分布式光伏发电运行控制技术探讨

分布式光伏发电运行控制技术探讨

刘欣

国家电投集团安徽电力有限公司

摘要：随着全球能源危机和环保问题日益严重，分布式光伏发电作为一种清洁、可再生的能源解决方案，正受到越来越多的关注。本文对分布式光伏发电的运行控制技术进行了探讨，主要涉及光伏发电系统的拓扑结构、最大功率点跟踪（MPPT）技术、电网接入控制技术以及并网控制等方面。

关键词：分布式光伏发电；发电技术；光伏发电系统；分布式控制

分布式光伏发电是一种将太阳能电池板安装在建筑物屋顶或其他适当位置，将太阳能直接转换为电能的发电方式。相较于传统集中式光伏发电系统，分布式光伏发电具有占地面积小、能源利用效率高、环境友好等优点，正逐渐成为全球可再生能源领域的重要组成部分。因此，对分布式光伏发电运行控制技术进行深入研究具有重要意义。

1分布式光伏发电系统概述

1.1系统主要组件介绍

分布式光伏发电系统的各个组件相互协作，共同实现了太阳能的有效利用。在实际应用中，需要根据具体需求和场景进行合理的系统设计和组件选型，以实现最佳的发电效果和经济效益。其系统主要构成组件有：

（1）太阳能电池组件。太阳能电池组件是光伏发电系统的核心部分，其主要功能是将太阳能直接转化为电能。通常由多个太阳能电池片组成，这些电池片通过串联或并联的方式连接在一起，形成一个整体。太阳能电池组件具有较高的光电转换效率，能够有效利用阳光产生电能。在分布式光伏发电系统中，太阳能电池组件通常安装在屋顶、阳台或其他适宜的位置，以获取最佳的日照效果。

（2）光伏并网逆变器。光伏并网逆变器是光伏发电系统中的关键设备，其主要功能是将太阳能电池组件产生的直流电能转换为交流电能，以便接入电网或供本地使用。光伏并网逆变器根据功率需求和应用场景有多种类型，包括微型逆变器、串式逆变器和集中式逆变器。逆变器的性能和效率对光伏发电系统的整体运行效果至关重要。在设计和选择逆变器时，需要考虑其功率、效率、可靠性和安全性等方面的因素。

（3）蓄电池。蓄电池在分布式光伏发电系统中起着储能和调节作用的关键组件。当光伏发电系统产生的电能超过负载需求时，多余的电能可以储存在蓄电池中，以备后续使用。同时，在日照不足或夜间等光伏发电能力较低的时段，蓄电池可以释放储存的电能，确保系统的稳定运行。蓄电池的种类繁多，包括铅酸电池、锂离子电池等。在选择蓄电池时，需要综合考虑其容量、充放电效率、循环寿命和成本等因素。

（4）充电控制器。充电控制器在分布式光伏发电系统中起到保护蓄电池和控制充电过程的作用。充电控制器的主要功能是防止蓄电池过充或过放，延长蓄电池的使用寿命。充电控制器根据充电模式和控制方式可分为多种类型，如恒流充电控制器、恒压充电控制器和智能充电控制器等。在选择充电控制器时，需要根据蓄电池类型和应用场景进行匹配，以确保最佳的充电效果。

（5）监测系统。监测系统在分布式光伏发电系统中起到实时监控和故障诊断的作用。通过对光伏发电系统的各个部分进行数据采集和分析，监测系统可以实时了解系统的运行状态和性能指标，从而确保系统的稳定高效运行。

1.2拓扑结构

分布式光伏发电系统采用拓扑结构将多个太阳能光伏组件连接起来，形成一种具有一定规模和容量的光伏发电系统。这种系统可以广泛应用于城市、农村、山区等不同场景，为当地提供绿色、可持续的电力。分布式光伏发电系统拓扑结构通常包括直流母线连接、交流母线连接和混合母线连接三种形式。其中，直流母线连接是指将多个光伏组件通过直流电缆直接连接至直流母线，然后经过逆变器将直流电转换为交流电。交流母线连接则是将多个光伏组件直接接入交流电网，并通过并网逆变器将直流电转换为交流电。混合母线连接则是将直流母线和交流母线相结合，既可利用直流电又可以利用交流电。分布式光伏发电系统的拓扑结构可以根据实际需求进行灵活组合，实现不同场景下的供电需求。

