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摘要：在严峻的能源压力下，光伏并网发电发展迅速，本文主要集中研究光伏并网发电系统，建模，逆变器故障及保护方案等方面，以期在实际建设中体现其实用价值。
关键词：计算机；自动化技术；光伏并网
引言
传统能源的逐渐枯竭已成为全世界的共识，发展绿色的可再生能源势在必行。随着不断的尝试与开发，利用太阳能来进行光伏发电显现出了诸多优势。不但能解决资源短缺的问题，同时又环保无污染，有效的改善了能源结构，提高了工作效率，对当代社会发展具有非常重大的现实意义。
一、光伏发电的现状
以中国为例，2016年在发电的能源消耗方面，化石能源的消耗仍然占了很大比重，其中煤炭的消耗占到70.1%，石油占到17.8%，远高于世界平均水平，能源结构有很大的调整空间，具体对比如下图1中国和世界能源消费结构对比图。
图1中国和世界能源消费结构对比图
为了响应环保目标，实现低碳发展，积极开发其他可再生能源是十分有必要的。在这里太阳能发电就显示出了非常大的优势。根据EPIA（欧洲光伏工业协会）的预测，新世纪能源供应的主体将会是太阳能，具体能源结构如图2（世界能源结构预测）所示，
图2（世界能源结构预测）
在全球，各地政府为了更好的发展光伏发电，出台了很多政策来进行支持。在国外，过去的二十年是光伏发电高速发展的时期。截止到2016年初的统计调查发现，光伏电站安装量已达30GW，其中欧洲的发达国家的安装量达到了20GW，占世界总发电量的67%左右。通过比较发现，光伏并网发电变的越来越重要，在能源供应中所占的比例也越来越大，已成为太阳能使用的主要方向。由此可见，其在将来能源利用中的地位将会愈发的重要。自1997年美总统克林顿颁布了“百万屋顶计划”（太阳能），已于2010年圆满实现。而日本在1974年的时候就提出了阳光计划，以期用太阳能来替代化石能源，到了1993年又再一次将该计划更新为“新阳光计划”，来进一步扶持其发展。德国政府发展较晚，于两千年才发布了“可再生能源法”，但是由于政府的高度重视，又推出了上网电价政策，使得其后来者居上，成为世界光伏并网发电的NO.1。其他国家如韩国，葡萄牙，多西利亚等国纷纷建立了10MW以上的大型光伏并网电站，有效的推广了光伏并网技术，使其成为电力产业的中流砥柱。
相对于国外的迅猛发展，我国起步较晚，在九五和十五期间，和发达国家合作（德国，日本，加拿大），主要在偏远地区来扶持建设光伏发电站。主要工程项目有“光明工程”，“送电下乡”，丝绸之路照明计划以及内蒙古新能源通电计划等。迄今为止，我国的主要光伏发电工程有深圳国际园林花卉博览园1MW的光伏并网发电站，西藏羊八井的100KV光伏示范电站，首都博物馆300KV屋顶光伏并网系统，锦江国际酒店太阳能幕墙发电。从以上数据可知，虽然我国对于光伏并网电站逐渐开始重视，但是仍然远远落后与世界先进水平，但是相较于2009年的装机容量，到2016年已经增长了300MW，新增量位于世界第五，还是取得了不小的成绩。总而言之，对于未来太阳能的使用来说，光伏并网占据着主流地位，将成为可广泛推广使用的绿色能源。
二、光伏并网系统的技术
就目前而言，不管是国外发达国家还是在国内，光伏并网系统的技术都是主要研究方向。一般多分为两个方面：1.光伏阵列的最大功率跟踪；2.注入高质量的正弦电流。光伏阵列的核心为并网逆变器，该逆变器具有继电保护功能，需要配备孤岛检测来保证其正常工作与并网状态。为更好的了解其工作，本文将其分为了两个部分进行阐述：
2.1如何跟踪光伏阵列
光伏阵列的输出功率会随光照，环境温度的变化而变化，所以会存在一定的不稳定性。为了尽最大可能来提高光能的输出功率，所以要采取有效的方法来跟踪光伏阵列的最大功率，使其能长时间维持下去。目前已取得成效的有电导增量法，滞环比较法，恒电压法，扰动观察法，模糊控制，神经网络，最优梯度法……这些方法都有效的提高了发电效率，然而在实际使用中仍出现了不少问题，所以下一步还要继续深入研究更高效便捷的方式。
