孫繼鑫

摘要：自然界中的太陽(yáng)能屬于新型清潔可再生能源，取之不盡用之不竭，是最為理想的新型能源之一，但是，光伏發(fā)電受到自然環(huán)境的影響非常之大，溫度的變化、光照幅度的變化等都會(huì)影響到光伏發(fā)電的效率，微電網(wǎng)控制技術(shù)就是要妥善解決和完善好太陽(yáng)能光伏發(fā)電中的各種缺點(diǎn)與弊端，相信隨著微電網(wǎng)控制技術(shù)的不斷創(chuàng)新與進(jìn)步，太陽(yáng)能資源必然會(huì)得到更加高效的利用。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能;光伏發(fā)電;微電網(wǎng)技術(shù)

相對(duì)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)而言，微電網(wǎng)更類(lèi)似于一個(gè)獨(dú)立的控制單元，每個(gè)微電源都可實(shí)現(xiàn)即插即用功能，所以最關(guān)鍵是其接口、控制、保護(hù)、通訊等技術(shù)。通過(guò)對(duì)光伏發(fā)電技術(shù)和微電網(wǎng)技術(shù)的探討，我們認(rèn)為在未來(lái)光伏發(fā)電會(huì)成為人類(lèi)獲取能源的主要渠道。

一、太陽(yáng)能光伏發(fā)電微電網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

1）太陽(yáng)能為可持續(xù)能源，無(wú)需消耗燃料，基本無(wú)枯竭危險(xiǎn)，只要白天有太陽(yáng)，就可以保證較為穩(wěn)定的輸出，在出現(xiàn)意外災(zāi)害和大范圍電網(wǎng)崩潰時(shí)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電依然可以穩(wěn)定輸出，微電網(wǎng)切換到孤網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，不間斷給一些重要用戶供電，此外還能夠?yàn)殡娋W(wǎng)快速恢復(fù)提供能源。2）太陽(yáng)能為清潔能源，無(wú)污染排放、無(wú)噪聲、安全可靠，不受地域限制，太陽(yáng)能微網(wǎng)系統(tǒng)可以依靠建筑屋面而建，費(fèi)用少，周期短。3）微電網(wǎng)系統(tǒng)中各單元可以很容易實(shí)現(xiàn)用電負(fù)荷的功率平衡，具有調(diào)度管理功能，結(jié)合具有調(diào)節(jié)功能的逆變器，可較容易實(shí)現(xiàn)逆變器功率輸出控制。

二、太陽(yáng)能光伏微電網(wǎng)的特點(diǎn)

2.1新型能源的多元化結(jié)合

光伏發(fā)電的一個(gè)重要前提便是需要白天天氣比較好的自然環(huán)境，其能夠與主干網(wǎng)連接到一起，當(dāng)光伏發(fā)電的容量不斷增大，在局部就會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)形成比較大的沖擊。所以，在一個(gè)微電網(wǎng)的范圍之內(nèi)需要采取多種類(lèi)型的能源組合形式，這是穩(wěn)定電力，有效緩和光伏發(fā)電波動(dòng)性的一項(xiàng)必要手段。目前，除太陽(yáng)能之外，作為微電網(wǎng)的電源的可再生能源還有以下幾種類(lèi)型。

（1）微型風(fēng)力發(fā)電，其主要借助的便是微風(fēng)的風(fēng)力，當(dāng)風(fēng)力條件得到滿足時(shí)，便可以成為光伏發(fā)電的重要補(bǔ)充，微型風(fēng)力發(fā)電比較適合運(yùn)用在風(fēng)力條件比較充足的村鎮(zhèn)或者高層建筑當(dāng)中。

（2）小型水利電站，小型水利電站基本上被運(yùn)用在有條件的村鎮(zhèn)附近，采用的就是小型水電站后者抽水蓄能電站的方式，這也是光伏發(fā)電的一種重要補(bǔ)充形式。

（3）生物質(zhì)能電站，主要被運(yùn)用在小型城市的周邊或者是村鎮(zhèn)附近，其利用的主要燃料就是沼氣，沼氣發(fā)電可以和有機(jī)肥、垃圾處理進(jìn)行結(jié)合。

