿F(xiàn)無縫切換的關(guān)鍵。不僅要保證兩種運(yùn)行模式的逆變器頻率一致，兩種運(yùn)行模式的相位也要保持一致。在這里，需要注意逆變器頻率一致，但相位不一定一致，但相位始終一致，頻率必然一致。因此在對(duì)逆變器進(jìn)行檢測(cè)的過程中，必須要保證相位和電壓預(yù)同步，才能夠進(jìn)行并網(wǎng)，以保證光伏發(fā)電運(yùn)行模式能夠真正實(shí)現(xiàn)無縫切換[3]。

結(jié)束語

在當(dāng)今社會(huì)，電力能源被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，已是現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)和人們?nèi)粘Ｉ钫＿\(yùn)行的重要保障。而在傳統(tǒng)化石能源的大量消耗的情況下，采用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，不僅能夠有效開發(fā)太陽能，提高對(duì)太陽能的利用率，推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展建設(shè)，保證在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)過程中的能源安全，同時(shí)對(duì)我國電力行業(yè)的發(fā)展進(jìn)步，保證電力能源安全，也具有積極的促進(jìn)作用。特別是太陽能屬于清潔能源，利用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)展，對(duì)生態(tài)環(huán)境發(fā)展建設(shè)，也具有積極的作用。因此，解決光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行模式無縫切換，對(duì)我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。