夏巨龍

（湖南動力源電力勘測設(shè)計有限公司 湖南 長沙 410021）

前言

化石生物燃料在經(jīng)過人們的大量開發(fā)和使用后，總體儲量開始變得稀薄，面對這樣的經(jīng)濟發(fā)展背景，新型可再生清潔能源因自身獨特的市場優(yōu)勢和使用優(yōu)勢迅速取得了高度的關(guān)注。在此期間，太陽能能源則屬于其中的佼佼者。利用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)對太陽能進行高效轉(zhuǎn)化，并對其展開深入研究，能夠為能源領(lǐng)域創(chuàng)造出非?？捎^的經(jīng)濟效益。因此，本文主要以光伏發(fā)電系統(tǒng)為核心，針對光伏發(fā)電技術(shù)體系進行深入探討。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)功率預(yù)測及控制技術(shù)研究意義

當前階段的能源來源于途徑主要是化石能源，由于化石能源屬于不可再生型能源、同時總量一定，并且開采期間容易使環(huán)境受到污染等特點。正式因為化石能源本身具有的不可再生性，所以人類不可無限利用這一能源，據(jù)世界能源機構(gòu)總結(jié)可知，現(xiàn)有已探明煤、石油等總儲存量的前提下，輔以現(xiàn)行開采速度，世界范圍內(nèi)煤的儲存總量最終使用年限在230年左右，同時我國煤儲存總量的最終使用年限在81年左右；全球石油總量可使用年限在45年左右，在我國的儲存量可使用年限在18年左右；世界總體天然氣量可食用年限在61年左右，我國儲存量可使用年限在約30年左右。煤資源與石油、天然氣作出對比，其總體時間不短，在兩百年左右，但是經(jīng)濟全球化的高速發(fā)展，再加上第三次科技革命即將來臨，此時能源問題已經(jīng)迫在眉睫。。由于不可再生能源的開采活動會對周邊環(huán)境造成嚴重的污染，并且各種類型的工業(yè)生產(chǎn)機械或者交通工具的運行均會排放出大量廢氣，給人們的正常生活造成十分惡劣的影響。上述各種污染現(xiàn)象在如今依舊大量存在，全球氣溫和海平面的不斷上升也給人們的生活空間帶來了嚴重內(nèi)的威脅。針對這種發(fā)展現(xiàn)狀，需要堅持走可持續(xù)發(fā)展路線，解決能源消耗帶來的各方面問題[1]。

2 三相光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制策略

光伏并網(wǎng)控制屬于發(fā)電系統(tǒng)的重要組成結(jié)構(gòu)，首先需要對發(fā)電系統(tǒng)整體給偶偶早展開分析，將逆變器為研究核心，在abc1aβ1dq坐標系中建立起對應(yīng)標準，同時構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，將其作為電流控制目標分析依據(jù)，同時制定出矢量控制方法，其中基于電壓定向的雙環(huán)PI控制，技術(shù)相對成熟、控制方式簡易，但此間設(shè)備運行穩(wěn)定性存在一定問題，不能有效控制內(nèi)環(huán)交流量，同時其自身也很容易被電網(wǎng)干擾[2]。分析控制中的不足之處，需要選擇PR控制系統(tǒng)，因為PR能夠增加閉環(huán)極點，此時可以站在理論角度進行分析，諧振頻率處表現(xiàn)出的數(shù)值情況，同時此間的幅值增益會表現(xiàn)出無窮大的特點，因此能夠?qū)?nèi)環(huán)交流量加以有效控制，并且無靜差控制工作也會變得更加簡易，抗電網(wǎng)干擾水平由此增強。全面一提抗電網(wǎng)頻率偏移水平，需要選擇改進型控制器設(shè)備，實現(xiàn)PR控制，此間需要格外關(guān)注諧波補償工作。組織了發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)造歌劇，整理出仿真模型，主要包括MPPT模塊、SPWM模塊、鎖相環(huán)模塊、坐標變換模塊以及電流內(nèi)環(huán)模塊，借助最終仿真效果，針對驗證準PR控制展開分析，明確設(shè)備使用優(yōu)越性[3]。

