光伏發(fā)電系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制

光伏發(fā)電系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，近年來(lái)，我國(guó)出現(xiàn)了資源、能源短缺的局面。因此，重視節(jié)能環(huán)保和加強(qiáng)對(duì)可再生能源的利用成為發(fā)展過(guò)程中重點(diǎn)之一?？稍偕茉蠢梅矫?，光伏發(fā)電系統(tǒng)在多個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，是一項(xiàng)非常重要的節(jié)能措施。在國(guó)家的不斷支持和大力扶持下，此項(xiàng)技術(shù)也取得飛速的進(jìn)步?；谝陨媳尘?，本文結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的概述，闡述了對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)進(jìn)行的研究?jī)?nèi)容，提出了幾種光伏發(fā)電系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)的方案。關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；自動(dòng)監(jiān)測(cè)；逆變器；大電網(wǎng)引言雖然近些年我國(guó)的發(fā)電行業(yè)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，出現(xiàn)了很多其他形式的發(fā)電方式，比如核能發(fā)電、光伏發(fā)電等。但是，受到自身自然條件和科技水平的制約，我國(guó)的發(fā)電方式還是以火力發(fā)電為主，也就是說(shuō)煤炭發(fā)電廠依然是發(fā)電行業(yè)的主力。隨著我國(guó)資源逐步匱乏，環(huán)境污染日益加重，國(guó)家政府從政策上已經(jīng)將節(jié)能減排立為了我國(guó)的國(guó)情。所以，針對(duì)煤炭發(fā)電行業(yè)資源用量大，對(duì)環(huán)境的污染程度高的情況，必須采取一定的措施，以提高能源利用率，降低對(duì)環(huán)境的污染。同時(shí)還要保證煤炭發(fā)電行業(yè)的供電穩(wěn)定性，這就必須采用科技的手段解決這一問(wèn)題。自動(dòng)控制技術(shù)在煤炭發(fā)電行業(yè)的有效運(yùn)用解決了該問(wèn)題，有很大的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用潛力。1并網(wǎng)光伏發(fā)電的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)太陽(yáng)電池陣列、逆變器、控制器、直流配電柜、交流配電柜、蓄電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)的常見(jiàn)組成部分。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的前提條件是光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)成的微網(wǎng)輸出的正弦電流的相位和頻率與大電網(wǎng)相位和頻率基本相同。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并網(wǎng)的正弦波形總諧波畸變率(THD)應(yīng)小于5%。并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)可分為集中式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和分布式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)兩種。集中式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是構(gòu)成的微網(wǎng)和大電網(wǎng)是單向的，經(jīng)逆變器處理后的380V正弦交流電直接升壓入網(wǎng)，升壓變比為0.4/10.5，這種形式適用于大規(guī)模的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)則是將產(chǎn)生的電能傳輸?shù)接秒娫O(shè)備上，多余和不足的電力通過(guò)接入大電網(wǎng)進(jìn)行宏觀調(diào)控，這種雙向傳輸模式適合小規(guī)?；騿螒?hù)居民發(fā)電。2光伏發(fā)電的自動(dòng)監(jiān)控與控制2.1對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控通過(guò)選取分層分布的形式，在設(shè)計(jì)時(shí)，要設(shè)置一套監(jiān)測(cè)元件及其管理設(shè)備。①對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，其內(nèi)容主要包括電流、電壓及其溫度。在檢測(cè)過(guò)程當(dāng)中，數(shù)字通訊及其監(jiān)控設(shè)備之間關(guān)聯(lián)起來(lái)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)性的操作監(jiān)控。②要安裝監(jiān)控設(shè)備。還要對(duì)電流與電壓適應(yīng)的檢測(cè)元件進(jìn)行設(shè)置，此外，還要設(shè)置一套防雷裝置，實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。2.2降低發(fā)電成本傳統(tǒng)的煤炭發(fā)電主要是利用煤炭和石油等資源進(jìn)行燃燒發(fā)電，在實(shí)際的生產(chǎn)工程中，傳統(tǒng)設(shè)備使得燃料不能充分燃燒，不僅造成了資源浪費(fèi)，還污染了環(huán)境，直接導(dǎo)致發(fā)電成本的提高。將自動(dòng)控制技術(shù)運(yùn)用到煤炭發(fā)電行業(yè)中去，能很好的解決該問(wèn)題。提高發(fā)電效率隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)和民生都對(duì)用電有了更大的需求，發(fā)電廠提高發(fā)電和供電的質(zhì)量變的尤為重要。所以，作為我國(guó)發(fā)電主力的煤炭發(fā)電廠更要提高自身的發(fā)電效率，更好的保持供電的穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)設(shè)備比較而言，自動(dòng)控制系統(tǒng)的先進(jìn)性和設(shè)備的精密性，能更好的提高整個(gè)煤炭發(fā)電廠的工作能力，提高發(fā)電效率，從而保證發(fā)電和供電工作保質(zhì)保量的完成。