2分布式光伏发电运行控制技术

分布式光伏发电系统在实际运行过程中，需要通过一系列运行控制技术来确保系统的稳定、高效运行。其中最核心的三个技术分别是最大功率点跟踪、电网接入控制和并网控制。

2.1最大功率点跟踪技术

最大功率点跟踪技术（MPPT）是一种实时监测光伏发电系统输出功率并优化其工作状态的方法。在光照强度和温度变化时，光伏电池板的输出功率会随着电压和电流的变化而变化[1]。MPPT技术可以分为三种类型：扰动观察法、电导增量法和神经网络法。扰动观察法是最常用的MPPT方法之一，通过不断调整光伏电池板的电压和电流来寻找最大功率点。电导增量法通过计算光伏电池板的电导增量来确定最大功率点。神经网络法则是通过训练神经网络模型来预测最大功率点。这些算法在不同程度上都能实现对最大功率点的跟踪，但各有优缺点。因此，在选择最大功率点跟踪算法时，需要根据实际应用场景和性能要求进行权衡。

2.2电网接入控制技术

电网控制技术主要是指在分布式光伏发电系统中，对电网的电压和频率进行监测和控制的方法。电网控制技术可以确保分布式光伏发电系统与电网的稳定运行。（1）电压控制：电压控制技术通过调整光伏发电系统的输出电压，使电网电压保持在一个稳定的水平。常见的电压控制方法有：比例-积分-微分（PID）控制、模糊控制和神经网络控制等。（2）频率控制：频率控制技术通过调整光伏发电系统的输出功率，使电网频率保持在一个稳定的水平。常见的频率控制方法有：下垂控制、虚拟惯性控制和优化控制等。

2.3并网控制技术

并网控制是分布式光伏发电系统接入电网的关键环节。在并网运行过程中，光伏发电系统需要与电网保持同步，同时遵循电网的运行规定。并网控制的主要任务是确保光伏发电系统与电网之间的能量交换稳定、高效，同时保障电网的安全和稳定运行[2]。以下为主要并网控制：

（1）主动功率控制（APC）：主动功率控制技术通过调整光伏发电系统的输出功率，使其与电网的功率需求相匹配。APC控制器通过监测电网的电压、电流和频率等参数，实时调整光伏发电系统的输出功率，确保电网稳定运行。

（2）谐波抑制：谐波抑制技术通过过滤光伏发电系统中产生的谐波，减少对电网的影响。谐波滤波器通常采用有源电力滤波器（APF）或者无源电力滤波器（PPF）等设备来实现。

（3）瞬时功率平衡：瞬时功率平衡技术通过控制光伏发电系统与电网之间的能量交换，实现光伏发电系统与电网之间的稳定运行。瞬时功率平衡控制器通过监测电网的电压、电流和频率等参数，实时调整光伏发电系统的输出功率，以实现瞬时功率平衡[3]。

（4）保护功能：并网控制中还包括一系列保护措施，用于确保光伏发电系统在异常情况下的安全稳定运行。主要包括过电压保护、过电流保护、短路保护、反送电保护等。这些保护措施在系统出现异常时能够及时切断故障线路，防止事故扩大，确保电网和设备的安全。

3结论

综上所述，分布式光伏发电系统需要采用多种运行控制技术，包括最大功率点跟踪技术、电网控制技术和并网控制技术。这些技术可以确保分布式光伏发电系统与电网的稳定运行，提高光伏发电系统的效率，减少对电网的负面影响，从而实现绿色、可持续的能源供应。

参考文献：

[1]左亚飞.分布式光伏发电关键技术及研究方向展望——基于“双碳”目标下[J].智慧中国,2023(05):68-69.

[2]陈浩,杨向波.分布式光伏发电并网应用研究[J].光源与照明,2023(04):108-110.

[3]潘克刚.微电网中的分布式光伏发电技术分析[J].中国高新科技,2022(16):28-29.