摘要：太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源，太阳能光伏发电具有广阔的前景。论文通过对最大功率点跟踪、储能及充放电的控制，以及并网控制等对太阳能光伏发电系统的发展有重要影响的控制技术进行研究，掌握太阳能光伏发电技术发展的现状及其未来发展的方向。
关键词：太阳能；光伏发电系统；控制技术
1 引言
光伏发电是应用最广泛的新能源发电之一。光伏发电系统是依据光电效应原理，光伏发电系统中光伏组件将太阳能转化为电能并通过逆变器进行整流逆变，然后接入负荷或电网。在光伏发电系统中，太阳能电池阵列是整个系统能源的来源，控制器是整个系统的核心部件之一，蓄电池用于存储电能并在无光照情况下向负载供电，逆变器用于将直流电变换为交流电。光伏电池板的输出是非线性的，在某些情况下表现出恒压源特性，某些情况下表现出恒流源特性。例如，当光伏电池输出电压较小时，输出电流的变化跟随电压的变化幅度很小，光伏电池可看似为恒流源；当光伏电池输出电压超过一定的临界值时，光伏电池输出电流急剧下降，光伏电池可看似为恒压源。所以，光伏电池的特性受到日照强度和电池温度的影响，且在一定的电池温度和日照强度下有唯一的最大输出功率点。
2 光伏发电系统基本构成
光伏组件一般分为晶硅电池组件和薄膜电池组件两种，安设在建筑体屋顶上，其能有效接收太阳能辐射，并将太阳能转化为电能。而分布式并网光伏发电系统的主要构成有电能电池、汇流箱、系统保护设备、配电装置、监控系统等。对其整体分析后，发现光伏组件采用并联与串联的方式，将光伏组件产生的直流电汇流后，经光伏逆变器转变为交流电，在交流配电设备的协助下，把电能顺利的输送给用户或对电网传导。
3 太阳能光伏发电技术及其应用
3.1 太阳能光伏发电系统的最大功率点跟踪
由于太阳能电池会受到环境温度、日照强度等因素的影响，其输出功率会出现较大的波动。太阳能电池的输出功率会因环境温度、日照强度的变化而变化，因而其输出功率需要根据所能产生的电能进行自动调节，确保其与负载相配合，从而达到最大的功率转换效率，以提高光伏方阵利用率。光伏方阵最大功率点跟踪（MPPT）是最主要的控制方法，此外还有爬山法、增量电导法、恒压跟踪法、自适应算法、爬山改进法等，下面主要针对MPPT进行分析。由于光伏阵列在负载、环境变化下，输出电压与电流呈现出非线性，在特定工作环境下存在唯一的最大功率输出点，光伏阵列能不能在最大功率点工作取决于其负载大小。由于外界的温度变化，以及光照强度无法采用人为的方法进行控制，且这两个影响因素在一天之中会不断的变化。为了确保光伏阵列的输出特性也能随着外部环境的改变而做出相应的变化，能够始终在最大功率点工作，就必须适时改变光伏阵列所接的负载。为此，可以通过在光伏阵列与负载之间串联最大功率点跟踪电路来达到目的。较为常用的最大功率点跟踪电路是一个DC/DC变换器，DC/DC变换器占空比与其所带负载的函数就是光伏阵列所带的等效负载，对占空比进行调节就能够实现改变光伏阵列所带负载的目的，以达到最大功率点跟踪，充分利用光伏阵列产生的电能的效果。
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3.2 太阳能发电功率预测方法
（1）直接预测法。直接预测法是根据数学统计预测理论对光伏电站的输出功率进行直接预测，通过对历史数据的分析，找出光电输出功率和气象数据之间的关系，然后根据预测时段的天气信息根据预测模型进行光伏发电功率预测。由于直接功率预测法避免了较为复杂的机理运算，简化的建模的过程，在光伏发电短期功率预测中预测精度较高，但是由于光伏电站输出功率影响因素众多，在一些工况特殊或者长时间尺度的预测场景下预测误差会比较大。目前，常用的直接功率预测方法有神经网络法、支持向量机法和马尔科夫链法等。（2）间接预测法。间接预测法是借助数值天气预报、气象卫星等信息对光照幅度进行预测，然后在基于光伏发电系统的模型建立方程进行求解。首先需要得到当前区域内水平面上的太阳辐射值，然后根据光伏接收面的角度信息，将水平面太阳辐射量的值转换成斜面上太阳辐射量的值，最后根据发电系统的物理模型计算出光伏电站的输出功率。
3.3 并网控制技术
从宏观的角度分析分布式光伏发电系统特征有能源来源渠道广泛、电流器并网数量繁多，其能提升系统的发电效率，检测输电线路长度，但同时其运行期间安全性受到一定威胁，为保证该发电系统在发电期间能安稳供电，此时对并网推行一定控制措施是必须进行的事宜，当下我国针对并网控制技术的研究主要包括如下几方面内容：（1）分布式并网发电系统在独立运转状态下10格力面积电压与频率能实现对其协调性、有效性控制。（2）能源的多样化来源渠道及并网逆变器的分布模式，促使发电系统并网运转期间能强化电网的协调性与规范性。（3）检测无盲区孤岛。该目标的实现需以发电系统有关特征为凭据，进而实现对网内电气性能指标的深度性研究。
3.4 网络拓扑技术
在分布式光伏系统中，网络拓扑结构和以往的集中式发电系统相比存在本质性差异。对网络拓扑结构进行深入分析，重点是要考虑本地太阳能的分布规律与负荷能力，进而对其实用性、随机性等指标进行精确性评估。
4 结束语
随着国家发展步伐的加快，环境污染以及化石能源的紧缺现象越来越严重，新能源在国家未来发展规划中的重要性逐渐显现。光伏发电技术的发展也越来越重要，因此，如何利用现有的技术和资源，更多地将光伏发电并网并消纳，也是国家未来研究的一个重要方向，我们需要积极探讨这个话题，争取太阳能在未来的经济发展中发挥更大的作用。
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论文作者:柴竑翔
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/6
标签：光伏论文; 太阳能论文; 系统论文; 阵列论文; 负载论文; 电池论文; 电能论文; 《电力设备》2019年第15期论文;