分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)建模與仿真

黃镕希 李佳珍 薛芙蓉 黃煜光 韓俊英

摘要：在社會(huì)發(fā)展的過(guò)程中，能源需求量在不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的化石能源日益緊缺，且其開(kāi)采和應(yīng)用中還會(huì)產(chǎn)生環(huán)境問(wèn)題，不利于保證我國(guó)能源供給安全。因此，要實(shí)現(xiàn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，就要提高能源利用率，積極發(fā)展新能源，在保障能源供給的同時(shí)，也可保護(hù)生態(tài)環(huán)境。其中，太陽(yáng)能發(fā)電的發(fā)展成為重點(diǎn)，光伏發(fā)電是可再生的，且具有良好的清潔性，滿(mǎn)足了當(dāng)前人們對(duì)能源的需要，因此其應(yīng)用和發(fā)展前景廣闊。分布式光伏發(fā)電主要服務(wù)于戶(hù)用和工業(yè)廠(chǎng)房，此前廣泛選取并網(wǎng)的辦法并且通過(guò)國(guó)家電網(wǎng)進(jìn)行電力的分配與使用，然而現(xiàn)在的存在諸多的問(wèn)題難以克服，例如不能時(shí)刻處理輸電路由的數(shù)據(jù)、不能掌控電量調(diào)配和電力輸送距離、輸送利用率低等問(wèn)題。因此提出了分布式光伏發(fā)電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方案，側(cè)重旨在對(duì)能源路由器進(jìn)行了研討以及設(shè)計(jì)，主要探討分布式光伏發(fā)電的應(yīng)用，把握其發(fā)展趨勢(shì)以更好地開(kāi)發(fā)利用。

關(guān)鍵詞：分布式光伏發(fā)電;分布式儲(chǔ)能;建模仿真;分布式能源;發(fā)展趨勢(shì)

人類(lèi)依靠著地球上的能源，但能源并非無(wú)窮無(wú)盡，因此我國(guó)為解決這一難題成立了分布式光伏發(fā)電體系，國(guó)家維持這一龐大的體系，補(bǔ)貼了碩大的資金，從而改變了先前的發(fā)電方式，運(yùn)營(yíng)模式也發(fā)生變化，變成和國(guó)家電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電、余電上網(wǎng)和光伏個(gè)體自發(fā)自用的運(yùn)營(yíng)模式。此前，分布式光伏發(fā)電體系的建立旨在于減小資金的投入，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，推動(dòng)能源的再生產(chǎn)，并促進(jìn)環(huán)境改進(jìn)。然而當(dāng)前技術(shù)只能滿(mǎn)足由國(guó)家電網(wǎng)來(lái)完成電力的配送，輸送電力由中間節(jié)點(diǎn)來(lái)控制，并不可以時(shí)刻處理輸電路由的數(shù)據(jù)和及時(shí)進(jìn)行電力的調(diào)配，暫時(shí)無(wú)法調(diào)控電力傳輸，輸送的利用率低。

1光伏發(fā)電的概述

光伏發(fā)電的主要原理是太陽(yáng)光照射到PN結(jié)構(gòu)的材料上，激發(fā)電子空穴連通外界電路從而形成電流，在光伏效應(yīng)，光伏電池在電池兩端產(chǎn)生相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)。通過(guò)不同的排列組合，可以形成逆變?cè)O(shè)備和配電設(shè)備，形成光伏發(fā)電系統(tǒng)。在未來(lái)的操作過(guò)程中，可以使用其他可再生能源，并且在當(dāng)下技術(shù)科技不斷發(fā)展的前提條件下適應(yīng)能力也能不斷相契合，在以后的發(fā)展中可以發(fā)揮很大的作用。光伏發(fā)電設(shè)施基本上包括兩部分，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于接入點(diǎn)的電壓較低，一個(gè)網(wǎng)點(diǎn)的容量在接近7.9kw，解決了在如今土地資源緊急欠缺的情況下占地的問(wèn)題。有效地解決了輸送利用率低，相對(duì)于之前的電網(wǎng)情況，此系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比大大提升。我國(guó)分布式光伏發(fā)電建設(shè)利民利群、貼近大眾，同時(shí)拓寬了經(jīng)濟(jì)效益，讓更多人民增加了收入。

