基于110kV锥山变电站光伏并网发电系统研究

法。

　　4.2 基于模糊控制的太阳电池最大功率点跟踪控制算法

　　4.2.1 太阳电池特性

　　日照强度在极大的程度上影响太阳电池阵列的输出电流。图3 给出了不同日照强度下典型的I-V 和P-V 特性。

　　图4 为太阳电池阵列的输出功率特性P-V 曲线， 由图可知当阵列工作电压小于最大功率点电压Vmax 时，阵列输出功率随太阳电池端电压Vpv 上升而增加； 当阵列工作电压大于最大功率点电压Vmax时，阵列输出功率随Vpv 上升而减少。MPPT 的实现实质上是一个自寻优过程，即通过控制阵列端电压Vpv ，使阵列能在各种不同的日照和温度环境下智能化地输出最大功率。

　　本项目采用基于模糊逻辑的MPPT 控制算法，取得了良好地动态响应速度和精度。

　　4.2.2 基于模糊逻辑控制器的MPPT基于模糊集合和模糊算法的模糊理论可以得出一系列模糊控制规则，可以由DSP 十分简明的执行。模糊逻辑控制器的设计主要包括以下几项内容：

　　1）确定模糊控制器的输入变量和输出变量；
　　2）归纳和总结模糊控制器的控制规则；
　　3）确定模糊化和反模糊化的方法；
　　4）选择论域并确定有关参数。实现MPPT 的模糊逻辑控制器构成如图5 所示。

　　4.2.3 模糊推理算法

　　在模糊理论中，模糊控制的推理方法很多，但在模糊控制中应用较多有Mamdani 推理、Larsen 推理、Tsukamoto 推理和Takagi-Sugeno推理。本文采用Mamdani 推理举例说明控制算法， 推理规则采用“if……then……”的语句格式进行定义。

　　举例说明： “if (dP/dI is PB) and (△dP/dI is PB) and (△UDC (k-1)is P) then (△UDC (k) is PB)”。如图6 所示，“dP/dI is PB”意味着目前太阳电池阵列的工作点位于P-I 曲线的左半部分斜率较大的部分，所以大致上FLC 的输出△UDC (k)应该为正。考虑“△UDC (k-1) is P”意味着上次FLC 的输出△UDC (k)为正，即并网输出功率加大；接着考虑“△dP/dI is PB”，意味着的斜率变化为正，即当前的斜率比上次的斜率有较明显的加大。从P-I 曲线可以看出，如果日照不变，在曲线左半段，P 增加，则斜率dP/dI 是下降的，而目前斜率dP/dI 反而上升，意味着当前的日照有较大幅度的增加。为此，FLC 的输出△UDC (k)也应为较大的正值。所以△UDC(k) is PB。

　　4.2.4 精确输出量的反模糊化

　　反模糊化的目的就是必须求出能代表所有模糊输出量的作用的精确值。即在推理得到的模糊集合中取出最能代表这个模糊集合的单值。对于本文来说，FLC 的输出应该是一个确定具体的△UDC (k)提供给后级的直流电压外环控制程序。

　　反模糊判决可以采用不同的方法，用不同的方法所得的结果也是不同的。常用的方法有：最大隶属度法，重心法，系数加权平均法和隶属度限幅元素平均法。本文采用重心法。其计算表达式如下：
上式中μ(Di)为第i 个模糊输出量的隶属度，即模糊推理的结果；Di 为第i 个模糊输出量单点位置或中心元素的位置；n 为所定义的系统输出模糊量的个数，本项目中n 为5。

　　5 运行效益

　　蚌埠供电公司110kV 锥山变电站光伏系统总功率为30kW，系统直流部分效率按90％计，交流部分效率按90％计，蚌埠地区平均每天峰值日照时间按3 小时，理论系统年发电量为：30×3×365×90％×90％=26608 kWh。2009 年实际发电量为25818 kWh。

　　传统的火力发电多以煤炭为燃料且产生大量污染， 主要为粉尘、二氧化碳、二氧化硫、热污染和化学药品污染等。每年需要一大批污染处理和环保费用。太阳能发电无需消耗燃料，没有空气污染，可以节约标煤和实现减排温室气体（包括CO2，NOx 等）的作用，实现能源的清洁利用， 对保护环境， 节省能源作出很大贡献。以每发1 度电消耗374g 标煤计算，发2.6 万kWh 电消耗耗标煤9.724 吨。以每发1 度电可以少排放170gCO2，7.68gSO2计算，光伏发电2.6 万kWh 可减少CO2排放量4.42 吨，减少SO2排放量199.68kg。

　　6 结语

　　变电站光伏并网发电系统使用了太阳能这一绿色、环保无污染的清洁能源，节能、环保，而且增加了变电站站用电系统的可靠性。在夜晚或阴雨天发电量不足时，由电网给站用电负荷供电，总体上实现站用电负荷全年对于市电的“零消耗”。尽管目前太阳能光伏发电系统的造价相对偏高,相比其它发电形式来说,其经济效益并不明显,但随着光伏发电的产业化及常规能源的稀有化,其投资造价必然会逐步降低、经济效益也会越发明显。