基于新型能源光伏發(fā)電相關(guān)概念與數(shù)學(xué)模型概述

伍冬梅

摘? 要：隨著能源與環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，傳統(tǒng)性的化石能源越來越緊張，同時(shí)帶來的環(huán)境污染問題越來嚴(yán)峻，直接促進(jìn)新能源發(fā)電技術(shù)不斷發(fā)展，其中光伏發(fā)電成為典型的代表，如何實(shí)現(xiàn)有效便捷安全的并網(wǎng)成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)。為了確保并網(wǎng)發(fā)電的安全性和可靠性，對(duì)于并網(wǎng)逆變器選擇、各次諧波含量均要滿足并網(wǎng)要求，比如針對(duì)LCL濾波諧振控制方法主要分為無源阻尼法和有源阻尼法兩大類。而基于LCL濾波器的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，可以自動(dòng)適應(yīng)光照強(qiáng)度的變化，以滿足逆變器輸入變化的功率。文章從逆變器的選擇、光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型、光伏發(fā)電系統(tǒng)模型作出相關(guān)介紹，對(duì)實(shí)踐工作具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電;新能源;模型

中圖分類號(hào)：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）11-0062-02

Abstract： With the increasingly serious energy and environmental problems， the traditional fossil energy is becoming more and more tense， at the same time， the environmental pollution problem is becoming more and more serious， which directly promotes the continuous development of new energy power generation technology， in which photovoltaic power generation has become a typical representative. How to achieve effective， convenient and safe grid-connected has become a hot research topic. In order to ensure the safety and reliability of grid-connected power generation， the selection of grid-connected inverter and the content of harmonics should meet the grid-connected requirements. for example， LCL filter resonance control methods are mainly divided into two categories： passive damping method and active damping method. The photovoltaic grid-connected power generation system based on LCL filter can automatically adapt to the change of light intensity to meet the power of inverter input change. This paper introduces the selection of inverter， the mathematical model of photovoltaic cell and the model of photovoltaic power generation system， which has certain guiding significance for the practical work.

Keywords： photovoltaic power generation; new energy; model

引言

隨著新型能源的發(fā)展，越來越多的新型能源被開發(fā)出來，其中，太陽能作為目前具有研究開發(fā)價(jià)值的新能源資源之一，利用光能產(chǎn)生電能的技術(shù)相對(duì)成熟，比較其它新型能源來說，已經(jīng)成為能源開發(fā)中首要趨勢(shì)。太陽能光伏發(fā)電作為新能源資源，具有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）普遍性：陽光普照大地，太陽能隨處可見，能就地采用，不需要四處尋找。對(duì)山區(qū)、海島等交通不便的偏遠(yuǎn)地區(qū)的能源供應(yīng)，具有很大的優(yōu)越性。

（2）無污染性：太陽能的開發(fā)不會(huì)產(chǎn)生對(duì)大氣或者周邊環(huán)境有害的相關(guān)物體、氣體、噪聲等。因此，太陽能源是一種干凈衛(wèi)生、環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展的綠色能源。

（3）巨大性：太陽每秒釋放到地球的熱量約等價(jià)于500萬噸煤燃燒釋放的能量，地球表面每平方米每年接受到的太陽能量可以產(chǎn)生1700kW·h電能。根據(jù)官方數(shù)據(jù)顯示，在太陽能充足的地方只要能利用到4%，就能滿足全球的全部能源需求。

（4）長(zhǎng)久性：太陽是永遠(yuǎn)存在的，一直都會(huì)產(chǎn)生能量。因此，利用太陽能作能源，是取之不盡，用之不竭的。

1 逆變器的選擇

在逆變器現(xiàn)階段的研究水平條件之下，主要有：電壓源電流控制、電壓源電壓控制、電流源電流控制、電流源電壓控制等控制方法。以電壓源作為輸入需要再直流側(cè)并聯(lián)電容來穩(wěn)定電壓，以電流源作為輸入需要再直流側(cè)串聯(lián)大電感來穩(wěn)定輸入電流。但電流源輸入的串聯(lián)電感會(huì)降低系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。因此，大部分逆變器都以電壓作為輸入量。能夠有效進(jìn)行光伏發(fā)電，增強(qiáng)電能質(zhì)量、降低線路損耗。

