Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ・电力电子 微网系统光伏电站设计 文／王希望 文章针对我国偏远地区无电 村的实际情况进行设计，采用硅 太阳能电池板，组成太阳能电池 板阵列，将太阳能转换为直流电； 采用小功率并网逆变器，构成逆变 器组，将直流电转换为２２ＯＶ５ＯＨｚ 交流电，供用户使用；采用蓄电 池构成蓄电池组，储存白天发出 的电能，以备晚间和阴雨天使用。 【关键词】太阳能电池板并网逆变器离网逆 变器蓄电池微网系统 一般来说，偏远地区离公共电网较远，交 通不便，架设输电线路比较困难且成本较高， 但多数边远山区太阳能资源比较丰富，比如， 、等边远小山村，人员分布由几十户 到数百户人家。国家近年来多次为无电乡村援 助了户用离网逆变控制一体机，这个发电小系 统一般功率在６０ｏ瓦以下，确实解决了无电用 户的一些实际困难，村民不同程度上使用了家 用电器，如，照明灯具，电视机，音响设备， 洗衣机，豆浆机等。但是，这些小系统功率小， 仅能供有限的用电设备使用，主要是照明和电 视。还由于分户使用，使用维护不当，使得这 个小系统使用一年以后，故障率较高，由于商 家售后服务困难较大，费用很高，很难做到位， 因此，两三年后，大部分由于故障没有修复变 成废物，造成较大的浪费。为了克服户用离网 逆变控制一体机的缺点，引入微网系统光伏电 站。 １方案设计 本文所称的微网系统光伏电站由五部分 组成：电池板阵列，并网逆变器组，充放电控 制器，蓄电池组，汇流箱、配电柜、连接电缆 及监控系统。如图ｌ所示。 微网系统工作原理： 初始状态：当太阳光照射到电池板上， 电池板将太阳光能转换成电能，即直流电。数 块或十几块电池板串联起来称为一串，这样的 数串或数十串构成阵列。使用汇流箱将电池板 阵列的直流电汇集起来，通过电缆输送到并网 逆变器和充放电控制器。监控系统按照“充电 优先”原则，控制充放电控制器对蓄电池组进 图１：微网系统原理框图 图２：监控系统状态转换流程图 行首次充电，暂时关闭并网逆变器，关闭放电 器、交流配电柜直接输送到用户。并网逆变器 通路，充放电控制器应具有电池管理功能。蓄 必须去掉防孤岛运行功能，增加控制输出功率 电池组充电完成后，关闭充电通路，启动并网 功能。输出功率控制的原则是：当输出电压小 逆变器，输出交流电到交流配电柜。通过交流 于２３０Ｖ（交流有效值）时，按最大功率设置， 配电柜的控制，使用电线电缆将交流电输送到 当输出电压大于２３０Ｖ时，每上升ｌｖ输出功 用户家中。 率下降１０％，当输出电压达到２４０Ｖ时，输出 运行状态：当电池板阵列所发出的电能， 功率下降到０，但并网逆变器不脱网。 能够满足用户使用时，监控系统关闭放电通路， 当电池板阵列所发出的电能，不能满足 电池板阵列产生的电能，经汇流箱、并网逆变 用户使用时，监控系统开启放电通路，蓄电池 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ电子技术与软件工程・２４５ 电力电子●Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ 图３：并网逆变器模拟测试 组通过充放电控制器放电，输送到并网逆变器。 最好自带电池管理系统。 放电源则是：当输出电压小于２ＩＯＶ时，监控 系统控制充放电控制器开始放电，每下降ｌｖ ３软件设计 放电电流提高１０％，直到输出电压降到２００Ｖ 对并网逆变器软件要求， （１）去掉防孤 时，放电电流达到最大值，充放电控制器具有 岛运行功能； （２）检测输出端电压，依据输 放电电流大小控制功能。 出端电压变化情况控制输出功率； （３）内设 在夜间或阴雨天，电池板阵列不产生电 交流输出频率信号，频率设为５０Ｈｚ。当并网 或产生电能很少，将主要由蓄电池组放电提供 逆变器数量大于一台时，仅在一台并网逆变器 电能，为了保证蓄电池组的安全和正常使用， 中设置５０Ｈｚ内部频率信号，由此确定并网逆 必须遵守蓄电池的保护原则。监控系统必须按 变器组的频率统一。 照蓄电池的充放电特性，通过充放电控制器完 对监控软件设计的要求，首先要确定几 成安全充放电过程。