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【摘 要】分布式光伏发电并网系统中的无功补偿、谐波抑制和集成有功发电等功能对于增加供电可靠性、改善电网末端地区的供电质量有重要的作用。本文提出了直接控制的方式，这种方法控制方式简单，无需进行解耦变换，克服了对配电网参数敏感的不足。采用直接控制的方法改善，对于白天高峰用电时的电压质量具有很大的作用。
【关键词】分布式；光伏发电；直接控制
1 引言
我国的太阳能资源非常丰富，经统计全国每年的太阳能电力平均是1700TWh，这是现在装机容量的很多倍，并且由太阳能发电环保且无污染，前景十分广阔。近年来，在我国许多城市种的能源供应与需求的矛盾逐步激烈，因此，大规模地推广和实施太阳能并网光伏发电在大中城市里将是大势所趋。
2光伏系统概述
光伏发电系统，也就是经功率的变换将太阳能电池输出的直流电供电给负载或者给并入电网输出功率。系统由蓄电池、变压器、功率变换器、太阳能电池组成，其中功率变换器、太阳能电池是最重要的，而蓄电池、变压器的需求则由应用场合是否需要来决定。
2.1光伏发电系统的分类
从电力系统关系方面可以将光伏发电系统分为并网与独立光伏发电系统。并网光伏发电系统与其他的发电系统一样相同，能够提供给电力系统无功电能和有功电能。光伏发电系统包括分布式和集中式这两种。分布式并网发电系统通常容量相对比较小，而集中式通常容量比较大，往往达到几百千瓦甚至兆瓦级，目前并网光伏发电系统的容量在几千瓦到几十千瓦时，大多使用分布式并网系统。独立光伏发电系统往往建立在离电网很远的偏远山区，由电能变换装置、配电设备、控制系统和光伏阵列储能装置等构成。
与独立光伏发电系统相比，分布式并网发电系统能够为太阳能光伏发电带来非常多的好处：（1）不用顾忌负载供电质量和供电的稳定性问题；（2）光伏电池能够一直在最大功率的地方工作，通过大电网可以吸收太阳能发出的所有电能，使太阳能的发电效率得到提升；（3）将电能直接输入电网，能够有效的利用光伏阵列所发出的电力。避免了使用蓄电池，同时使充放电过程中的能量损耗有所降低，减少了系统的投资；（4）这种系统还可以对公用电网起到调峰的作用。
现阶段光伏并网发电系统还有三大问题：（1）发电运行受气候环境因素影响大；（2）光伏阵列发电效率低；（3）系统的造价成本高。此外光伏供电系统是一种分散式的发电系统，它对传统的集中供电系统会造成不好的影响，如孤岛效应、谐波污染等。
按照光伏发电的并网方式还可分为以下三种。
（1）工频变压器方式：在经平波及逆变滤波后光伏输出经由工频变压器连接系统。使用工频隔离，减少了谐波、避免了直流偏磁。因为在电路中半导体器件比较少，因此能够适应相对恶劣的使用情况。同时开关频率较低，故产生的电磁干扰也很小。尽管滤波电感和主变压器体积大，但制造过程可是使用低成本的低频材料。
（2）高频连接方式：高频发生逆变之后，经变几器隔离，然后再通过整流逆变连接系统。这种电路中也存在隔离变压器，因为直流分量不可能进入主电网，直流偏磁不会发生，也更便于设计滤波器，但高频电磁干扰以及谐波水平低，所以要采取屏蔽和滤波等控制手段。
（3）无变压器方式：这种方式经由逆变器、滤波器和升压斩波器，与电力系统直接连接，成本低，却可能使直流分量进入系统。因此要重点考虑直流问题。
2.2 光伏并网发电系统的结构
并网光伏发电系统包括继电保护装置、并网变压器、逆变器、直流斩波电路以及控制器光伏电池等。
（1）光伏并网逆变器
太阳能光伏系统中采用的是一种把太阳电池发出的直流电能变成交流电能的逆变器。这种装置转换后，交流电的频率、电压与系统提供给负载的交流频率、电压相同。逆变器包括电流型、电压型等许多类型。逆变器切断直流电力，直流侧的电流稳定不变的称为电流型，直流侧的电压稳定不变称为电压型，在太阳能光伏系统中通常采用电压型逆变器。
