太阳能光伏发电储能控制研究

杨璐铭

摘要：最近这些年，国家致力于开发各种新型能源，包括风能、太阳能、沼气能等，有利于保护生态环境，促进国民经济可持续健康发展。我国传统电力行业具有污染性强、能源消耗大、劳动密集等特点，在新时代背景之下，为稳步推进我国电力事业发展，降低能源损耗对电力事业的影响，党和国家制定了多项政策，以其通过多措并举的方式推动能源电力的转型与升级。而太阳能光伏发电具有绿色、环保的优势，因此，我国近几年来加大了对其的开发力度，但由于太阳光不够稳定，所以在储能方面还存在着较多阻力。基于此，本文重点针对太阳能光伏发电储能控制措施展开系统研究。

关键词：太阳能；光伏发电；储能

引言

全球能源短缺和环境污染等问题日益突出，太阳能作为一种巨量的可再生能源，符合国家大力倡导的绿色经济发展方针。太阳能光伏发电因其清洁、便利、安全，已作为一种新兴的绿色能源得到重点发展，并逐渐在建筑领域推广应用。太阳能光伏发电系统在应用过程中具有独特优势，包括这一技术在应用过程中不需要燃烧燃料，理论中具有无限的能源，取之不尽用之不竭。清洁能源在应用过程中不会排放二氧化碳等有害物质，既不会消耗大量能源，也不会对生态环境造成污染。

1太阳能光伏发电概述

太阳能光伏发电系统由太阳能电池、逆变转换装置、蓄电池等多个部分构成，根据需要安装光伏电池板后，电池能够感受光吸收，通过化学能产生自由移动带电离子，在自由闭合电路中移动，进而产生电流。相较于传统能源，太阳能具有环保优势，取之不尽、用之不竭，发电过程不会产生污染，可以更好地维持生态平衡。而太阳能分布在各地，依靠光伏发电装置进行转换，需要安装的设备种类相对较少，形成的光伏列阵结构简单，在安装和检修维护方面投入较少，因此在应用推广方面拥有明显优势。现阶段，光伏发电技术已经在居民日常用电、小区照明、工业生产、航空航天等多个领域得到了应用，可以与风力发电、水力发电等方式形成互补，有效提高能源利用率的同时，为区域正常供电提供保障。

2太阳能光伏发电技术特点

（1）有效利用建筑物屋顶，不需要再占用额外的土地资源，光伏组件采用固定式平铺安装，使厂区屋面的利用最大化。同时，光伏组件覆盖建筑屋顶，减少了太阳光直接照射屋顶，使建筑物降温、节能。

（2）光伏组件采用成品支架，安装前经深化设计、荷载校核后经工厂化预制，现场装配。光伏组件之间的电线连线可以绑扎固定在成品支架上，做到美观整洁。

（3）光伏支架的组成件（支座、主梁、檩条）采用PKPM软件进行受力分析计算及校核。

（4）设计优化改良了光伏组件的压码固定件，由原来传统的U型扣抱箍光伏支架后固定于独立角铁件的固定方式，替换成单孔栓接压码，直接固定在光伏支架檩条上，既提高工效又节省辅材。

（5）光伏组件进行模组化深化设计，优化了光伏组件接线回路，提高逆变器载荷，选型大功率逆变器接入多路光伏组件电池组串，逆变后的电气回路不用设置汇流箱，直接通过交流电缆引接至箱式变压器。

（6）光伏组件现场安装无需焊接，符合绿色施工要求。

3太阳能光伏发电储能控制措施

3.1构建智能管控系统

第一，利用Matlab等信息化软件，来解决光伏发电系统的电力系统仿真、自动控制、数字信号处理等技术难点。通过Simulink计算机仿真工具与Matlab平台的结合，可以构建一个对太阳能光伏发电储能系统进行动态分析的平台，可以为复杂的系统控制工作创造一个方便快捷的建模仿真环境，并且会使各类控制信息能够以数据量化的形式，呈现于人机界面之中，以便于帮助管理人员构建一个动态化的系统控制模型，能够根据不同的配置和仿真方案，对系统进行快速的优化与设计。