2含儲(chǔ)能的光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

想要實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電的穩(wěn)定輸出功率，這個(gè)系統(tǒng)組成主要包括儲(chǔ)能系統(tǒng)、光伏陣列、電網(wǎng)、儲(chǔ)能控制系統(tǒng)、逆變器和變壓器。其中，變換器的主要作用就是找到最大功率點(diǎn)跟蹤，并且用它來(lái)實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電，將較低電壓通過(guò)它的處理變成較高的電壓，來(lái)供逆變器使用。

3仿真模型建立

3.1光伏模型

太陽(yáng)電池是通過(guò)半導(dǎo)體硅、硒等材料將太陽(yáng)的光直接轉(zhuǎn)化為電能的器件。在理想情況下太陽(yáng)電池的等效電路由一個(gè)反并聯(lián)二極管、并聯(lián)電阻的電流源等效表示。

光伏陣列是由光伏效應(yīng)的半導(dǎo)體制成的。它是一種將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能的轉(zhuǎn)換器。這些設(shè)備中的一些被包裝成光伏電池組件，然后根據(jù)需要組合成某種功率。如果影響它的電壓和電流，它的輸出功率也會(huì)隨之發(fā)生變化。

3.2 Simulink模型

光伏組件的輸出功率受光強(qiáng)以及環(huán)境等外界因素的影響。為了得到最大的功率輸出，最好的辦法就是讓光伏陣列能夠持續(xù)跟蹤并工作在該點(diǎn)。MPPT即最大功率跟蹤是一種DC-DC轉(zhuǎn)換器，它是將一個(gè)電路上的電壓值轉(zhuǎn)換為另一個(gè)電路上的電壓值，目的就是保證光伏陣列在任何環(huán)境下都能工作在其最大功率模式。有了MPPT之后，它的輸出功率會(huì)比之前的高，這也就是它的作用所在。

4分布式光伏的發(fā)電模式分析

隨著人們對(duì)生活質(zhì)量的要求越來(lái)越高，家用電器產(chǎn)品種類(lèi)繁多。家電用電量也在快速上升。過(guò)去的電力供應(yīng)對(duì)他們來(lái)說(shuō)是不夠的。因此，一種新的綠色發(fā)電模式也應(yīng)該誕生。傳統(tǒng)的發(fā)電方式效率低，利用率低，大多使用不可再生資源，污染大，嚴(yán)重破壞了我國(guó)的生態(tài)環(huán)境。相反，分布式光伏發(fā)電不僅充分利用了太陽(yáng)能的清潔能源，而且促進(jìn)了中國(guó)生態(tài)文明建設(shè)。光伏發(fā)電主要是通過(guò)部分光伏機(jī)組的應(yīng)用，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能，避免了不可再生資源的利用和能源開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境的影響。因此，光伏發(fā)電是一種環(huán)保能源，避免了對(duì)自然的多重破壞，使其能夠自然進(jìn)行次生演替，恢復(fù)原貌。

分布式光伏發(fā)電模式的主要特點(diǎn)包括三個(gè)方面：一是輸出功率小。傳統(tǒng)電站的輸出功率不利于模塊化設(shè)計(jì)，而分布式光伏發(fā)電模式的容量在幾倍以?xún)?nèi)千瓦。與傳統(tǒng)電站相比，分布式光伏發(fā)電模式更具優(yōu)勢(shì)，便于向?qū)嶋H需求注入資金，避免浪費(fèi)。當(dāng)需求增加時(shí)，可在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)大規(guī)模。因此，它的輸出功率不是特別高。二是選址比較隨意，沒(méi)有太多限制。在過(guò)去的電站建設(shè)中，場(chǎng)地是個(gè)大問(wèn)題。傳統(tǒng)的發(fā)電站本身會(huì)產(chǎn)生大量的污染，可能危及附近的居民。同時(shí)也要考慮到自身可能出現(xiàn)的緊急情況，盡量避開(kāi)市中心擁擠的地方，選擇人煙稀少的空曠地帶。不過(guò)，光伏發(fā)電站的建設(shè)選址比較隨意，不會(huì)影響周邊的事情。第三，分布式光伏發(fā)電模式具有綠色環(huán)保的特點(diǎn)。光伏發(fā)電是通過(guò)太陽(yáng)光照射PN結(jié)構(gòu)材料，將光能直接轉(zhuǎn)化為電能。改造不會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響，發(fā)電過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生噪聲污染，對(duì)環(huán)境影響不大。因此，分布式光伏發(fā)電可以促進(jìn)國(guó)家綠色經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展，高效地提供電力資源，在一定程度上緩解當(dāng)?shù)氐碾娏Χ倘薄?/p>