（2）光伏电池阵列
作为光伏并网系统的主要部分光伏电池阵列，接收太阳光能并将其直接转换成电能，现阶段工程上为应用由特定数量的晶体硅太阳电池组件遵循一定的规则串、并联组成的太阳能电池阵列。
（3）现阶段的光伏并网发电系统，依照能量转换过程的数量可以分成单级结构与两级结构，也就是有没有DC/DC环节，进行如下讨论：
（1）单级结构
单级结构的并网逆变器由DC/AC环节来实现所有功能，取消了DC/DC环节，如图2-1所示。因为采用单级结构的并网光伏逆变系统仅有一个环节可以进行能量的变换，在进行控制时不但要考虑踪太阳能电池的最大功率点，而且要确保电网输出电流的正弦度和幅值，对它的控制通常很复杂。要实现单级结构，现阶段可以采用两种办法：一种是串并联充足的光伏阵列来提供直流侧电压；另一种是将工频变压器加如到电网和DC/AC环节之间。以上两种方法都存在一定的问题如：加入工频变压器会导致系统损耗、成本和体积都增加；如果受光不匀光伏阵列会表现出热斑现象，这会使系统的安全受到严重的威胁，进而导致光伏阵列与地之间的漏电流现象更加严重。随着数字信号处理技术以及现代电力电子技术的迅猛发展，系统拓扑结构也在快速发展，控制方面的困难正在逐步被解决，在我国单级结构的光伏逆变系统已经成为光伏发电区域的一项重要研究内容。
（2）两级结构
两级结构包括DC/AC和DC/DC部分组成。与单级结构相比，两级结构将直流升压功能和MPPT功能交给DC/DC部分来完成，同时将并网功能交给DC/AC部分来完成。光伏逆变器从单级结构演变成两级结构，尽管环节和元件都增加了，但是也会使电能转换级数有所增加，这样不仅有利于实现最大功率点跟踪控制，可以满足对直流电压宽的输入范围的要求，还有利于满足逆变器在电网中的要求。
3 直接控制方法
直接控制方法，是在光伏发电运行区域图上依照并网点电压的大小直接选择运行点，PWM控制过程中的移相角和幅值调制比就是所需要控制的变量。在选择运行点时，不能随意指定，一定要严格按照功率平衡的关系来指定。同时，与运行点所对应的视在功率要达到逆变器容量的要求。选取光伏发电运行点要按照一定的规律，可依照并网点电压的大小确定好对应的运行点，并且绘制成表格给出。这样在检测并网点电压以及光伏阵列的有功输出时，就能够直接通过查表得到相应的控制变量，这样控制会变得更加可靠、简便。直接控制的过程如图3-1所示。
4 直接控制法对配电网电压的影响
直接控制方法能够很好的适应配电网的各项参数，在配电网中接入直接控制的分布式并网光伏发电系统之后，能够有效的实现无功补偿和有功发电的统一调控，这种方法与仅提供有功电力比较而言，它能够更明显，有效的改善供电质量。
5 结束语
现阶段，分布式并网光伏发电系统发展迅猛，其年安装容量已达到世界总光伏发电安装容量的70%以上。分布式并网光伏发电系统相关领域的技术标准也在进一步的完善当中。尤其对于并网系统，权威的接地保护、孤岛检测以及电能质量标准是保障用户和厂商都可以进行安全操作测试的重要内容。本文对分布式并网光伏发电系统的概念、结构、分类等进行了分析，还提出了直接控制方法。据统计表明，这种直接控制方法对于提高白天高峰期用电的电网末端电压质量效果非常好。
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论文作者:林啟钊
论文发表刊物:《低碳地产》2016年13期
论文发表时间:2016/11/11
标签：光伏论文; 系统论文; 逆变器论文; 电压论文; 分布式论文; 结构论文; 电网论文; 《低碳地产》2016年13期论文;