越來(lái)越多種形式的能源組合與使用，會(huì)在很大程度上減少光伏發(fā)電的波動(dòng)性，特別是在光伏發(fā)電量下降的時(shí)候，能夠?qū)夥l(fā)電起到很好的補(bǔ)充作用。

2.2儲(chǔ)能技術(shù)

任何新型高效的新能源，都不能夠保證微電網(wǎng)供電的絕對(duì)穩(wěn)定性，除此之外，為了提升用電負(fù)荷的安全性，儲(chǔ)能系統(tǒng)作為備用電源是不可或缺的?，F(xiàn)階段，儲(chǔ)能技術(shù)比較成熟的是鉛酸蓄電池，但是，鉛酸蓄電池中還是存在著壽命短、鉛污染等問(wèn)題，目前，最適合運(yùn)用在智能光伏微電網(wǎng)的新型儲(chǔ)能系統(tǒng)有下面幾種類(lèi)型。

（1）飛輪儲(chǔ)能，這種儲(chǔ)能形式的優(yōu)點(diǎn)就在于充放電次數(shù)多、供電穩(wěn)定、電流密度大且不存在化學(xué)反應(yīng)，但其缺點(diǎn)是自放電比較嚴(yán)重。

（2）釩流體電池，此技術(shù)的原理是將釩化合物作為電解質(zhì)，借助釩的不同電價(jià)的轉(zhuǎn)換來(lái)進(jìn)行充放電，這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是容量大、供電穩(wěn)定、使用壽命長(zhǎng)、效率高等，缺點(diǎn)是成本太高，還未成熟，受釩資源的客觀限制。

（3）超級(jí)電容，超級(jí)電容的優(yōu)點(diǎn)是充放電次數(shù)多、電流密度大、無(wú)化學(xué)反應(yīng)，缺點(diǎn)是自放電嚴(yán)重，單次儲(chǔ)能時(shí)間短暫，發(fā)展正在逐漸成熟。

2.3充放電的控制器

蓄電池要在充電和放電過(guò)程中加以控制，不能頻繁的過(guò)充電和過(guò)放電，否則會(huì)影響電池的使用壽命，為了保護(hù)蓄電池不受過(guò)充電和過(guò)放電的損害，則必須要有一套控制系統(tǒng)來(lái)防止蓄電池的過(guò)充電和過(guò)放電，稱(chēng)為充放電控制器?？刂破鞯墓ぷ髟硎峭ㄟ^(guò)檢查蓄電池的電壓值與其最大負(fù)荷值進(jìn)行對(duì)比來(lái)判斷是否達(dá)到過(guò)充點(diǎn)或過(guò)放點(diǎn)，并要設(shè)置開(kāi)關(guān)，在過(guò)充點(diǎn)或過(guò)放電時(shí)自動(dòng)終止充電和放電。隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)容量的增加，用戶的要求也越來(lái)越高，安全性和合理性的設(shè)計(jì)也越來(lái)越重要，所以，近年來(lái)設(shè)計(jì)者在控制器上設(shè)置了更多的保護(hù)和監(jiān)測(cè)功能，目前的先進(jìn)技術(shù)甚至通過(guò)計(jì)算機(jī)將控制器與軟件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了智能控制。

三、太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)

儲(chǔ)能太陽(yáng)能系統(tǒng)的應(yīng)用被廣泛運(yùn)用到社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，其主要由光伏陣列、儲(chǔ)能裝置、變壓器、等部分共同組成。以下是對(duì)各個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)用的詳細(xì)描述：

3.1子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一般常見(jiàn)的太陽(yáng)能光伏發(fā)電微電網(wǎng)技術(shù)的各個(gè)子系統(tǒng)都是相對(duì)獨(dú)立的，是由光伏模塊子系統(tǒng)、逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)等部分組成，并網(wǎng)逆變器在實(shí)際運(yùn)用中可以將三項(xiàng)交流電接到升壓變壓器上，將所轉(zhuǎn)化的電能與電網(wǎng)結(jié)合，再加上其他各個(gè)子系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，最后進(jìn)入供電網(wǎng)絡(luò)。這對(duì)加強(qiáng)我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電微電網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用存在很大的意義。