第二，利用智能型可视化技术，帮助工作人员清晰判别目前太阳能光伏发电的具体情况，并能够根据实际的使用需求对储能进行合理控制。同时，管理人员可以通过远程控制的方式进行调控，例如：照明类基础公共设施，可以运用计算机根据时间变化和白昼的长短，对电能的使用及时进行调整，并结合智能调节器，以保证其安全运行，且减少耗能。

3.2构网型储能变流器控制系统

对于构网型变流器的概念还没有一个完善的表述，目前工业界和学术界正在讨论一个官方定义。对于构网型变流器来说，其可以表示为具有低串联阻抗的电压源。基于此，可以看出构网型变流器是通过直接控制输出端的电压来调节功率。此外，空载条件下的构网型变流器为负载和附近运行的其他单元提供参考电压，在稳态运行时，构网型变流器根据实际运行情况控制向电网注入有功功率和无功功率，同时遵循变流器内部物理电压和电流的限制。此外，构网型变流器可以通过附加的外部回路来实现连接点电压和频率的调节，修改实际有功和无功功率设定点。并网逆变器交流侧通过LC滤波后，经过公共耦合点(PCC)采集三相电压及三相电流，并经过功率计算、构网功率同步控制及坐标变换和PWM调制后形成驱动信号反馈注入到开关管中，形成闭环。与现存市面上的跟网型变流器控制相比，构网型变流器有两大创新区别点：首先在变换器侧添加了储能设备，其很大作用上满足了动态调节过程能量的吸收和释放，实现了能量的双向流动，其二就是控制策略的区别，具体说就是功率外环的区别。通过功率外环即对有功和无功功率进行调节，获得电压幅值及相位同步信号，进而通过电压电流双闭环作用生成开关管所需的驱动信号。

3.3转变储能控制路径

首先，可以利用变换器对太阳能光伏发电储能进行控制。太阳能光伏发电储能系统中的变换器有两种：一是单向DC/DC变换器；二是双向的DC/DC变换器。如果使用单向变化器，则能量存储受限的因素较多，且无法保证能量的正常流动，难以满足实际的储能需求。因此，可以选择双向变换器来解决单向变换器所存在的受限问题，其能够使能量在两个不同的方向上进行能量传输与流动，能够让电流极性发生变化，而电压极性维持不变，这样既能够满足能量快速传递的要求，又可以达到光伏发电储能的标准。

其次，可以通过软开关的方式，来进行储能的控制。在使用双向变换器时，其功率器件在开关的过程中会产生较大的开关冲击，从而产生能量损耗，并且对电路产生EMC干扰。因此，技术人员可以考虑通过软开关的方式，来实现零电流开关与零电压开关的目标，这样就可以减少变换器的损耗，以达到理想的控制状态。

最后，可以利用钠电池代替传统的太阳能光伏发电储能电池，钠电池具备以下几种优势：（1）与传统的锂离子电池相比，其倍率性能更高，并且可以能够满足我国响应型储能与规模供电的需求。（2）其温域的适应范围更广，即便是在-20℃的环境中，也可以将放电率保持在90%以上。（3）钠电池的使用更加安全。其化学性质更为稳定，相比于锂离子电池而言其内阻更高，短路发热量也更低。

结语

综上所述，在新时代背景下，为达到“碳中和”的要求，并加快电力行业向数字化、智能化、信息化的转型，应加大对清洁能源的开发力度，并利用其低碳化与环保的优势，代替传统火力发电。目前太阳能光伏发电虽然能够提升发电和输电的效率，且具有较高的经济价值，但在储能方面仍存在着较大的不足，因此相关技术人员需要加强对系统运作特点的分析，并进行有效控制。

参考文献

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