陈创业，雷乘龙

（1.甘肃畜牧工程职业技术学院-智能与信息学院，甘肃 武威 733006；

2.国网甘肃省电力公司天水供电公司，甘肃 天水 741000）

0 引言

图1 传统分布式光伏发电系统的基本结构

智能建筑微电网系统的提出，主要是为了解决能源短缺问题与电网可靠性问题，智能建筑微电网技术研究的是由分布式微型电源与智能建筑负荷共同构成的微电网系统的运行与控制，分布式微型电源满足智能建筑负荷对电能质量、供电可靠性的要求[1]。与其他分布式电源相比，光伏发电系统具有资源成本低、供电可靠性高、环境友好等诸多优点[2]。对于电力系统而言，与传统供电系统相比，智能建筑微电网系统的线路负荷与线路损耗减少，有利于提高公共电网运行可靠性，对于智能建筑而言，与传统供电系统相比，智能建筑微电网系统将太阳能作为电能来源，有利于提高用户用电经济性[3]。本文主要是以基于智能建筑微电网的分布式光伏发电控制系统为研究对象，对智能建筑微电网系统所需要的分布式光伏发电系统的控制环节进行分析与研究，通过理论分析与软件仿真证明基于智能建筑微电网的分布式光伏发电系统的优势。

1 基于智能建筑微电网的分布式光伏发电控制系统功能需求分析

图2 改进分布式光伏发电系统的基本结构

2 基于智能建筑微电网的分布式光伏发电控制系统控制流程分析

图1所示为传统分布式光伏发电系统的基本结构，对于智能建筑而言，采用分布式光伏发电系统进行供电，需要解决的主要问题就是分布式光伏发电系统电能的生产与消耗，在图1中，当分布式光伏发电系统发出的电能无法满足就地负荷的电能需求时，就需要由储能装置/公共电网为就地负荷供电，当分布式光伏发电系统发出的电能可以满足就地负荷的电能需求时，剩余的电能可以储存在储能装置中，作为备用电源。为了提高分布式光伏发电系统的能源利用率，也为了提高分布式光伏发电系统内部的功率平衡效率，对传统分布式光伏发电系统的结构进行改进，如图2所示，分布式光伏发电系统由分布式储能装置、分布式光伏电源和就地负荷组合而成，采用这种系统结构的优点是降低运行成本、提高电能质量、提高分布式系统利用率等。

分布式光伏发电控制系统的流程分析，首先对分布式光伏发电系统中的光伏电源、储能装置、就地负荷进行编号，（光伏电源1…光伏电源n、储能装置1…储能装置n、就地负荷1…就地负荷n），就地负荷1-n并不表示单一的用电负荷，而是该光伏电源供电范围内的用电负荷总和；编号完成后对分布式光伏发电系统中的各分布式光伏电源、储能装置和就地负荷的功率分布情况进行初始化，初始化信息包括从1-n的n个分布式单元，各个单元内的光伏电源的输出功率PGi(i=1…n)、储能装置的输出功率PSi(i=1…n)和就地负荷的用电功率PLi(i=1…n)。从编号1的分布式单元开始遍历，首先判断储能装置的状态，PSi＞0则储能装置输出电能，PSi＜0则储能装置储存电能，PSi=0则储能装置不工作；其次判断PGi+PSi与PLi的数值大小，判断光伏电源和储能装置是否能够满足用电负荷需求。

3 基于智能建筑微电网的分布式光伏发电控制系统的设计

图3所示为分布式光伏发电控制系统的设计示意，以两个分布式单元为例进行说明，分布式单元1包含有光伏电源1、储能装置1和就地负荷1，分布式单元2包含有光伏电源2、储能装置2和就地负荷2。在不同的条件下，光伏电源1可以分别向就地负荷1、储能装置1和就地负荷2供电；储能装置1可以分别向就地负荷1、就地负荷2供电；同样地，光伏电源2可以分别向就地负荷2、储能装置2、就地负荷1供电；储能装置2可以向就地负荷2、就地负荷1供电。

