探討分布式控制在光伏發電技術中的應用

楊 博

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東 廣州 510700）

0 引 言

分布式控制主要是利用先進科學技術在光伏發電過程中對其工作進行管理與控制，以此來達到對光伏發電工作的嚴格管理。由于光伏發電技術在應用的過程中并不是十分安全的，因此需要利用分布式控制嚴格管理光伏發電過程，以此來規范光伏發電過程并減少發生危險的可能性。除此之外，在光伏發電過程中開展分布式控制工作還能夠改善發電工作的質量。本文通過分析分布式控制在光伏發電中的各種作用來推動發電技術的發展，從而推動我國早日完成2035年在環境方面的工作任務。

1 光伏發電技術對控制工作的要求

1.1 實時化

光伏發電的過程需要借助半導體來完成整個發電過程，從而將光能轉化成電能[1]。在發電過程中不僅需要半導體，還要借助太陽能板和控制器等電子設備。因為光伏發電工作實施過程中是光照與發電同時進行的，所以控制工作也應該與發電過程相適應，從而做到實時控制，這樣才能及時發現發電設備在工作過程中出現的問題及狀況。例如，在2016年某光伏發電系統在工作的過程中出現了問題，但是該廠的控制工作并沒有做到位，從而導致發電廠損失慘重。因此，在光伏發電過程中開展實時控制工作對于發電廠的經濟利益及發電設備的安全都具有十分積極的作用。

1.2 綜合化

光伏發電工作的原理需要將多個大型太陽能板串聯在一起，并且串聯好的太陽能板需要在外層進行封存保護，再配上不同功率的控制器及逆變器等設備，這樣就形成了一個完整的光伏發電系統[2]。在發電過程中需要上述設備同時發揮作用才能完成發電過程，所以控制工作的開展需要具有綜合性，不能僅針對某一個設備開展工作。如果串聯的太陽能板出現問題則會給發電工作的順利開展帶來阻礙，在光伏發電系統工作的時候需要對整個系統進行綜合控制，從而杜絕出現因某一設備出錯而導致整個系統運行不暢的問題。在實際工作中，控制工作的開展需要借助計算機技術及其他設備才能完成對整個發電系統的控制與管理工作，在預見或發現問題時可以及時進行處理，從而保證發電系統能夠順利運行。

2 分布式控制在光伏發電技術中的應用思路

2.1 基本方案和拓撲結構

分布式控制工作的開展并不是單一的，在光伏發電技術中分布式控制工作的開展方式多種多樣。本文通過研究整個發電過程，在此過程中利用發電遞進步驟的技術來控制整個發電系統[3]。對整個發電過程進行控制的基本方案是利用物理傳感器來收集整個系統的數據，然后再全面分析計算收集的數據以此來為后續工作的開展提供信息支持。在整個控制過程中需要進行聯系的時候全部借助有線設備，整個方案的重點內容是借助計算機技術對收集的各種數據進行分析和判斷等工作。拓撲結構及時利用監控設備、計算機設備以及通信設備等將整個發電過程進行監督控制。監控設備的具體工作是借助物理傳感器對光電發電系統中的各設備進行監控，以此來得到分布式控制實時性的標準。計算機設備需要對整個發電系統進行信息收集和分析工作并且需要保存比較重要的數據，這樣才能保證發電系統中數據的安全。其他設備發揮的主要作用便是輔助光伏發電過程順利進行，如果出現問題將會停止并發出報警信號，這對于整個發電系統的安全具有十分重要的作用。

2.2 工作流程

在上述方案中，分布式控制工作的開展需要經過數據收集、信號傳輸、數據識別、下達指令以及處理幾個步驟[4]。工作流程如圖1所示，如果在光伏發電系統工作的過程中出現問題將需要通過數據識別及處理過程來修復系統以保證其正常工作。如果系統能夠正常工作并沒有發現問題則只需要經過數據識別過程即可。例如，在某地市光伏發電廠中，為了保證光能能夠被最大限度利用起來，需要根據光照角度進行太陽板的調整工作，而調整的時間及角度則需要通過計算機進行分析，這樣才能達到最好的效果。通常情況下，需要在8:00將太陽能板的傾斜角度調整為45°，中午11:30的時候將傾斜角度調整為35°，下午14:30的時候將傾斜角度調整為30°。發電系統在工作的過程中會根據時間與計算機進行連接，計算機會檢測太陽能板的傾斜角度在不同的時間是否達到了標準的傾斜角角度。如果出現誤差，計算機將直接發出指令，太陽能板會自發進行調整以保證能夠將光能充分利用。上述過程也就是分布式控制工作的基本流程，該流程不僅適用于太陽能板傾斜角度的調整，還能將其運用到問題檢測及修復的過程中。