3.2相關(guān)設(shè)備的選型

在通常情況下，單臺(tái)逆變器的容量越大，每臺(tái)逆變器的造價(jià)就會(huì)越低，所以有時(shí)為了節(jié)約成本，能適當(dāng)?shù)卦龃竽孀兤鞯娜萘?，但?dāng)其容量過(guò)大時(shí)，運(yùn)行中如果出現(xiàn)故障就會(huì)給整個(gè)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)帶來(lái)很大的影響，因此，在節(jié)約成本的同時(shí)還要結(jié)合實(shí)際情況來(lái)對(duì)逆變器的型號(hào)進(jìn)行選擇，要適應(yīng)該系統(tǒng)，同時(shí)也要能保護(hù)該系統(tǒng)，只有這樣才能保證太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，促進(jìn)整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的順暢運(yùn)用。每個(gè)逆變器都需要連接到多個(gè)串光伏電池組件，還要配合直流配電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來(lái)使用，直流監(jiān)測(cè)配電箱內(nèi)部有組電流監(jiān)測(cè)單元，這不僅能夠起到對(duì)各組串電流的檢測(cè)作用，還將整個(gè)電流監(jiān)測(cè)信息傳送到逆變器控制器中，當(dāng)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)發(fā)生負(fù)載過(guò)重等現(xiàn)象時(shí)，連接的逆變器能自動(dòng)脫離，這對(duì)保障整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行有重要意義。

3.3微電網(wǎng)運(yùn)行控制

微電網(wǎng)能夠有效地實(shí)現(xiàn)微源的大規(guī)模并網(wǎng)，與此同時(shí)，還能夠?yàn)閺V大用戶提供不間斷的電源服務(wù)等。微電網(wǎng)中的微源主要包括光伏電池、燃料電池、風(fēng)力發(fā)電池、蓄電池和高速飛輪等，一般情況下，都需要通過(guò)電力裝置將其和常規(guī)性質(zhì)的配電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行。對(duì)于像風(fēng)、光等微源，其輸出功率的大小會(huì)因?yàn)樘鞖獾淖兓艿接绊懀瑢?dǎo)致發(fā)電出現(xiàn)間歇性等問(wèn)題，對(duì)于這種情況，微源一般只能是限制功率的輸出恒定功率或者是按照最大功率輸出，會(huì)采用PQ進(jìn)行控制，而對(duì)于蓄電池或者燃料電池等微源，控制起來(lái)相對(duì)比較容易一些，可以選擇用PQ進(jìn)行控制，還可以采用基于下垂控制的V/f控制。對(duì)光伏功率的平滑控制，不使用傳統(tǒng)控制模式切換技術(shù)，簡(jiǎn)化控制方法;對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)母線電壓進(jìn)行控制，確保電壓穩(wěn)定。

微電網(wǎng)內(nèi)部由于總體容量較小，因此，負(fù)荷阻抗的感性還是容性就對(duì)功率因數(shù)影響較大。為此，在微電網(wǎng)內(nèi)部，必須根據(jù)負(fù)荷的阻抗性質(zhì)配置相應(yīng)的補(bǔ)償系統(tǒng)。另外，多電源的并網(wǎng)可能會(huì)造成網(wǎng)內(nèi)的諧波分量較大，紋波系數(shù)較高，因此，要有消除高次諧波的裝置。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，太陽(yáng)能光伏發(fā)電微電網(wǎng)技術(shù)作為一種新型的能源使用技術(shù)，其科學(xué)性和可行性都得到了證明，通過(guò)對(duì)發(fā)電原理和各種設(shè)備的全面掌握，再在原來(lái)的基礎(chǔ)上對(duì)發(fā)電技術(shù)進(jìn)行更為有效的探索，對(duì)加快綠色能源的普及使用起到極大的促進(jìn)作用，社會(huì)文明的程度越來(lái)越高，且在市場(chǎng)的需求和研究者的努力下，更好的發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的美好建設(shè)奉獻(xiàn)力量。

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