摘 要：光伏电池板是微电网的重要组成部分之一。保持微电网内部的功率平衡是使微电网能够独立运行的基本条件之一。在带有光伏电池板的微电网中，为了在微电网独立运行的情况下保持微电网内部的功率平衡，有时需要光伏电池板工作于指定功率输出模式而不是一般应用中的最大功率输出模式。因此，相对于传统光伏电池板控制的最大功率输出控制方法不能完全适用于微电网独立运行模式下的光伏电池板控制。
关键词：微电网 功率平衡 逆变器
随着化石燃料在可预期的将来的耗尽，现在人们正在寻找其他可以代替化石燃料的能源。相对于其他能源形式，可再生能源是一种理想的替代能源。尤其是当环境保护问题成为与经济发展并行的问题时，对可再生能源的研究开发显得尤其重要。在过去，可再生能源多是单独使用。随着可再生能源发电的迅速发展和电网控制的日趋复杂，人们逐渐将原来分散的可再生能源连接起来形成微电网。负载、可再生能源、能量存储装置和控制系统都包含在微电网中。微电网通过连接器件与主电网相连。微电网同时也是一个小的电网，在其独立运行的模式下，功率平衡是保持其独立运行的基础。微电网中的控制系统必须实时计算微电网中的潮流，并为每一个微电源分配合理的发电量。光伏阵列也是一种可再生能源，同时也是一个微电网的重要组成部分。过去，大多数文献专注于光伏电池组的最大功率输出控制方法，最大功率输出控制使光伏电池组工作于最大功率输出状态。然而，当为了保持微电网内的功率平衡而使光伏电池组必须工作于指定功率输出状态时，最大功率输出控制方法就不适用了。
一、光伏电池组的等效电路及其特性
单个光伏电池的等效电路如下图所示:
图2. 光伏电池组的输出特性仿真结果
光伏电池组的输出功率和输出电压的关系示于下图：
图3. 仿真结果：输出功率和输出电压的关系
图3中显示了输出功率和输出电压之间的关系。图中，曲线的最高点就是最大功率输出点。最大功率输出点的左侧基本是线性关系，因此通过控制最大功率输出点左侧的输出电压可以控制输出功率。
二、光伏电池阵列的输出功率调节方式
根据光伏电池阵列的特性和上面的分析，可以通过调节输出电压的方式调节光伏电池阵列的输出功率。
三、实验验证
根据精确输出功率调节模型建立了一个实际的系统。为了易于系统实现，输出功率控制器中的部分算法和功能由32位DSP芯片TMS320F2810实现。光伏阵列使用了12块串联的型号为LNGF－180的光伏电池板，每块光伏电池板的额定输出功率为185W，总的输出功率为12×185W＝2220W。在实际微电网中，控制中心计算微电网内的总功率需求并为每一个微电源分配合理的发电量。在本样机系统中，由计算机向DSP芯片发送输出功率设定值信号，DSP芯片收到设定值信号后调节光伏电池板的工作电压，从而将光伏电池组的输出功率调整为设定值。实验结果验证了输出功率调节模型，证明此输出功率调节模型是可行的。
结论：为保持微电网独立运行时能运行在一个稳定状态，必须做到微电网内的功率平衡。在包含光伏电池组的微电网中，为保持功率平衡有时不得不牺牲部分光伏电池组的输出功率而使光伏电池组工作在指定功率输出状态，因此最大功率点跟踪算法并不能完全满足光伏电池组的控制要求。为解决这一问题，本文提出了两种控制光伏电池组功率输出的方法。对于两种输出功率控制方法均建立了仿真模型并进行了仿真，对于精确的功率输出控制算法还建立了实验平台并进行了实验验证。仿真结果和实验验证结果均验证了功率输出控制方法的可行性。
论文作者:李海勇
论文发表刊物:《教育学》2019年7月总第183期
论文发表时间:2019/7/17
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