圖1 工作流程圖

3 分布式控制在光伏發電技術中的應用方法

3.1 分布控制和實時處理

將分布式控制引入到光伏發電的過程中，其核心控制標準即為分布控制與實時處理。因此，在對光伏發電過程進行控制時需要將其視為一個整體過程，根據不同的工作階段進行分布控制，這樣才能夠保證整個發電過程的監督控制[5]。光伏發電系統的主要設備為太陽能板、控制器、逆變器、變壓設備以及儲能設備等，這些設備的安全順利運行對于整個光伏發電系統的順利運行至關重要。在實施控制的過程中需要對上述的每個設備安裝監控器，從而達到實時監控設備運行的目的。串聯的設備共用一個監控設備，從而保證串聯的設備能夠正常運行。在整個發電系統中安裝的監控設備需要通過計算機系統進行整體控制。如果設備出現問題，進行實時處理的前提條件是對不同的設備進行分布控制，無論哪個過程中的哪個設備出現問題，相應的計算機在出現問題的那一刻便能檢測到并及時采取措施進行修復。出現問題進行實時處理的要點在于數據能夠精確反映設備的情況，因此在開展分布式控制工作的時候需要對機器進行嚴格訓練。

3.2 機器訓練

開展機器訓練工作對于分布式控制工作的開展具有十分重要的作用。例如，當設備出現問題的時候，系統內部的電流和溫度等指標會出現較大的波動，收集這些波動的數據可以為訓練機器提供數據支持[6]。以電流值為例，當光伏發電系統正常工作的時候電流值肯定在標準范圍內波動。假設在中午12:00光照十分充足情況下的電流值為T，如果設備出現問題，那么設備內部的電流值會發生較大變化，通常情況下會展示出一個數集的形式，可以表示為T=[T1,T2,T3,T4,T5,…,Tn]。設備在正常情況下進行工作的時候會呈現出另一個數集的形式，即S=[S1,S2,S3,S4,S5,…,Sn]。其中，S1表示設備正常運行時電流能夠達到的最小值，Sn則表示電流能夠達到的最大值，當監控設備捕捉到的電流最下值小于S1，或者最大值大于Sn時則代表這個時候的設備出現了問題，根據系統默認的情況出現問題時會第一時間發出警報，這樣可以減輕事故發生的概率，從而減少企業的損失。

3.3 核心技術

在光伏發電系統中引入分布式控制的核心技術是監控技術、通信技術以及計算機對于數據的收集與分析技術等[7]。通常情況下，通信技術會被分為有線通信與無線通信，在發電系統的控制過程中運用更多的是有線通信，因為有線通信可以減少發電過程中電磁波對于通信系統的干擾。

4 仿真模擬

4.1 對象和指標

以某地的光伏發電系統為研究對象，設置常規組與改良組開展實驗，以研究分布式控制與常規工作之間的區別[8]。在此實驗過程中，選取電流、溫度以及角度3個變量研究系統的反應次數、反應準確率以及反應時間。

4.2 過程和結果

每組實驗都進行90次，將90次實驗過程平均分成3組，每組只設定一個變量。例如，第一組設定角度為變量，第二組設定溫度為變量，第三組設定電流為變量，從而得出如表1所示的實驗結果。

表1 實驗結果

根據上述實驗數據可以看出，實施分布式控制可以更好地監測設備的運行狀況，改良組在實驗過程中出現一次失誤的原因是數據出現問題，所以在今后的分布式控制過程中要加強對數據的管理工作[9,10]。

5 結 論

光伏發電技術是順應時代發展的產物，該技術的運用可以更好地減輕火力發電造成的污染情況，因此在該項技術中引入分布式控制對于電力行業的發展具有十分重要的作用。