单相光伏并网发电系统仿真平台设计

　　摘要：本文基于笔者多年工作经验满足理论结合实际的前提下依次探讨了单相光伏发电系统的构成和光伏并网发电系统研究的关键问题，为单相光伏并网发电系统仿真平台设计提供技术参照。为同行提供了建设性意见。

　　关键词：单相光伏;并网;发电;仿真

　　1引言

　　随着社会的进步与时代的发展，新兴能源的需求日益增多。而电力还会伴随人类文明的发展而不断进步。当前随着光伏产业链的融合，相关元器件和基础设施成本大大降低。以单相光伏并网发电系统技术为代表的整装技术正在不断完善。高效而经济的单相光伏并网发电成为可能。本文基于笔者多年工作经验满足理论结合实际的前提下依次探讨了单相光伏发电系统的构成和光伏并网发电系统研究的关键问题，为单相光伏并网发电系统仿真平台设计提供技术参照。

　　电力论文投稿刊物：《福建水力发电》栏目设置涵盖水利水电及相关行业的各个方面。读者对象为水利、电力、土木工程、水运、航道整治、环境工程、水土保持、城镇给排水等行业从事规划、设计、施工、管理及科研工作的科技人员、管理干部和有关院校的师生。

　　2单相光伏发电系统的构成

　　光伏并网发电系统是一项较为新颖的低成本、高收益电能获取与输送系统。能通过低成本的光伏电池将太阳能直接转换为直流电能。并且在一定的外界元件转换下将电路结构中的直流电能转换为工频交流电能并并网输送至外界电网。运用发电系统全面控制器进行全盘控制和逆变器的斩波控制，并在数据可询的基础上实时跟踪最大功率点。

　　当前，基于数据保密性和技术稳定性。运用数字信号处理器或者单片机技术进行控制器的设置较为普遍;相应的能量转换电路环节表征于高频斩波方式，依次根据功能设计优选晶闸管、IGBT等现代电力电子器件进行开关元件预设。当前较为普遍的DC-DC变换器是系统的能量转换电路，能通过一定手段收集整合光伏电池输出的低电压能量，并及时进行最低并网等级电压的核算与转换。与此同时，运算器能指引能量转换电路在保证平稳的同时跟踪执行最大功率点的变换，全面优化光伏发电系统的稳定性和经济效益。

　　3光伏并网发电系统研究的关键问题

　　3.1光伏并网发电系统的最大功率点跟踪控制技术

　　在自然界中因为太阳辐射程度与环境交替温度的动态变化。相应光伏电池发电效果会成规律性曲线变化，在功能利用率上也不能时刻保证光伏系统相应输出功能最优。同时外界环境和人为因素还会对光伏并网发电系统产生不稳定影响。所以及时和动态的感知当前工作状态电压和功率并且指导性作出功能性调整能促使标定整体系统最大限度在最优功率点上进行工作，达到经济效益和发电效率最优。

　　基于此，进行最大功率点跟踪控制技的大规模实践能经济有效的进行光伏发电系统抗外界环境高品质运行。并且在保证安全的前提下进行光伏电池的满载式长寿命运行，最终促进整体系统健康良性发展。当前由于其他行业技术具备与相关电气元器件制造精度不断完善，不同国家和地区都研发并应用有基于不同工作特性与运行特点的多种关于光伏发电系统的最大功率点跟踪控制办法，同时在相关产业链带动下，其优化控制技术日益完善。根据笔者相关工作经验，运用滞环比较法、扰动观察法、电导增量法较为简便，能实时进行数据监控和人为优化。而恒定电压法、间歇扫描法和最有梯度法优化拓展性能好但是系统稳定性和相关构建成本较高。所以相关公司和地区必须根据自己的需求进行不同等级的系统建设。

　　3.2光伏并网发电系统的孤岛效应检测技术

　　随着技术壁垒和系统接口不统一，相关的信息孤岛效应和元器件不通用效应已经严重影响光伏并网发电系统发展。隔离效应意味着,当供电系统发生故障或电网断开是由于停电,光伏发电系统不检测电网的停电状态,并继续向公众提供电力负载,以至于在自给供电网络中显得孤僻和不可控。在系统安全性角度下运行的孤岛供电网络会损坏相应的电气设备，甚至诱发安全隐患。因此，系统需要及时检测电网的停电状态，并快速切断与公共电网的连接。因此，有必要对海岛效应进行研究，并采取有效措施减少海岛效应带来的危害。

　　3.3光伏并网发电系统的逆变输出控制策略

　　逆变器并网控制策略是光伏并网发电系统的关键技术之一，一直是光伏发电技术研究的热点问题。光伏并网发电系统的目标是通过并网逆变器控制获得高质量的电能输出，保持系统稳定高效运行。逆变器输出电压作为控制对象的方法称为电压-模态控制，电流作为控制对象的方法也称为电流-模态控制。

　　通常，公共电网被认为是一个容量非常大的电压源。当采用电压模式控制时，光伏发电系统和公共电网可以看作是并联运行的两个电压源。此时光伏并网发电系统容易出现循环电流问题，难以准确控制电压。电流模式控制方法相对简单，只需将并网电流的频率和相位与公共电网的电压同步即可实现并网要求。目前常用的控制方法有滞后比较法、SPWM电流控制、重复控制和无拍控制。

　　4单相光伏并网发电系统仿真平台设计

　　并网逆变器具备特殊结构，承担相应任务，其中进行全过程途径的光伏电池最强功率波记录和归一电压系数，维持电网定压电同频同相正弦电流波运行。主要元件由BOOST电路和单相全桥电路组成。功能分工上，前级初步实现电池端电压的标定上升直至达到并网要求，且全面保障相关通讯点抓取跟踪光伏电池的最大功率数据穿;而后级能进行并网后的稳定电流和电网电压同频同相智能控制并达到直流母线电压稳定。

　　相关系统在完善控制序列和硬件搭建后需要进行光伏阵列的数学模型建立，运用Matlab平台进行编程式的仿真运行，并基于原数据进行分析，并依次搭建模块组合式光伏并网全系统仿真应用模型，以便与下步验证。直流母线电压给定值为100V;电网电压峰值为55V，频率为50Hz;光伏电池部分参数：短路电流Isc为5.2A;开路电压Uoc为44.2V;最大功率点电流Im为4.85A;最大功率点电压Um为36.2V。

　　5结语

　　综上所述，完善而稳定的单相光伏并网发电系统构建能在经济性与稳定性均衡的前提下实现光伏点供和主网并联。而相应的DC-DC变换器运用能及时将能量转换电路，能通过一定手段收集整合光伏电池输出的低电压能量，并及时进行最低并网等级电压的核算与转换。与此同时，运算器能指引能量转换电路在保证平稳的同时跟踪执行最大功率点的变换，全面优化光伏发电系统的稳定性和经济效益。

　　下步必须克服技术壁垒和系统接口不统一，相关的信息孤岛效应和元器件不通用效应已经严重影响光伏并网发电系统发展。隔离效应意味着,当供电系统发生故障或电网断开是由于停电,光伏发电系统不检测电网的停电状态,并继续向公众提供电力负载,以至于在自给供电网络中显得孤僻和不可控。在系统安全性角度下运行的孤岛供电网络会损坏相应的电气设备，甚至诱发安全隐患。

　　参考文献：

　　[1]张天瑜.新颖单相光伏并网逆变系统的仿真研究[J].长春工业大学学报(自然科学版),2008,29(4):414-419.

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