摘要：光伏产业最近几年得到了快速发展，新型材料不断被研究出来，光伏电池的生产成本不断下降，效率也得到了较为明显的提高。与此同时，电力器件朝着高频化高速发展，也更加注重器件性能与价格之间的关系，努力提高器件的性价比成为行业竞争的重要标志，因此光伏并网控制得到了重视，并成为当前研究和推广的重要技术之一。光伏产业正向并网运行方式转变，并网发电逐渐成为太阳能光伏发电的又一种新趋势。
关键词：太阳能；光伏；并网发电
前言
随着世界范围内化石燃料储量逐渐枯竭，人们对环境污染的重视以及常规电网存在的局限性，使得人们对自然界的无公害新能源—太阳能发电开展广泛的研究，应用以太阳能为代表的可再生能源是保护人类生态环境的有效措施，也是能源开发利用的一个新趋势。
1 光伏并网发电的广泛前景
太阳能是理想的可持续发展绿色能源，也是21世纪最重要的能源之一。随着全球范围内一次能源的逐渐枯竭以及经济社会发展对能源的需求，太阳能光伏并网发电商业化已是不可避免。因此，太阳能光伏并网发电已是全球新能源领域的研究热点。
太阳能发电只有进入电力系统规模应用，才能真正对于缓解能源紧张和抑制环境污染起到积极作用，因此，光伏并网发电的迅猛发展是必然的。据EPIA统计数据，21世纪末期，太阳能光伏并网发电容量开始出现逐年扩大趋向[1]。
2 太阳能光伏并网发电概述
太阳能、风能等可再生能源的大规模应用将是21世纪人类社会发展的重要标志。要实现这一目标，必须尽快使可再生能源成为不可缺少的重要补充能源，也就是使可再生能源由无电地区的独立供电模式向有电地区的常规并网发电方向发展，这将大大提高可再生能源的利用率，改善社会、经济持续发展的环境。
近年来，随着光伏发电系统的性价比提高，其应用范围越来越广，并开始从特殊场合应用向商业化应用发展。进入20世纪90年代，太阳能光伏发电技术和其它可再生能源技术一样，成为全球减少温室效应重要技术手段，不少发达国家开始实施基于并网的太阳能光伏发电屋顶计划，这是一种全新的将太阳能技术与建筑设计相结合的光伏并网发电系统。我国在光伏并网发电技术方面的研发起步较晚，近几年来，光伏并网发电技术得到了业内人士的广泛关注。
我国的太阳能光伏发电与欧洲等国家以“分散开发、低电压就地接入”的发展方式不同，呈现出“大规模集中开发、中高压接入”与“分散开发、低电压就地接入”并举的发展趋势。
为应对光伏发电在电网电源中的比例快速提高，必须考虑其对电网电压频率控制的影响，对光伏电站进行科学合理的调度运行控制。
华辰电控在发展常规能源的同时，极其关注和支持再生能源的发展，为了进一步推动我国太阳能光伏并网技术的发展，开展“太阳能利用技术在电力生产中的应用可行性研究”项目的研究与开发工作势在必行。
3 并网型光伏发电系统的组成和优点
并网光伏发电系统主要由太阳能电池板、并网逆变器及配电系统组成。并网光伏发电系统是与电网相连并向电网输送电力的光伏发电系统，可以分为带蓄电池和不带蓄电池并网发电系统。并网逆变器附带有最大功率点跟踪技术，在发电量相同的情况下，并网系统的成本比离网系统低20%以上。因此，在未来的光伏发电应用产业中，并网光伏发电的应用方式将占据主导地位[2]。
光伏发电可以作为常规能源的补充，在解决特殊应用领域，如通信、信号电源，和边远无电地区民用生活用电需求方面，从环境保护及能源战略上都具有重大的意义。光伏发电的优点主要体现在清洁、安全、广泛、长寿命、免维护、资源充足及经济等几个方面。
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4 太阳能光伏发电并网控制
4.1并网控制方法
太阳能光伏发电发出的是直流电，需要经过一系列转化才能并网，例如逆变、控制、检测和保护等。一般情况下，逆变器要和控制器结合起来共同控制电能的并网。当然，光伏并网需要多项技术，发展并网逆变控制器，对光伏发电技术起着非常重要的作用。
