太阳能光伏发电微电网技术探究

太阳能光伏发电微电网技术探究

吴淑 李兵

内蒙古智慧运维新能源有限公司，内蒙古自治区呼和浩特市010020

摘要：由于新能源的发展，各种新能源发电技术陆续在社会生产、生活中得到推广。微电网技术，是集光伏孤立、并网两大发电系统为一体的新型发电技术，在提高电网运行水平的同时，能够为电力企业带来更大的节能、经济效益。本文阐述了微电网技术系统的架构，从设备选型、运行控制等方面探讨光伏发电微电网技术设计要点，最后展望微电网技术未来的应用及发展。

关键词：太阳能光伏发电；微电网技术；发展

引言

太阳能光伏发电有两种不同的情形，一是并网发电，二是独立发电。按国家电网要求，电网中一般是接入光伏低压并网，即分布式电源。而微电网技术，目的在于解决分布式电源类型暴露的弊端。微电网技术应用中，能量是由电源来供应，电源、负荷二者的平衡则是由微电网技术负责调节。一旦电网陷入故障，短路器会立即断路，确保微电网能够在孤岛模式下继续运行。一旦电网全面崩溃，微电网技术又可以调节能量的供需。在减小电能损失的同时，确保人员、设备的安全。

1 光伏发电微电网技术系统的组成

1.1 太阳能电池组合方阵

众所周知，太阳能电池就是整个微电网技术的重要核心。以太阳能单体为例，它的工作电压、电流分别是0.5V、22mA。可见，要串联若干独立的太阳能单体，才能构建太阳能电池组合，其功率介于几瓦到几十瓦之间。电池组被认为是最小“电源”，对若干电池组进行串联，能够建立太阳能电池方阵。而多个方阵组合，即可达到使用必备的输出功率。

1.2 储能蓄电池

正常条件下，电源可以确保功率输出。一旦遭天气等外界因素的干扰，光伏发电微电网技术也会在某些领域受到限制。从这点分析，有必要安装专门的储能蓄电池。在日常工作中，提前对直流电进行转化，使其成为化学能，用于电能调节或是储存。一旦有需要，重新转换为电能后即可输出，以确保微电网技术的应用持久、稳定性。设计时，我们应当优先考虑容量较大的铅酸蓄电池。

1.3 充放电控制器

充放电控制器属于典型的蓄电池保护装置，其作用是保护蓄电池，防止过充放电折损电池的寿命。通过对蓄电池电压值、负荷值进行对比，可以判断蓄电池能否抵达充放电相应的临界点。一旦抵达，充放电控制器也会立即启动，终止充放电操作。伴随微电网技术的创新，蓄电池容量也在扩大。相应地，充放电控制器也配备了更精密、安全等级更高的开关装置，其监护水平在大幅提升。在智能电网领域，充放电控制器已基本做到智能控制，实现了自动化操作。

2微电网的控制技术

2.1基本的有功和无功功率控制

在微电网中，微电源基本上都是电力电子型。对于性质不一样的功率，微电网需分开进行调节。如无功功率，是由逆变器来控制；有功功率，则是利用逆变器、网络电压二者的相角进行控制。

2.2基于调差的电压调节

部分大型电网中，各电源存在的阻抗较大。为此，几乎很少有无功环流。由于电压整定值并不算大，一旦微电网中加入大规模的微电源，无法对电压做到就地控制，则可能造成无功振荡。电压控制，前提是微电网中不存在无功环流。

2.3快速负荷跟踪和储能

大规模电网中，一旦接入新的荷载，为促进能量平衡，对发电机本身的惯性有极大的依赖性。该情况下，系统频率也会略微下降，外界不易察觉。由于发电机自身没有很大的惯量，加之部分电源要一个较长的时间才能做到响应。所以，当微电网顺利地与主电网进行连接、单独运行时，微电网不得不利用其它储能设备，如蓄电池、飞轮来扩大系统的惯性，以保证电网的顺畅运行。