5動(dòng)態(tài)仿真與分析

5.1 Simulink仿真結(jié)果

在 Simulink中建立仿真模型如圖1：

5.2不同溫度和光照下，光伏發(fā)電池仿真結(jié)果

仿真光伏發(fā)電的I-V和P-V特性，以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。

當(dāng)溫度為25℃，光照強(qiáng)度[500W/m2]時(shí)輸出特性I-V曲線(xiàn)、P-V曲線(xiàn)分別如圖3、圖4：

6分布式光伏發(fā)電的綠色發(fā)展及改進(jìn)

6.1大力推進(jìn)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的綠色發(fā)展

在新時(shí)期如何優(yōu)化和改革企業(yè)是當(dāng)前的重頭戲，國(guó)家方面應(yīng)主動(dòng)和各大企業(yè)實(shí)施技術(shù)與資源之間的交流，不斷推進(jìn)企業(yè)之間對(duì)此模式的進(jìn)一步研究，實(shí)現(xiàn)國(guó)家與企業(yè)之間的互利共贏。同時(shí)企業(yè)應(yīng)當(dāng)擬定相關(guān)管理?xiàng)l款避免相關(guān)技術(shù)人員出現(xiàn)重大失誤，有效的管理相關(guān)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)，在此基礎(chǔ)上對(duì)光伏發(fā)電技術(shù)不斷的加強(qiáng)和完善，對(duì)此技術(shù)的研究更加深入，便能推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和進(jìn)步。更應(yīng)該積極全面推動(dòng)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，發(fā)電單位與電網(wǎng)是相輔相成的，只有相互協(xié)助才能向前進(jìn)。同時(shí)為了保證員工工作的積極性，獎(jiǎng)賞機(jī)制也是必不可少的，一方面避免了員工工作不上心，另一方面能提高光伏發(fā)電的規(guī)范性以及合理性。最為重要的是，應(yīng)當(dāng)與時(shí)俱進(jìn)，和目前先進(jìn)的技術(shù)相結(jié)合，對(duì)當(dāng)前我國(guó)現(xiàn)有資源進(jìn)行合理的分配利用，提高資源利用率，減少資源損耗，促進(jìn)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

6.2推進(jìn)光伏發(fā)電模式的改進(jìn)

隨著環(huán)保意識(shí)的提高，太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)也不斷重視并且在不斷提升技術(shù)，光伏發(fā)電技術(shù)因而有著巨大的潛力，面對(duì)這樣新型的市場(chǎng)，增強(qiáng)對(duì)資金的注入，設(shè)計(jì)出完善的光伏發(fā)電利用機(jī)制，與電力相關(guān)單位的緊密聯(lián)系，形成合作共贏關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)能源的利用率得到了更充分的利用。同時(shí)，電氣單位還需要對(duì)自身的業(yè)務(wù)的各個(gè)方面的進(jìn)行監(jiān)管，為了便利廣大用戶(hù)的生活上的需要，顛覆傳統(tǒng)的交易模式進(jìn)行改革，同時(shí)契合國(guó)家已有的政策，不斷完善國(guó)家現(xiàn)有的用電交易體系。此模式能夠帶動(dòng)企業(yè)的運(yùn)轉(zhuǎn)，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，滿(mǎn)足用戶(hù)的用電需求，以此形成保障。

7結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文的分析與介紹，分布式系統(tǒng)穩(wěn)定了輸出功率，與電氣單位供電時(shí)，能夠有效避免系統(tǒng)不穩(wěn)定因素對(duì)電網(wǎng)所造成的影響。綜上，鑒于對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真分析，為解決其他新能源中存在的相似問(wèn)題提供了借鑒和方法，從而在新能源領(lǐng)域中有進(jìn)一步的發(fā)展和創(chuàng)造。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王善立，龍軍.含分布式儲(chǔ)能的光伏發(fā)電系統(tǒng)建模與仿真[J].2016（10）：1973-2047.

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