與擾動觀察法比較,驗證了所提出的最大功率跟蹤控制方法的有效性。光伏市電互補系統(tǒng)運行的仿真結(jié)果驗證了模型的有效性及負(fù)載電流、電壓波動特性。

 

實驗結(jié)果進(jìn)一步表明,當(dāng)太陽輻射量降低時,負(fù)載電源由光伏向市電自動切換。在電源切換過程中,負(fù)載電壓與電流波形畸變率小,系統(tǒng)保持平穩(wěn)運行。實現(xiàn)了太陽能發(fā)電即發(fā)即用與就地消納利用的目的。

 

當(dāng)前，人類社會面臨著傳統(tǒng)化石燃料消耗殆盡、環(huán)境污染日趨嚴(yán)重等諸多問題，為緩解能源需求壓力并減輕環(huán)境污染，世界各國大力提倡開發(fā)利用可再生能源。作為一種典型的可再生能源，太陽能因其具有無污染、使用靈活、分布廣泛等諸多優(yōu)點而成為符合可持續(xù)發(fā)展理念的理想綠色能源。

 

光伏發(fā)電作為太陽能利用的一種主要形式，其具有清潔、可再生的優(yōu)點，并且具有建設(shè)周期短、可利用建筑物表面等優(yōu)勢。隨著光伏電池轉(zhuǎn)換效率的不斷提升和生產(chǎn)成本的持續(xù)降低，其正逐漸在能源、環(huán)境和人類社會發(fā)展中占據(jù)越來越重要的地位。

 

在人類開發(fā)使用可再生能源的過程中，光伏發(fā)電發(fā)展前景廣闊，將逐漸從補充能源向替代能源過渡。但是，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)出力受外界條件影響十分嚴(yán)重。對于大規(guī)模并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，該特征會對電網(wǎng)電壓穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響，是阻礙大規(guī)模發(fā)展光伏發(fā)電的主要因素之一。

 

隨著分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)越來越多地并入電網(wǎng)，其對電網(wǎng)的影響日益凸顯。大容量光伏電站的并網(wǎng)運行給電力系統(tǒng)節(jié)點電壓和功率的預(yù)測增加了難度，給電力系統(tǒng)的安全運行和電網(wǎng)調(diào)度造成較大影響，對電網(wǎng)保護(hù)與控制的影響不可忽視。

 

光伏發(fā)電系統(tǒng)目前主要有“低壓接入、分散開發(fā)、就地消納利用”和“中高壓接入、集中開發(fā)、遠(yuǎn)距離輸送消納利用”兩種方式。從運行模式來看，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要存在并網(wǎng)系統(tǒng)和獨立系統(tǒng)兩大類。

 

前者主要是由國家投資興建，系統(tǒng)技術(shù)層面要求較高。后者通常需要對蓄電池儲能環(huán)節(jié)進(jìn)行能量管理，系統(tǒng)建設(shè)及運行維護(hù)成本高，并且蓄電池等儲能裝置的回收會對環(huán)境造成二次污染。目前，光伏發(fā)電的太陽能利用效率普遍較低，光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力遠(yuǎn)不能滿足人們對電能的需求。因此，光伏發(fā)電迫切需要與其他可再生能源及傳統(tǒng)化石能源有效結(jié)合，共同給電力用戶提供電能，以此來達(dá)到多種能源綜合互補的目的。

 

在此背景下，為了促進(jìn)太陽能發(fā)電即發(fā)即用、就地消納以及多能源綜合互補利用，本文提出了基于逆止二極管控制直流母線入口的光伏市電互補系統(tǒng)模型，并對其工作特性進(jìn)行了深入研究。

 

首先，從光伏電池電氣外特性角度對其工程用等效數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了探討，建立了光伏電池輸出特性仿真電路，分析了光伏電池輸出特性以及外界環(huán)境參數(shù)對光伏電池輸出特性的影響。

 

其次，以所建立的光伏電池模型為基礎(chǔ)，對光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤控制策略進(jìn)行了研究。為簡化最大功率跟蹤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制流程，提出了基于變步長無電壓檢測的光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤控制方法。基于Matlab/ Simulink平臺建立仿真模型，將仿真結(jié)果與擾動觀察法相比較，證明了本文所提出的最大功率跟蹤控制方法的動態(tài)性能及穩(wěn)定性均有顯著提高。

 

再次，為了進(jìn)一步驗證本文提出的光伏市電互補系統(tǒng)方案的可行性，在Matlab/Simulink平臺下利用S函數(shù)建立了光伏市電互補系統(tǒng)動態(tài)分析模型并搭建物理試驗平臺。

 

仿真和實驗結(jié)果均表明，當(dāng)光照強度減小到某一定值后，在光伏電源與市電切換過程中，負(fù)載電壓、電流幅值穩(wěn)定，波形畸變率較小，系統(tǒng)工作穩(wěn)定性良好，能夠保持平穩(wěn)運行。光伏市電互補系統(tǒng)無需蓄電池儲能也能保證負(fù)載供電的持續(xù)性，在很大程度上降低了光伏發(fā)電系統(tǒng)的初始投資和運行管理成本，也不存在因蓄電池等儲能裝置的回收而產(chǎn)生的環(huán)境二次污染問題。

 

圖1 光伏市電互補系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

 

結(jié)論

 

本文提出了一種光伏市電互補供電系統(tǒng)，以解決光伏發(fā)電系統(tǒng)對負(fù)載供電的間歇性和不穩(wěn)定性等不足。系統(tǒng)主要由光伏陣列、DC-DC變換器、市電電源、隔離變壓器、整流器、逆變器等部分組成。系統(tǒng)將光伏陣列作為主供電電源，為保證負(fù)載電源的穩(wěn)定性，以市電為補充供電電源，當(dāng)光照條件發(fā)生變化時，負(fù)載的供電電源在二者間自動切換。

 

提出采用無電壓檢測MPPT控制方法對光伏電池的最大功率點進(jìn)行跟蹤控制，該方法只需對光伏電池的輸出電流進(jìn)行檢測，簡化了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。仿真和實驗結(jié)果驗證了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與控制策略的可行性與有效性。