進(jìn)行電力保護(hù)，促進(jìn)安全生產(chǎn)對(duì)發(fā)電企業(yè)而言，進(jìn)行合理的電力保護(hù)是促進(jìn)其正常運(yùn)轉(zhuǎn)和良好發(fā)展的重要手段和因素。2.3光伏發(fā)電系統(tǒng)的控制本研究采用光伏陣列工作點(diǎn)跟蹤控制的MPPT原理。MPPT在目前大規(guī)模光伏建設(shè)中比較廣泛，通過(guò)改變光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)跟蹤系統(tǒng)的最大工作點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的輸出最大化，這種自動(dòng)尋找最優(yōu)工作點(diǎn)的方法具有良好的動(dòng)態(tài)性，目前常見(jiàn)的有"上升〃法、干擾觀察法、電導(dǎo)增量法等。另外，并網(wǎng)逆變器必須具備孤島效應(yīng)監(jiān)測(cè)裝置。當(dāng)出現(xiàn)孤島效應(yīng)時(shí)，并網(wǎng)逆變器必須快速準(zhǔn)確做出判斷，并且切除并網(wǎng)逆變器。孤島效應(yīng)的檢測(cè)可分為主動(dòng)式檢測(cè)和被動(dòng)式檢測(cè)。被動(dòng)式檢測(cè)通過(guò)采集逆變狀態(tài)等參數(shù)來(lái)判斷光伏發(fā)電系統(tǒng)是否存在故障；而主動(dòng)式檢測(cè)通過(guò)對(duì)逆變器注入周期性的干擾信號(hào)來(lái)判斷光伏發(fā)電系統(tǒng)是否存在故障。2.4光伏發(fā)電二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)光伏電站的遠(yuǎn)動(dòng)信息包括遙測(cè)與遙信兩部分。而遙測(cè)包括110kV出線的有功功率、無(wú)功功率以及電流；110kV母線頻率、電壓；光伏電站發(fā)電量及其輻照度。遙信包括斷路器、隔離刀閘、并網(wǎng)、逆變器。遠(yuǎn)動(dòng)信息是在測(cè)控裝置中獲取遠(yuǎn)動(dòng)信息，并傳送到調(diào)度端。也可以通過(guò)站內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于站內(nèi)數(shù)據(jù)向調(diào)度方面的轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，要增加對(duì)于直流匯流箱、直流柜等的監(jiān)測(cè)，并完成了對(duì)于站內(nèi)設(shè)備的監(jiān)控。繼電保護(hù)設(shè)置側(cè)線路保護(hù)。類(lèi)型是相間距離、接地距離以及零序電流方向的保護(hù)。此項(xiàng)保護(hù)不對(duì)全長(zhǎng)進(jìn)行保護(hù)，剩余部分由接入變電站內(nèi)保護(hù)完成的。主變保護(hù)可設(shè)置成一套電量保護(hù)與非電量保護(hù)。光伏直流電纜進(jìn)行選型。在對(duì)于直流電纜進(jìn)行選型的過(guò)程，要根據(jù)所處的特殊環(huán)境下，所設(shè)計(jì)的光伏設(shè)備專(zhuān)用無(wú)鹵PV1-F電纜，對(duì)組件之間的匯流連接及跳線功能進(jìn)行支持。需特別關(guān)注的是，它運(yùn)行的環(huán)境要在大于60C的情況下進(jìn)行，并對(duì)于載流量予以修正。2.5有效利用各種資源傳統(tǒng)的煤炭發(fā)電廠中的設(shè)備比較傳統(tǒng)和落后，使煤炭發(fā)電原材料不能得到很好的利用，極大的影響了煤炭發(fā)電的效率。同時(shí)，傳統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備和系統(tǒng)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行中的故障頻發(fā)，故障信息不能有效傳遞、及時(shí)維修等問(wèn)題都對(duì)煤炭發(fā)電設(shè)備的順利運(yùn)行產(chǎn)生了很大的負(fù)面作用，極大的浪費(fèi)了煤炭和人力等資源。自動(dòng)控制技術(shù)在煤炭發(fā)電設(shè)備中的利用，對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，進(jìn)行及時(shí)有效的維修，可以使人力等資源得到有效的利用。2.6三晶逆變器原理介紹逆變器是把直流電轉(zhuǎn)換成交流電的裝置，一般由控制邏輯、逆變橋和濾波電路組成。光伏逆變器又稱(chēng)并網(wǎng)逆變器，與普通逆變裝置有所不同的是它內(nèi)置了自動(dòng)加載鋁殼電阻(RLG)負(fù)載的試驗(yàn)功能和智能提示功能。本次設(shè)計(jì)采用的三晶(SAJ)光伏逆變器是廣州三晶電氣公司生產(chǎn)的一種電能轉(zhuǎn)換設(shè)備，它支持RS485、以太網(wǎng)和藍(lán)牙三種通訊方式，具有孤島防護(hù)技術(shù)。該設(shè)備具有良好的拓展性，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)97%以上。它支持單相交流轉(zhuǎn)換，也支持三相交流轉(zhuǎn)換，具有配套的光伏數(shù)據(jù)采集器和光伏監(jiān)控軟件，完全滿(mǎn)足光伏發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制的需求。結(jié)語(yǔ)近年來(lái)，光伏發(fā)電技術(shù)得到了高速發(fā)展，但是仍然存在很多技術(shù)上的不成熟，如當(dāng)一個(gè)微網(wǎng)中有多個(gè)逆變裝置同時(shí)并網(wǎng)時(shí)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)通信和協(xié)同控制就提出了挑戰(zhàn)。相關(guān)政府部門(mén)要規(guī)范光伏發(fā)電用戶(hù)的上網(wǎng)電能質(zhì)量，最大程度降低對(duì)大電網(wǎng)的影響，國(guó)家也要對(duì)地方光伏發(fā)電技術(shù)提供技術(shù)上的支持，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光伏發(fā)電的建設(shè)。參考文獻(xiàn)：龐衛(wèi)仕.電氣自動(dòng)控制技術(shù)在火力發(fā)電中的創(chuàng)新與應(yīng)用[J].廣西輕工業(yè)，2011（7）：33-34.程佳，沈翔，程鈺麒.淺析熱工自動(dòng)控制技術(shù)在火力發(fā)電中的創(chuàng)新與應(yīng)用[J].科技資訊，2013（14）：116.周力.電氣自動(dòng)控