（１）在光伏发电并网系统的运行中，逆变器处理过的电能要输出为正弦电流，对电网没有冲击，且必须满足电网规定的相关指标，如高次谐波必须控制到最低，以减少对电网的冲击；不能有直流分量，当然也不能对电网造成谐波干扰等。
（２）当太阳能光照强度发生变化时，也要求逆变器能根据光照和负载的变化高效运行。
（３）太阳能电池输出功率与很多因素相关，如光照、温度、负载的变化等，这就要求逆变器要有最大功率跟踪功能，从而使其能进行自我调节，来实现最佳运行。
4.2最大功率点跟踪技术（MPPT）
最大功率点跟踪技术是通过调整光伏阵列端电压，使光伏阵列在不同的光照和温度下实现最大功率输出，下文主要介绍恒电压跟踪方法，扰动观测法。
恒电压跟踪方法。虽然光伏阵列的最大功率点功率随着光照强度的增强而增大，但最大功率点电压变化不大。因此，只要通过光伏组件制造商提供的光伏组件的特性数据就可以得到近似最大功率点电压U，只要将光伏组件的输出电压固定在U上，就可以使光伏组件以近似最大功率输出。如此就将最大功率点跟踪控制简化成了稳压控制，光伏组件的工作点较为稳定，实现方法简单，系统稳定可靠[3]。
当温度升高时，光伏组件的最大功率点电压会下降，并且下降幅度比较大。如果依然采用固定电压法控制，光伏组件的输出功率损失就会较大，光伏发电效率就会相应的下降。所以，上述方法忽略了环境温度对光伏组件工作特性的影响。但是我们可以在冬夏、早晚等环境温度变化较大的时候调节Um即可。
（1）手工调整Um。根据季节、早晚等实际情况，人工手动调整Um，但需要人工维护，费时费力，所以此方法较少采用。
（2）根据光伏组件生产商提供的特性数据，将组件在不同温度下的Um存储在控制系统中，同时为系统装备温度传感器，将传感器检测到的温度数据也输入到系统，系统自动根据环境温度来调节Um。
（3）利用光伏组件最大功率点电压与开路电压之间近似的比例关系，来自动调节Um。固定电压法使得光伏组件输出电压固定在一个特定值，因此不易出现震荡，系统稳定性较强，而且此方法原理简单，在控制上面也比较容易实现。但此方法受外界环境影响较大，当环境变化时控制精度较低，因此该方法主要适合在外部环境变化不大的场合使用。
扰动观测法。扰动观测法是一种通过主动改变光伏组件工作点、根据改变前后输出功率的变化来确定最大功率跟踪方向的一种方法。其工作原理是：给光伏组件的工作点施加一定的扰动，然后来判断光伏组件输出功率的变化，当输出功率增大时，保持扰动方向不变继续扰动；当输出功率减小，则反方向扰动。扰动观测法跟踪算法简单，容易实现，但光伏组件会在最大功率点附近震荡，因此会造成部分功率损失。而且当外部环境发生急剧变化时，系统会产生误判，虽然最终能够自我修正，但会对系统的稳定性产生一定的影响。
总结
光伏发电系统将发出的电能与电网连接，而电网电压与接入的电流存在相位差，控制的直接目的就是使并网的电流与电压相位差为零，这也是控制的主要目的。最大功率点跟踪技术在光伏并网发电系统中起着举足轻重的作用，大大提高了电能并网的效率。希望通过本文对太阳能光伏发电并网控制的研究，能促进太阳能光伏并网发电技术发展，提高能源利用率，从而为更好地推广太阳能技术打下基础。
参考文献
[1]朱宽胜.太阳能光伏发电并网控制研究[J].机电信息，2015，(33):12-13+15.
[2]熊巍.太阳能光伏发电并网系统稳定性研究[J].长江工程职业技术学院学报，2013，(03):16-18.
[3]杨志成.太阳能光伏并网发电系统控制研究[D].长沙理工大学，2011.
论文作者:李君
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/4
标签：光伏论文; 并网发电论文; 太阳能论文; 系统论文; 组件论文; 电压论文; 电网论文; 《电力设备》2017年第14期论文;