3 太阳能光伏发电微电网技术设计

3.1子系统设计

微电网中，各子系统单独运行，涵盖了并网系统、光伏模块这两个核心要件。利用升压变压器，我们可以将三相交流电顺自接入到并网逆变器中，使电能能够与电网完全地结合，搭配其他各个子系统，对接供电网。毫无疑问，子系统设计很大程度上也会影响微电网技术的应用。

3.2设备选型

就逆变器而言，容量大小与造价水平呈负相关。为控制成本，电力企业要想办法改用容量较大的逆变器。但容量过大，逆变器极易引起故障，使光伏发电系统无法继续工作。在不增加成本费用的情况下，电力企业也要酌情挑选容量大小匹配的逆变器。在兼容的同时，对电网系统提供保护，以确保光伏发电系统的长久运行。每个逆变器，都必须接入光伏电池组件中，同时联合直流配电系统才能正常地操作。监测配电箱中，现场人员也会增设额外的组电流监测单元。一是为了监测组串电流；二是向逆变器实时地反馈电流信息。如果系统处于超负载状态，逆变器此时会立即脱离，保证系统的安全性。

3.3 微电网运行控制

利用微电网，微源支持大规模并网，同时为用户提供持续的电源服务。在微电网中，光伏、燃料、风力发以及蓄电池等均是微源。通常，要借助电力装置才能使其与配电网保持并网运行。针对风、光这系列微源，在不同的天气，其输出功率也会受到影响，从而引起间歇性发电。对此，微源通常必须按最大功率或是限制功率进行输出，受控于PQ。针对蓄电池或是燃料电池，控制难度偏小，可考虑PQ或是V/f控制。有关光伏功率，一般不适合传统切换技术，需要对控制方法进行简化；调节母线电压，以保证电压的平稳性。

考虑到总容量不大，负荷阻抗自身的容性及其感性很大程度上也会改变微电网原始的功率因数。为此，有必要结合阻抗性质来给微电网配置一个专门的补偿系统。除上述外，多电源并网有时也会扩大微电网中的谐波分量，增加纹波系数。所以，还需加装另一个装置，用于对高次谐波进行消除。

4光伏发电微电网技术的应用

我国土地广袤，人口基数大，这就为微电网技术创造了有利的发展条件。在全球太阳能电池生产总额中，我国的占比＞50%。虽然出口量大，但受技术水平、资金的限制，光伏发电微电网技术至今仍停留在使用初期，仅限于照明、通信这几个领域，未能得到大规模地推广。不过，从当前分析，光伏发电微电网技术今后还是很有希望期待之前的不可再生能源，铸就绿色发电，在节能降耗的同时，带动新型产业的增长。

（1）通信与工业：较有代表性的有微波中继站、光缆通信，还有电视接收系统，以及我们熟悉的气象、地震台站。

（2）农村与边远地带：建立一座光伏电站，在道路两旁安装和投照太阳能路灯或是水泵，农村学校日常的太阳能用电。

（3）城市建设：市政路灯、太阳能电动汽车或是广场喷泉，随处可见的草坪灯，住宅小区周边兴建的暂时发电站。

（4）光伏发电建筑。借助一块太阳能板，将其与地面建筑进行连接，在建筑屋顶上装配太阳能发电板，满足用户平时的用电需求。根据如今的趋势，楼顶十分普遍。但由于投入成本大，无法大面积储存、推广难度大。我们相信，光伏一体化在未来还是会得到普及，以提供充足的热能、电能。

（5）应用前景：该技术有不少显著的优势，如对环境污染小，利用率高。在太阳能富足的地区，该技术能够很好地推动社会和经济的绿色发展。目前，该技术正在逐年扩大应用，成熟度越来越高。未来，它的运用潜力相当大。

结束语

作为全新、绿色的发电技术，太阳能光伏发电微电网技术的节能效益和可行性均得到了很好的验证。在了解发电原理及其设备情况后，对发电技术展开深层次地探索，有助于大规模地推广和使用绿色能源，提高能源利用率和文明程度。在市场需求、相关人员的齐心配合下，这项技术必将为社会生产、生活提供更大的便利，为创建更加美好、和谐的社会作出更大的贡献。

参考文献

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