光伏發電微網控制策略分析

趙晶晶

天津天源國電電力技術有限公司

光伏發電微網控制策略分析

趙晶晶

天津天源國電電力技術有限公司

隨著社會經濟和科技的發展，人們對電力的需求也越來越大，新能源發電得到了社會的一致認可。最近幾年，光伏發電技術獲得了巨大的進步，在微網中的應用也愈加廣泛。然而，在應用光伏發電的過程中，必須應用有效的控制措施來保證微網的正常運轉。光伏發電作為一種可再生能源，其擁有清潔干凈、發電過程簡單、能源分布廣泛、不產生噪音等諸多優點，因此加快光伏發電技術的應用和推廣意義重大。在分析光伏發電原理的基礎上，指出分布式光伏發電存在的問題，并提出切實可行的解決策略。

光伏發電；微網控制；虛擬技術

光伏發電作為新型能源之一，其經濟環保優勢和廣闊的發展前景引起了世界各國的廣泛關注。我國自?2009?年以來出臺了一系列政策以推動光伏能源產業的發展。目前，我國對光伏能源的利用和開發已步入產業化發展階段。光伏產業業內有關專家認為，今后十年光伏產業的發展呈井噴之勢。預計到?2020?年光伏發電的電價將與傳統能源發電電價相近，到本世紀中葉光伏發電量將占到世界發電總量的一半左右。所以，進一步加快對光伏發電高轉換率和低成本的研究工作乃當務之急。而微網技術的出現為光伏發電的推廣和應用提供了新思路，如何將二者更好的結合成為亟待破解的難題。

1 光伏發電技術

與傳統的水力發電和火力發電相比，光伏發電是一種發電過程更便捷、能源來源更多、毫無噪聲污染的高效環保發電技術。隨著科技和社會的進步，人們的環保意識和對能源利用效率的重視都達到了新的高度，光伏發電技術既能保證高效率的能源利用，又能做到環保無污染，是目前社會所迫切需要的先進發電技術，因此，光伏發電技術逐漸得到了非常廣泛的應用。然而，光伏發電技術依然存在一定的缺陷，在實際投入運行的過程中，應用光伏發電技術并不能很好的保證供電的穩定性。光伏發電技術對于光照強度的要求比較高，同時諸如溫度一類的環境因素會對光伏發電造成較大影響，如果光伏發電設施周遭環境出現較大變化，就會導致發電功率發生改變，進而影響供電的穩定性。光伏發電技術在應用于微網時，一般是由電力電子技術接口接入，這就使得光伏發電中并沒有慣量，也就沒有辦法應對負荷波動。負荷波動的存在，會影響發電系統的電壓和頻率，進而影響供電的質量。這些都是光伏發電技術在未來的發展過程中函待解決的問題，而只要光伏發電技術持續進步和發展，就能夠在電網中發揮很大作用。

2 光伏發電問題分析

光伏發電系統具有一定程度的強非線性系統特征，并且存在隨機性及間歇性缺陷。光伏電池是光伏發電的主要元器件，通過光伏電池的作用可將太陽能轉變為電能。然而在上述過程中，光伏電池的功率與外界光照強度存在密切聯系。當光照強度出現變化時，輸出功率也會隨之產生變化。例如，在多云天氣中，光照強度會出現頻繁變化，這種變化特征將直接導致光伏發電輸出極不穩定，給微網電壓及供電頻率產生影響。若情況嚴重的話，甚至會導致發電系統崩潰，中斷負荷供電。其次，光伏發電功率會造成逆變器維持輕載狀態工作，導致保護裝置誤動，并提升電流諧波含量。從本質上來看，光伏電池屬于逆變電源，無論是電能轉換還是功率控制均需要相關電力設備及電子設備支持。在這種前提下，光伏發電的動態性特征也會對微網整體穩定性產生影響，并影響到電能質量。將光伏發電并入電網中，其特性會與電網特性產生疊加作用，使得運行過程變得更為復雜。為保持光伏發電系統穩定運行，需要為光伏發電相關設備配置具有一定容量的儲能裝置，并采取合適的功率控制策略來抑制功率輸出波動。在光伏發電系統中應用蓄電池，可讓光伏發電系統的穩定性得以提升。

3 光伏發電微網控制策略

3.1 引入蓄電池儲能技術

蓄電池是一種能將化學能和電能互為轉化的一種化學電池。其特點是儲能能量密度高、使用壽命長、價格低廉。利用蓄電池，在太陽能充足的時候，可以利用光伏發電為蓄電池充電，在光照強度頻繁變化的情況下，蓄電池可以對光伏發電的功率波動進行充放電，以便輸出的發電功率能夠趨于穩定。分布式光伏發電功率輸出具有如下特征：一是這種發電功率的輸出容易受光照強度的影響，當光照較為充足的時候，這種分布式發電可以將多余的電能儲放在蓄電池中，而當光照強度變化不定的時候，這種分布式發電又可以進行適當的儲能和放能，以提高光伏發電系統功率輸出的平滑度，提高系統電能質量及供電的可靠性。同時使微網能夠持續平穩為負荷提供電能。

3.2 策略來源分析

與大規模電網相比，微網容量較小，其本質區別在于發電裝置的不同。大規模電網中多采取同步發電機進行發電，微網則主要應用分布式電源進行發電。由于分布式電源單機容量較小，若電網容量負荷較大，就需要采取多臺設備進行協調控制，這會從一定程度上增加操作難度。多數情況下，分布式電源均采用自然能源，其功率輸出穩定性取決于自然環境，穩定性不如同步發電機。另外，分布式電源電抗能力較弱，若出現故障，可能會直接造成系統癱瘓。為維持光伏發電微網的穩定性，可借鑒同步發電機的調頻調壓方法，將同步發電機算法置入逆變控制過程中，從而構建出“虛擬同步發電機”，并采用功頻控制器和勵磁可控制器進行控制，讓分布式光伏發電設備也具有同步發電機的特性，以提升功率輸出穩定性與供電質量。

綜上所述，微網技術與光伏發電技術不斷發展的過程中，分布式光伏發電設備的應用空間也將愈來愈大，并且其并網容量也會不斷提升。科技水平的提高和進步，也讓微網技術和光伏發電技術不斷的獲得新的進展。在光伏發電微網控制得當的情況下，分布式光伏發電設備也能夠在更多的情況下得到良好應用，大大提高并網發電容量。有關技術人員可以應用基于虛擬同步發電機的控制策略，設計能夠自主調控輸出參數的光伏發電設備，推廣光伏發電技術的應用。

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