图3 分布式光伏发电控制系统的设计示意

这里涉及到优先级别的问题，对于光伏电源而言，用电设备的优先级别应当是本单元内的就地负荷、其他单元内的就地负荷、储能装置，对于储能装置而言，用电设备的优先级别应当是本单元内的就地负荷、其他单元内的就地负荷。按照第2节的控制流程分别对分布式光伏发电控制系统中的各个模块进行设计[4]。

光伏电源的输出特性受到光照强度、环境温度等因素的影响，对光伏电源的内部结构进行等效模拟后，可以将光伏电源等效为由直流电流源、二极管和电阻构成的数学模型，光伏电源输出的电流分成两部分，一部分电流流经二极管以激励二极管导通，一部分电流流径负载电阻并产生电压降。

光伏电源的数学模型可以表示为

其中，IL为光伏电源的总电流，U为负荷端电压，RL为负荷电阻，Ibk为流径二极管的电流。

储能装置通常为蓄电池，蓄电池的充放电过程较为复杂，通过简化可以将蓄电池等效为由电动势、电阻、电容等构成的数学模型，储能装置的数学模型分为两个支路，支路一包括电动势、阻容并联RC、过充电电阻和内阻，是储能装置的主反应支路；支路二由二极管构成，是储能装置的寄生反应支路，考虑的是储能装置在充电过程中的附加反应。

储能装置的数学模型可以表示为

其中，E为电动势，I为负荷电流，R0为储能装置内阻，I1为阻容并联RC里流过电阻的电流，R1为阻容并联RC里的电阻，IE为负荷电流经二极管分流后的电流，R2为过充电阻。

就地负荷分为恒功率负荷、恒电流负荷与恒阻抗负荷，恒功率负荷的负荷功率恒定，恒电流负荷的负荷电流恒定，恒阻抗负荷的负荷阻抗恒定。

在对分布式光伏发电系统的各个模块进行理论分析后，利用matlab建立系统模型并进行仿真分析，分布式光伏发电控制系统的主要控制算法如下，

if PS1＞0//检验分布式单元1储能装置的状态，充电/放电/既不充电也不放电

while(1)

if PG1+PS1-PL1==0 //如果分布式单元1输出电能恰好等于用电负荷所需电能

out1=0 //out1=0表示分布式单元1功率平衡

break

elseif PG1+PS1-PL1＞0 //如果分布式单元1系统输出电能大于用电负荷所需电能

out1=1 //out1=0表示分布式单元1在向分布式单元2提供电能

break

else out1=2 //如果分布式单元1系统输出电能小于用电负荷所需电能，out1=2表示分布式单元2在向分布式单元1提供电能 break

end

end

PS1=0、PS1＜0以及分布式单元2的电能供应情况与此类似，由于本次测试以两个发电单元为例进行说明，因此可能存在分布式单元1功率平衡、分布式单元2供电不足的情况，此时算法输出结果为out1=0，out2=1，即分布式单元2在接受分布式单元1提供的电能，这种输出结果在此条件下并不符合逻辑，这种情况下的分布式单元2可能是在接受分布式光伏发电系统中其他分布式单元提供的电能，也可能是在接受公共电网提供的电能[5]。

分别设定五种情况，表1所示为不同情况下进行测试的结果，从表中可以看出，控制系统可以根据输出结果判断此时各个分布式光伏发电单元的功率平衡状况。

表1 不同情况下的测试结果

4 结语

分布式光伏发电系统向着小型化与智能化的方向发展，它绿色环保、能源充足、供电可靠性高等优点也非常适合应用于智能建筑。采用分布式光伏发电系统进行供电，需要解决的主要问题就是分布式光伏发电系统电能的生产与消耗，分布式光伏发电控制系统需要保证分布式光伏发电系统的稳定运行与功率平衡，本文对该问题进行了理论分析与仿真测试，证明了设计结果的有效性与实用性。