光伏发电技术系列讲座（3） 光伏发电控制技术的发展现状.docxVIP

·技术讲座 · 王宏华 ·光伏发电控制技术的发展现状 光伏发电技术系列讲座(3) 光伏发电控制技术的发展现状 王宏华 (河海大学自动化工程系，江苏南京210098) 摘 要：阐述了太阳能光伏发电系统中控制器的基本结构和工作原理，综述了国内外光伏发电 控制技术的发展现状及发展趋势。 关键词：光伏发电；控制；最大功率跟踪；孤岛效应检测 中图分类号：TK51 文献标志码：A 文章编号：1671-5276(2010)06-0173-04 The Series of Lectures on Photovoltaic Power Technology(Part 3) Development of the Control Technologies for Photovoltaic Power System WANG Hong-hua (Department of Automation Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China) Abstract:This paper describes the principle and structure of the controller in photovoltaic power system, and presents the latest de- velopment trend and research progress of the control technologies for photovoltaic power. Key words:photovoltaic power; control; maximum power point tracking; Islanding detection 0 引 言 光伏发电系统中的控制问题主要体现为以提高发电 效率和品质为目标进行蓄电池充放电控制和逆变器控制。 在独立光伏发电系统和光伏一风力混合发电系统中，必须 配置起储存和动态调节电能作用的蓄电池，蓄电池充放电 控制是提高蓄电池寿命和光伏发电系统效率的关键技术 之一。对并网型光伏发电系统，控制的关键是在实现光伏 阵列最大功率点跟踪(MPPT) 的同时，控制并网逆变器将 光伏阵列输出的直流电能逆变为与电网同频率、同相位、 同幅值的交流电能。 本文阐述了光伏发电系统中蓄电池充放电控制器及 并网逆变控制器的基本结构和工作原理，综述了光伏阵列 MPPT 控制算法及并网光伏发电系统孤岛效应检测技术 的现状与发展，展望了光伏发电控制技术发展趋势。 1 光伏储能蓄电池充放电控制 以蓄电池为储能单元的光伏储能部分构成如图1所示。 太阳光 太阳光 直流电能输出 充放电主电路 光伏阵列 控制器 蓄电池 图 1 光伏储能部分构成 图1 中，光伏阵列输出的直流电能经充电主电路馈入 蓄电池，蓄电池则经放电主电路输出直流电能，控制器通 过检测蓄电池端电压给主电路发出是否继续充、放电的控 制指令，以免蓄电池过充电或过放电。光伏储能蓄电池充 放电控制器主要有串联型、并联型(旁路型)、多路控制 型、PWM 型等几种结构[23,6]。 并联型、串联型控制器多用于小型光伏系统。并联型 控制器在光伏阵列输出端并接了由电力电子开关器件控 制通断的放电支路，当蓄电池充满时，电力电子开关器件 开通旁路放电回路，实现“过充电保护”。而串联型控制 器在蓄电池充电电压超过设定的限制值时，则通过关断串 联在光伏阵列与蓄电池之间的电力电子开关器件防止蓄 电池过充电。在10kW 以上的光伏系统中，将光伏阵列分 成多个支路(各支路的最大充电电流为10～20 A) 对蓄电 池充电的多路控制型控制器得到了普遍应用3]。 PWM 型充电控制器的主电路(buck,boost)与并联 型、串联型控制器类似，但其主开关器件(多用 IGBT, POWER MOSFET)工作在 PWM 模式，通过控制其导通脉 宽，控制充电电压或电流，可实现包括均衡充电、快速充 电、浮充电的3阶段充电方式，且具有 MPPT 能力，逐渐成 为中、大型光伏系统储能蓄电池充电控制器的主流。 针对传统独立光伏发电系统中蓄电池直接与直流母线 相连接的局限，文献[7]提出了一种新的独立光伏发电系 统能量流动管理控制策略，其将光伏阵列输出的宽范围直 流电压经单向 DC-DC(buck) 变换器转换为稳定的直流母 线电压以供负载所需，多余或不足的能量则通过双向DC- DC(buck/boost)变换器控制蓄电池充放电电流进行动态调 节，根据光伏阵列和蓄电池的工作状态，控制2个变换器协 作者简介：王宏华(1963一 ),男，江苏泰州人，博士，现为河海大学教授、博士生