蘇建歡 藍良生 鄭述星

摘 要：本文通過研究農(nóng)村分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，擬設(shè)計減少小功率分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)對配電網(wǎng)的污染，提高農(nóng)村分布式發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性及安全性。建設(shè)一個合理的農(nóng)村分布式發(fā)電的微電網(wǎng)系統(tǒng)，減少電能污染，提高分布式發(fā)電系統(tǒng)的電能質(zhì)量和發(fā)電效率，同時可以提高農(nóng)戶的收入，降低農(nóng)戶用電成本，使分布式發(fā)電系統(tǒng)可以更廣泛地推廣使用。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村光伏 分布式發(fā)電 MPPT

中圖分類號：F42 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）02（a）-0073-02

能源作為現(xiàn)代社會發(fā)展的基石，當(dāng)今社會能源主要來自于化石能源。潔凈的能源一直是人們研究的方向特別是太陽能，大型光伏發(fā)電站的缺點是占用面積大且發(fā)電效益不高成本投入過大，要研究一種成本較低且能大面積推廣的分布式發(fā)電系統(tǒng)。

農(nóng)村太陽能能源利用率一直很低，建設(shè)一種合理的發(fā)電儲存及利用一體化設(shè)計，設(shè)計要基本滿足農(nóng)戶本身的日常用電并能在發(fā)電高峰期把電能輸送到電網(wǎng)中同時減少對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的污染。

1 系統(tǒng)的組成和設(shè)計原理

系統(tǒng)光伏組是由每個用戶按照家中可鋪設(shè)的太陽能光伏電池板的面積決定，有利于擁有較廣面積的農(nóng)戶可以鋪設(shè)更多的光伏矩陣得到較多的電能，通過升壓電路把電壓升至400V輸送到直流高壓母線中并通過農(nóng)戶各自安裝逆變器把高壓母線的電能逆變?yōu)槭须娞峁┙o農(nóng)戶使用，這樣有利于在配電網(wǎng)斷電時或者本區(qū)域發(fā)電量能夠滿足本區(qū)域用電時達到自產(chǎn)自銷的合理使用；在發(fā)電量不足時通過配電網(wǎng)補充，形成雙電源供電提高電能穩(wěn)定性。在發(fā)電高峰期通過高性能的逆變器把直流高壓母線電能逆變成為高質(zhì)量電能輸送到配電網(wǎng)，這樣有利于減少小型分布式發(fā)電系統(tǒng)對配電網(wǎng)的電能的污染。高質(zhì)量的逆變器可以使用歐洲標(biāo)準的高質(zhì)量逆變器例如西門子SINVERT PVS系列的逆變器。

2 光伏電池板仿真模型

由常用的光伏電池數(shù)學(xué)模型計算公式

其中，變化量取通用參考值是參考光照強度常用取值為（1000W/）是實際電池板溫度和參考溫度的差值是實際光照強度與參考值的差值是光伏電池在光照強度R與電池溫度T時的短路電流（A）是光伏電池在光照強度R時的開路電壓（U）；a、b、c為常數(shù)它們的典型值分別為0.0025/℃、0.5/℃、0.00288/℃基于以上公式利用MATLAB/SIMULINK建立光伏板的MPPT仿真模型。

模型是通過電壓電流檢測反饋回來的電壓電流值來與上個時刻采樣回來的電壓電流值經(jīng)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果傳遞到PI控制器繼而得到一個控制器的輸出的占空比D并把傳遞到PWM控制模塊。根據(jù)傳遞過來的占空比D與三角波經(jīng)行比較從而生成PWM來控制輸出電壓。

3 逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)

一個逆變器的拓撲結(jié)構(gòu)的選取會影響到逆變器的效率損耗及安全性，要選取一個合適的符合實際應(yīng)用的拓撲結(jié)構(gòu)是必須的。根據(jù)農(nóng)村的天氣多元化空間小、使用安全性及成本低來選取一個合適的拓撲結(jié)構(gòu)，根據(jù)已知常用的控制方式有：電壓源電壓控制方式，電壓源電流控制方式，電流源電壓控制方式，電流源電流控制方式這幾類以電流源為輸入的逆變器，在直流側(cè)需要串聯(lián)一大電感作為提供比較穩(wěn)定的直流電流輸入，但是由于這個大電感往往會導(dǎo)致系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)慢，因此并網(wǎng)逆變器采用以電壓源輸入這樣也符合光伏板經(jīng)過MPPT控制輸出時的電壓輸出。微電網(wǎng)是一個類似電流源的系統(tǒng)所以為了簡單并聯(lián)運行控制，所以選取電壓源電流控制方式。在實際應(yīng)用中以電壓型控制為主電路可以實現(xiàn)有源濾波和無功補償?shù)目刂?，這樣的控制方式在實際中得到廣泛的應(yīng)用，并且可以最大化進行光伏發(fā)電和提高供電質(zhì)量減少功率的損耗、減少設(shè)備的成本價格。