2.2如何控制光伏并网
目前的控制策略主要有滞环，重复，双环，无差拍以及智能控制这几种控制手段。滞环通过比较器来检测所输入的指令信号与实际工作中的差别。该方式可实时控制，且可滤除不含有特定频率的谐波，然而频率不固定导致系统参数存在一定误差。重复控制包含内膜和补偿器，以消除由于规律性干扰而引发的稳态性误差。无差拍控制是用来推算下一个周期的开关控制量，在一个周期内将被控对象的偏差进行修正，从而达到跟踪输入量的目的。双环控制主要是针对并网电流，通过电压和电流两个环来实现，有效的抑制了电流扰动。模糊和神经网络都属于系统鲁棒性高的智能控制，适应于线性负载情况。
三、计算机自动化技术的应用
计算机技术自动化技术可有效的分析工作过程中的并网情况，进行建模分析，应用电压型三相桥式逆变器（正弦脉宽调制）和滤波器（具有LCL）作为电网接口，结合电流控制技术来实现光伏并网。
3.1光伏并电建模
光伏并电主要有基于物理机制和外特征而建立的两种仿真模型。由于串并联电池的数目众多，导致容量大，用物理机制模型虽然仿真度高，但是建立过程过于复杂。所以现在多采用外特征等效仿真模型，通过输入光伏并网的实际参数，来计算最大功率点电流，电压，来得到其精度较高的数学模型。经过建模，发现不同的环境温度和光照，都会使输出状态发生改变。经实验证明输出功率会随光照强度的增大而变大，随光照强度的减小而减小，基本成正比例关系。而对于环境温度来说，却与之相反，呈现负温度特性。
3.2扰动观察法的改进
光伏并网电站的输出并不是呈线性关系，上文已提到会受环境温度和光照强度等其他因素的影响，除此之外还受到负载容量及特性的影响。当这些因素发生改变时，输出功率变的不稳定，从而降低了光伏发电效率。所以为提高其工作效率，使得光伏并网发电在任何环境条件下都能稳定输出，可以从两个方面采取措施：1.开发新型材料，这种材料要在价格低，能批量生产的同时，提高光电的转换效率。2.通过逆变器控制，始终保持最大输出功率。合理的逆变器技术可以在一年四季，无论刮风下雨，都能有效的改进光变转换效率，尽最大可能节约成本。
3.3并网滤波器设置
滤波器可有效避免电磁干扰，防止对敏感设备造成损害，这种电磁干扰主要是由于逆变器开关频率引发的高频谐波电流。常用的主要有三种：1.L型滤波器，该种型号结构简单，因此对于抑制谐波方面的不太理想，通常需要较大的电感量才能达到一定的效果。2.LC型，应用于光伏并网逆变器中，在逆变器独立工作时，因为截止频率比开关频率小，所以在抑制高次谐波上很有成效，然而当逆变器在并网模式下工作，其作用效果与L型相似，可以忽略不计。3.LCL型，为了改进L和LC型滤波器只能应用于小容量独立运行的光伏系统，现在在大容量光伏并网系统中多使用LCL型滤波器，可有效降低L和LC因电感值高，体积大而造成的成本高等问题。现已发展成为一种标准，通过挑选适合的阻尼电阻避免谐振问题。
四、结论
光伏并网发电在中国由于初起步，有着很大的发展潜力，目前我国也只是在一些偏远地区进行了试点，大部分城市所使用的仍是传统发电，相信在不久的将来，一定能普及开来，使用电生活更加的便利与环保。
参考文献：
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[3]赵争鸣，刘建政，孙晓瑛，等．太阳能光伏发电及其应用[M]．北京：科学出版社，2014-10-20.
论文作者:王凡
论文发表刊物:《北方建筑》2016年11月第33期
论文发表时间:2017/1/12
标签：光伏论文; 并网发电论文; 逆变器论文; 能源论文; 太阳能论文; 滤波器论文; 电流论文; 《北方建筑》2016年11月第33期论文;