并網(wǎng)逆變器對(duì)于控制方式、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、主電路結(jié)構(gòu)都需要進(jìn)行相應(yīng)的選擇。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)屬于一種分布式發(fā)電系統(tǒng)，具有兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：?jiǎn)渭?jí)式并網(wǎng)系統(tǒng)、兩級(jí)式并網(wǎng)系統(tǒng)。

單級(jí)式并網(wǎng)系統(tǒng)主要由光伏陣列、DC/AC、控制器、本地負(fù)載、并網(wǎng)開關(guān)構(gòu)成。優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)中接入電網(wǎng)減少了儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，使成本減低了不少;系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、所需要使用的元件少;效率不斷提高。缺點(diǎn)：逆變器在實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)的過程中，對(duì)控制性能的技術(shù)要求非常高;由于需要實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤的功能，因此直流母線電壓無法控制，必須設(shè)計(jì)直流母線電壓保護(hù)。

2 光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型

光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏電池是最重要的一部分，其中普遍適用的主要都是硅電池，有多晶、單晶及其非晶三種類型，目前來看，單晶硅光伏電池的轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較高。

光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出特性受溫度和光照強(qiáng)度的變化影響，其輸出功率不斷變化。為了提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的資源利用率并降低系統(tǒng)造價(jià)，可在光伏電池與負(fù)載之間加入最大功率點(diǎn)跟蹤裝置。常用的最大功率跟蹤方法有：恒電壓跟蹤、擾動(dòng)觀察法、電導(dǎo)增量法等。但這些方法存在跟蹤慢、浪費(fèi)大、效率低等問題。采用模糊控制的方法能夠克服這些問題，但在最大功率點(diǎn)附近存在震蕩。

3 光伏發(fā)電系統(tǒng)模型

二極管主要是為了防止電網(wǎng)向光伏電池反灌電能，損壞電池;Cdc為直流側(cè)濾波電容;Lf為等效輸出濾波電感;是逆變器輸出電壓;Ug∠δ為節(jié)點(diǎn)g的電壓;為流過電感Lf的電流;xT為變壓器電抗;xL為輸電線路電抗;b為無窮大母線，電壓為1∠0°。

由于太陽能資源和負(fù)載分布性質(zhì)的限制，因此，我國(guó)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)以“大規(guī)模集中開發(fā)、中高壓接入”和“分散開發(fā)、低壓就地接入”并行發(fā)展為主。隨著能源的緊缺，光伏發(fā)電集中大規(guī)模開發(fā)將成為太陽能發(fā)電主要趨勢(shì)。為了適應(yīng)光伏發(fā)電的大規(guī)模形式的發(fā)展，本文借以分散的光伏發(fā)電輸送至遠(yuǎn)端集中逆變上網(wǎng)的大規(guī)模光伏發(fā)電系統(tǒng)為對(duì)象，借助直流輸電的特性來研究光伏發(fā)電系統(tǒng)擴(kuò)大容量的相關(guān)技術(shù)。

4 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促進(jìn)人類對(duì)電能源的需求越來越大，而傳統(tǒng)的火力發(fā)電和水力發(fā)電資源一方面給環(huán)境帶來很大的惡化，另一方面越來稀缺，幾乎消耗完畢。比如還造成導(dǎo)致煤價(jià)上漲，致使傳統(tǒng)的火力發(fā)電成本提高;而水力發(fā)電隨季節(jié)性的影響很大，某種角度還進(jìn)一步給生態(tài)環(huán)境帶嚴(yán)重的破壞等。所以各國(guó)把注意力集中在新型可再生能源方面，本文綜合對(duì)新型太陽能光伏發(fā)電作出相關(guān)的介紹，可一定程序上給實(shí)踐作出理論支撐。

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