太阳能光伏发电并网控制

太阳能光伏发电并网控制

光伏产业最近几年得到了快速发展，新型材料持续被研究出来，光伏

电池的生产成本持续下降，效率也得到了较为明显的提升。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，努力提升器件的性价比成为行业竞争的重要标志，也因此光伏并

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。太阳能光伏发电并网系统各方面的性能也取得了很大发展

并趋于成熟。发达国家在并网发电技术及器件方面都取得了一定的成就，如高频并网模块、多机并联、最大功率点跟踪等。并网逆变器是

太阳能光伏发电的核心部件，发展各种性能的并网逆变器对并网起着

至关重要的作用。其中，最大功率点跟踪、孤岛效应和并网控制成为

研究的热点。

１光伏发电工作原理

１．１并网光伏系统的容量设计（１）确定现场参数：包括太阳能光

伏系统的安装容量、气象条件及地理环境、太阳能辐射值及每个月的

平均值等。（２）计算方阵最佳倾角：实现太阳能辐射量的最大化，

这是光伏发电并网系统要考虑的重要问题之一。因为光伏并网发电系

统是直接与电网连接，电能能在发出之后被实时利用，效率比较高，

因此，要确定太阳能光伏方阵的最佳倾角，实现太阳能全年的最大接

收量。（３）确定性能比（ＰＲ）：不同地方的太阳能光伏发电系统，各种参数必然有所区别，因此性能比也不尽相同。但随着研究的深入，现在一般性能比确定在０．７左右。（４）发电量的估算：太阳能并

网发电系统的发电量可用下面公式进行估算。式中，Ｅｏｕｔ是全年

并网光伏系统输出的电能（ｋＷｈ）；Ｈｔ为光伏系统接收的太阳总

辐射量在一年中与标准时的太阳辐射强度Ｇ＝１０００Ｗ／ｍ２相比

后得到的最大光照时数（ｈ）；Ｐ０为太阳能光伏系统的额定功率

（ｋＷ）；ＰＲ为系统的性能比。

１．２并网光伏系统与电网的连接（１）“上网电价”方式：光伏并

网系统输出的电能是输出端的电能（即电网一侧），将输出端的电能

全部接入电网，而自己的用电则来自电网。国家为鼓励发展太阳能光

伏发电系统，通常是高价收购发出的电能，而自己所用的电能则跟其

他人一样，享受同等的优惠政策。（２）“净电表计量”方式：光伏

系统发出的电能是接在进户电表之后，即太阳能系统发出的电能首先

供自己使用，当有多余时才输入电网，而在电能不够用的时候，则使

用电网的电能。

１．３太阳能光伏发电的基本原理太阳能电池是利用光电转化原理将

太阳能转化为电能。工作原理以Ｐ－Ｎ结为基础，每片光伏电池都有

自身的电压，大约为０．５Ｖ。输出电流还与温度的变化、光照强度、光伏电池的大小和连接方式相关，为了使输出功率能够大一些，要将

很多光伏电池通过串并联的方式组成光伏阵列。半导体Ｐ－Ｎ结的势

垒区存有着较强的内建静电场，当太阳光照射Ｐ－Ｎ结时，在电场的

作用下做漂移运动，Ｎ型半导体区的电子留在Ｎ区，空穴流向Ｐ型半

导体区，电子成为多数载流子；而Ｐ型半导体区的空穴留在Ｐ型半导

体区，电子流向Ｎ型半导体区，空穴成为多数载流子，在电场的作用下，一旦接负载即可产生直流电流，如图１所示。

２太阳能光伏发电并网控制

２．１并网控制的目的与方式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有相位差，控制的直接目的是使并网的电

流与电压的相位差为０，这也是控制的主要目的。其原理如图２所示。常见的控制方式有电压控制和电流控制。

２．２并网控制方法太阳能光伏发电发出的电能是直流电，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，属于高新技术，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）在特定场合下要求在电网断

电的情况下，也依然能提供电能。并网逆变电流控制法是由一个电流

反馈控制内环实现的，图３所示为电流控制并网光伏逆变器的基本结构。光伏电流逆变器的原理是使输出电流跟随参考指令电流信号，这

个电流信号是由ＭＰＰＴ策略和电网电压相位决定的。经过比较实际

的瞬时相电流ｉａ、ｉｂ、ｉｃ和参考指令电流信号ｉａ＊、ｉｂ＊、ｉｃ＊，信号通过电流控制器处理之后产生开关控制信号ｓａ、ｓｂ、ｓｃ控制逆变器工作。光伏并网控制的核心之一就是电流控制器，电

流控制策略的好坏关系着并网系统性能的优劣性。

２．３并网光伏发电的优点太阳能光伏发电并网技术是将发出电能通

过处理后与电网连接，这种方式有很多优点：（１）发出的电能直接

与电网连接，不再使用蓄电池储能，节约了太阳能光伏发电的投资成本，使发出的电能成本明显降低；而且也提升了系统的稳定性，不再

考虑蓄电池可能出现的状况；当然也有利于环境保护，因为没有蓄电

池的污染了。（２）光伏并网发电分散发电供电，进出电网灵活，可

以增强电网的稳定性，有利于提升电力系统在自然灾害等异常条件下

的抵抗力，也有利于平衡电力系统的负荷，从而降低电力系统的损耗。（３）光伏电池可以安装在建筑物上，节约了占地面积，而且基本对

建筑物没有影响，增加了建筑物的利用率。

３最大功率点跟踪

３．１最大功率点跟踪技术光伏电池输出特性是非线性的，而且受光

照强度和环境温度影响较为明显。在任何光照强度和环境温度下，光

伏电池都存有一个最大功率输出点。此外，负载变化将影响光伏器件

的输出功率。因此，提升光伏发电系统效率的方法之一就是及时调整