內(nèi)環(huán)PR以及準PR，對二者控制操作展開研究：同領(lǐng)域研究者基于內(nèi)模原理展開分析，明確諧振控制器(PR)使用方式，需要將指令進行規(guī)劃控制，并將其植入逆變并網(wǎng)中，在此時實現(xiàn)對指令的有效控制。并網(wǎng)控制詳情如圖1內(nèi)容所示：

3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率跟蹤控制

3.1 大功率跟蹤的基本拓撲

在正式使用兩級式光伏并網(wǎng)逆變器后，此時的最大功率數(shù)據(jù)清晰，并且控制電路拓撲如圖2中的內(nèi)容中所示，第一級屬于直流Boost升壓變換器，可以實現(xiàn)對通過控制PWM信號的有效控制，并且此時的開關(guān)頻率也能夠得到保證，實現(xiàn)升壓效果明顯。此間還需要首先檢測PV光伏板運行狀態(tài)，保證實時的輸出電壓足夠穩(wěn)定，并且和輸出電流也需要控制在固定標準范圍內(nèi)，按照根據(jù)最大功率進行計算，明確最終控制方法的有效性，經(jīng)過控制算法計算后可以得知，實時到光伏電池的工作電壓參考值為Ue，在此之后然后對光伏電池進行記錄，并為的輸出電壓實時進行采樣，在控制后續(xù)將輸出電壓的過程中，與光伏電池的工作電壓參考值則會不斷減弱相減，將最終得到的電壓指令將會被傳送至輸入到PI控制器中，輸入三角載波信號也會發(fā)生變化，轉(zhuǎn)換成為一種新的為PWM控制信號后，完成上述操作步驟后，對Boost升壓變換器需要做到精準控制，保證實現(xiàn)輸入電壓始終處于的可閉環(huán)控制狀態(tài)，呈閉環(huán)運行模式；為保證了使Boost換流器工作穩(wěn)定性，保證輸出電壓U2固定性不會越限，同時還需要在參考值Uer，并適度加入了限幅標準環(huán)節(jié)，對參考值進行一定的改變，保證使直流母線電壓穩(wěn)定，確定其不會趕超超過其上、下最終限值[4]。此后的第二級操作同樣如此，為保證光伏并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定，的控制拓撲工作需要足夠清晰且準確，利用外環(huán)電壓控制環(huán)節(jié)可以進行直接操作，保證對直流母線的電壓處于合適的工作狀態(tài)下進行調(diào)節(jié)，此間還需要確認使得直流電壓能夠始終維持在達到固有穩(wěn)定循環(huán)內(nèi)狀態(tài)，在控制內(nèi)環(huán)電流期間，控制環(huán)節(jié)可以對逆變器進行調(diào)節(jié)，保證最終輸出功率因數(shù)穩(wěn)定性進行調(diào)節(jié)[5]。

并網(wǎng)逆變器設(shè)備具有特殊實用性，需調(diào)節(jié)自身要通過對自身的輸出電流，保證做出有效的矢量控制有效性，保證實現(xiàn)對輸出功率和設(shè)備無功功率的有效控制。具主要體控制操作內(nèi)容為如下：通過對電感的控制，保證設(shè)備兩端電壓穩(wěn)定性，的矢量控制，可以實現(xiàn)對輸出電流加以調(diào)節(jié)，保證矢量穩(wěn)定的幅相控制[6]。因為矢量方向以及控制器控制變量存在一定程度的差別，能夠?qū)⒐夥⒕W(wǎng)作出改良，并且此時的逆變器的實時控制，需要保證策略合理轉(zhuǎn)化的合理性，為電流閉環(huán)矢量控制提供保障作用，同時為策略以及功率閉環(huán)直接功率控制供給策略兩種不同選用類別[73]。在此期間，由于電流閉環(huán)自身的原因，控制矢量控制選用的控制策略需要格外關(guān)注，并且此時的對坐標系還會發(fā)生實時進行變換作用，將原本靜止狀態(tài)下的坐標系交流量代表的坐標進行變換，而后將其中的能量記性轉(zhuǎn)，使其最終換成為一種張與系統(tǒng)角頻率保持同轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)坐標系的直流量形式，利用比例積分調(diào)節(jié)器能夠?qū)崿F(xiàn)無差調(diào)節(jié)電流；因為同處一個坐標系下，此時的電流與電壓分量均會同步發(fā)生旋轉(zhuǎn)，所以實現(xiàn)有功功率和無功功率解耦控制方面的效果極佳；針對電網(wǎng)電壓進行控制，此間的電壓實時定向矢量控制(VOC)工作需要高度重視，并且以及虛擬磁鏈定向同樣會在此時發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生的矢量控制(VFOC)，并且這需要與同步旋轉(zhuǎn)坐標的系中d軸保持同步，但是二者提供的參考方向又存在一定差異性有數(shù)不同，所以會產(chǎn)生一定程度的差異性[87]。