主電路選取全橋式結(jié)構(gòu)，全橋結(jié)構(gòu)開關(guān)管承受的電壓要比推挽式結(jié)構(gòu)承受的電壓要小，推挽式開關(guān)管承受電壓為直流輸入的兩倍，半橋式需要輸出雙極性的SPWM，全橋式只需要輸出單極性的SPWM就可以采用硬件設(shè)置可以驅(qū)動全橋式電路。由于直接逆變存在較高漏電風(fēng)險不合適在農(nóng)村地區(qū)使用，工頻隔離效率低下價格較高也不合適，所以選取高頻隔離式系統(tǒng)且是兩級隔離DC-DC/DC-AC結(jié)構(gòu)從經(jīng)濟和安全及功率大小都適合。

4 微網(wǎng)結(jié)構(gòu)及效率

南方農(nóng)村每戶的平房面積都不是很大，大約在100～150m2之間。造成每個單元的功率不大，所以需要把這些單元的電能經(jīng)行整合，通過升壓器把電壓升至400V輸送到高壓直流母線中并由高壓直流母線進行逆變并網(wǎng)，這樣有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性減少向電網(wǎng)輸入較多的諧波和不必要的干擾。高壓直流母線逆變到用戶負荷中，可以滿足人們?nèi)粘５碾娔苄枨?，在發(fā)電高峰期時把電能逆變到電網(wǎng)中去，如高壓直流母線的電能不足時由電網(wǎng)補充用戶負荷，這樣滿足了用戶負荷的多樣性，也提高發(fā)電的使用率，減少用戶的用電成本，提高供電電壓的穩(wěn)定性。對于有能力安裝儲能設(shè)備的單元可以直接進行儲能充電，在夜間也可以進行供電。

5 結(jié)語

對于農(nóng)村的微網(wǎng)建設(shè)要結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況進行設(shè)計，由于農(nóng)村的光伏發(fā)電功率不大，所以要先進行一次整合再進行與電網(wǎng)的并網(wǎng)，這樣有利于減少對電網(wǎng)的干擾，減少對電網(wǎng)的危害，只有在保證對配電網(wǎng)污染最小的情況下進行并網(wǎng)才是農(nóng)村分布式發(fā)電的發(fā)展方向。農(nóng)村分布式發(fā)電要與當(dāng)?shù)嘏潆娋W(wǎng)相互進行協(xié)調(diào)，在保證當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的電能質(zhì)量及電能的安全可靠性的前提下，建設(shè)一個符合農(nóng)村的分布式發(fā)電系統(tǒng)。

參考文獻

[1] 朱銘煉.500W光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)計[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2010.

[2] 康凱.3kW光伏并網(wǎng)逆變器的研究[D].哈爾濱：哈爾濱理工大學(xué)，2014.

[3] 秦碩，孫志毅，劉立群，等.光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器設(shè)計[J].太原科技大學(xué)學(xué)報，2015（1）：6-11.

[4] 張永佳.戶用太陽能逆變電源的研制[D].西安：陜西科技大學(xué)，2012.

[5] 王磊，李照陽，童子權(quán).一種可并網(wǎng)光伏發(fā)電逆變器設(shè)計[J].電工儀表研究所，2012（8）：22-23.

[6] 宋楊呈祥.應(yīng)用于并網(wǎng)逆變器的鎖相環(huán)關(guān)鍵技術(shù)[J].分布式能源，2012，2（3）：33-38.

[7] 卞策.單相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的MATLAB仿真研究[D].天津：天津理工大學(xué)，2014.

[8] 楊新法，蘇劍，呂志鵬，等.微電網(wǎng)技術(shù)綜述[J].中國電機工程學(xué)報，2014（1）：57-70.

[9] 孫志松.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的MATLAB仿真研究[D].南昌：南昌航空大學(xué)，2012.

[10]高志強，趙景濤，孫中記，等.農(nóng)村供電系統(tǒng)中典型微電網(wǎng)供電模式研究[J].研究與開發(fā)，2014，15（6）：56-62.