当蓄电池组放电到规定值 项原则： 时，监控系统将关闭放电回路，交流输出将关 （１）充电优先原则。在微网系统运行过 闭。下次＿＿ｒ＝作将从初始状态开始。 程中，始终保持蓄电池处于正常工作状态，当 ２主要设备的选用 蓄电池发生亏电时，优先给蓄电池充电，以保 障蓄电池的安全使用和寿命。这时并网逆变器 电池板的选用。电池板是光伏电站发电 处于关闭状态，此时不向用户供电。 的源头，电池板的质量非常重要，电池板的光 （２）充电和放电不兼容原则。即充电和 衰、隐裂、光电装换效率、开路电压、短路电 放电不可同时进行。当蓄电池正在充电时，不 流等参数，应达到国家标准要求：性能指标的 允许放电发生，当蓄电池充电完成后，即可开 一致性对于构成电池板阵列也非常重要，也符 始放电。当蓄电池正在放电时，不接受充电指 合木桶原理，在一个阵列中，由于个别电池板 令，当放电结束后，才可进行充电。 的质量低劣会影响整个阵列的发电效率。 （３）充电和供电可兼容原则。当电池板 并网逆变器的选用。并网逆变器是微网 阵列所产生的电能不但能够满足充电要求而且 系统的关键设备，要求质量稳定、可靠。适宜 有富余电能时，或者蓄电池充电进入浮充阶段 于高海拔地区，爬电距离、电气问隙以及散热 时，可开启并网逆变器，有功率地向用户 均须达到规定要求。从软件上考虑，去掉防孤 供电。 岛功能。增加可根据输出电压限定输出功率功 （４）电池板和蓄电池可同时供电原则。 能。具有４８５通讯接口。 向用户供电首先由电池板阵列供电，当电池板 充放电控制器的选用。充放电保护功能 功率不足时，输出电压下降到２１０Ｖ以下时， 必须可靠、精准，具有温度补偿特性。更重要 蓄电池开始放电，同时向用户供电。 的是，对蓄电池组进行充电，具有蓄电池组管 其次，要明确几种状态：初始化，充电＋ 理功能，能够实时监测到每块蓄电池的充放电 不供电，充电＋供电，不充电＋不放电＋供 情况，有异常情况，发出报警信号，由人工进 电，不充电＋不放电＋不供电，放电＋供电， 行处理。 故障状态（可自动恢复＋不可自动恢复）。根 蓄电池的选用。蓄电池的品质也非常重 据上述对监控软件的设计要求可画出状态转换 要，质量稳定可靠，具有高海拔地区使用性能， 流程图，即图２所示。 ２４６・电子技术与软件工程Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ４系统关键点模拟测试 在微网系统中关键部分是：并网逆变器、 充放电控制器和监控系统，如图１所示。并网 逆变器正常工作需要网侧交流电压信号，如果 在并网逆变器软件中不便于内设交流电压信 号，则可外设一个电压信号源，在并网逆变器 和电压信号源之间设置隔离电阻，目的在于既 保证了电压信号源向并网逆变器提供网测交流 电压信号，又保护了电压信号源不被并网逆变 器输出电压烧坏，电压信号源的负载能力很小。 按照图３进行模拟测试，并网逆变器能够正常 启动工作。 充放电控制器不仅需要具备充电和放电 功率控制功能外，而且需要具有蓄电池组管理 功能，对每个蓄电池工作状态进行监测。国内 有部分蓄电池生产厂家具有与电池组配套使用 的电池管理系统，可直接购置使用。监控软件 必须自行设计，可根据微网电站的资源情况， 按照监控系统状态转换流程图进行设计。根据 多年工作经验，微网系统其余部分相对较为简 单，比较容易实施。 ５小结 本文是基于实地考察和相关应用基础上 提出的，并对关键点的工作情况进行了模拟测 试，具有一定的实用价值。本文所述微网系统 光伏电站是一种开放式系统，允许多个类似系 统并网连接，实现资源共享。 参考文献 ［１］王长责，王斯成．太阳能光伏发电实用技 术（第２版）［Ｍ】．北京：化学工业出版 社．２００５． 【２］李安定．太阳能光伏发电系统工程［Ｍ］． 北京：北京工业大学出版社，２００６． ［３】杨金焕．太阳能光伏发电应用技术［Ｍ］． 北京：电子工业出版社，２００７． ［４］冯垛生．太阳能发电技术与应用［Ｍ】．北 京：人民邮电出版社，２ ０１２． 作者简介 王希望（１９６０一），男，陕西省人。大学本科学历。 现为陕西长岭光伏电气有限公司高级工程师。 主要研究方向为光伏逆变器、ｊｒ－流箱、配电柜 及光伏发电系统。 作者单位 陕西长岭光伏电气有限公司 陕西省宝鸡市 ７２１ ０Ｏ６