3.2 最大功率跟蹤原理.

系統(tǒng)最高功率跟蹤主要是指光伏電池在將接收到電能進行轉(zhuǎn)換的過程中，始終保持自身的最大輸出功率，同時還需要以最高標準利用太陽能發(fā)電控制技術(shù)，借助對電路占空比控制作用的調(diào)節(jié)，進一步實現(xiàn)輸出功率方面的改變。因為光伏電池輸出的有功功率等于其兩端電壓和流經(jīng)電流的乘積，經(jīng)過對輸出功率的檢測可以得知光伏電池輸出的運行狀態(tài)，進而對控制信號進行脈寬調(diào)制，使光伏電池的電流發(fā)生變化，從而使光伏電池在工作過程中保持最大功率輸出。由于光伏電池的等效電路為非線性元件，因此其輸出特性比較復(fù)雜不便于理論分析，下面以簡單線性電路的最大功率輸出原理進行介紹，說明光伏電池在實現(xiàn)最大功率跟蹤時的阻抗匹配過程[98]。

3.3 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

足夠完整的并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括光伏陣列、直流配電柜、逆變裝置、儲能裝置、并網(wǎng)保護裝置、交流電網(wǎng)以及負荷等部分構(gòu)成。系統(tǒng)發(fā)電全部過程如下：首先由太陽光照射太陽能電池塊，此時光伏陣列會進行實時作用，同步產(chǎn)生光生伏打效應(yīng)輸出直流電，此后經(jīng)由并網(wǎng)逆變器進行作業(yè)，實現(xiàn)直流電至交流電形式之間的能量變化轉(zhuǎn)換，利用傳輸線將實時交流電完全輸送給系統(tǒng)的負載設(shè)備使用，期間的各項儲能裝置均可以光伏發(fā)電產(chǎn)能過剩的情況下吸收多余電能，還可以在光照不足或者發(fā)電量不能有效滿足負荷要求的情況下將自身存儲的能量予以釋放，因為并網(wǎng)逆變器本身系統(tǒng)中存在一定差別，配置的多個具備太陽能量優(yōu)化功能的量級控制部件配置不足，功率優(yōu)化控制部件、并網(wǎng)故障保護部件以及充放電控制等均能夠發(fā)揮出非常良好的作用[109]。

4 結(jié)語

綜上所述，本文主要針對光伏發(fā)電系統(tǒng)的實際跟蹤控制能力展開研究，同時針對并網(wǎng)逆變控制技術(shù)做出有效分析，保證光伏并網(wǎng)后續(xù)系統(tǒng)響應(yīng)狀況能夠得到準確的分析結(jié)論。通過對光伏發(fā)電站系統(tǒng)最終階段的設(shè)計方案內(nèi)容總結(jié)，可以指出系統(tǒng)采用兩級式并網(wǎng)逆變器MPPT單環(huán)控制結(jié)構(gòu)后，可以取得非常優(yōu)質(zhì)的使用效果。在此期間，選用兩級式并網(wǎng)逆變器單環(huán)控制結(jié)構(gòu)還可以進一步夠滿足系統(tǒng)正常運行狀態(tài)的需要，同時可靠性和穩(wěn)定性更高，此時最終結(jié)果能夠充分驗證系統(tǒng)設(shè)計控制方法具有高標準的可實施性，可以有效的防止功率振蕩情況或者誤判問題的出現(xiàn)。