周 凤

国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州 215011

0 引言

近年来，由于全球环境污染、常规能源短缺问题突出，光伏发电得到了各国政府的重视和支持。在科技进步与激励政策推动下，光伏发电产业迅速发展。地面太阳能发电系统运行方式根据是否与电网连接可分为独立型光伏发电系统和光伏并网发电系统。光伏并网系统是世界光伏发电系统的主要应用方式，光伏发电系统通过并网逆变器与电网连接，通过电网将光伏发电系统所发出的电能进行再次分配，例如供电负载或者进行电力调峰等[1，5]。

众所周知，光伏发电系统追求最大的发电功率输出。最大功率点跟踪技术（MPPT），是太阳能光伏并网发电中一项重要的关键技术。光伏发电系统普遍采用在光伏阵列与负载（或）电网之间安装了具备光伏阵列最大功率点跟踪（MPPT）功能的电力电子变换器，并提出和设计了相应的MPPT算法。一套基本的带有MPPT的光伏并网发电系统通常是由光伏阵列、最大功率点跟踪控制器、逆变器和交流电网或交流负载组成。

1 光伏并网发电中的控制方法简介

目前，MPPT控制技术主要有：扰动观察法、电导增量法、恒定电压法、短路电流法，以及模糊逻辑与人工免疫理论相结合实现MPPT、固定电压法与扰动观测法结合、固定电压法与电导增量法的占空比扰动的MPPT算法等[2，4]。

而对于光伏并网系统中的逆变器常见的控制策略包括：滞环控制、基于内模控制原理的重复控制、无差拍控制、电压外环与电流内环的双环控制、模糊控制与神经网络控制等[3]。

2 国内申请人的技术演进和发展

2.1 申请时间和申请量

以中国专利文献检索库CNABS作为入口，对检索的314篇国内专利申请进行分析，得出国内光伏并网发电技术专利申请的时间的分析结果如图1所示。

图1 时间与申请量的关系图

由图1可知，在2000-2002年，国内对于光伏并网控制方面的专利技术申请，几乎没有，原因在于我国光伏发电技术起步较晚。随着2003-2007年国内高校对于光伏并网技术的研究，光伏并网发电技术专利申请量逐渐增加；2008-2012年申请量增长迅速，一方面由于光伏发电的优越性，另一方面由于光伏发电技术的日益成熟；2013-2014年的申请量还不能完全统计，因为从专利申请至公开需要一定的时间。随着光伏并网技术的继续发展，2013-2014年的申请量可能会与2012年的申请量相近。

2.2 申请人和申请量

通过对检索的314件国内申请，从科研院校、电网公司、企业以及个人四个方面进行分

析，得出国内光伏并网发电技术专利申请的申请人分布结果如图2所示。

图2 申请人对应的数量比例

根据图2可知，申请量以国内的企业与科研院校占据多数。如上海交通大学、清华大学、天津理工大学、云南大学、东南大学等。伴随着高校申请的提出，国内企业与个人申请量也逐渐升高，其中企业的申请量已超过了高校的申请量。光伏并网发电由于其自身的优点，在电网削峰填谷、用户供电以及综合调度方面也有了逐步的应用，电网公司也提出了一些基于风光互补、能量存储与调度方面的申请。

国内科研院校的研究，围绕着光伏发电的最大功率点跟踪控制及并网控制策略日益深入，具体包括MPPT算法、Z源逆变器/多电平逆变器的设计、以及变换器的控制策略等。国内科研院校的申请分布如图3所示。

图3 国内高校申请量分布

从图3中可以看出，清华大学与湖南处于前沿地位，其次为上海交通大学、东南大学以及华南理工大学，而天津理工大学、中南大学与北京交通大学也在这方面做出了比较多的研究。

2.3 光伏并网发电技术的演进

光伏并网发电是太阳能发电的主要研究方向。光伏并网发电系统的控制一般可分为两个环节，其一为光伏阵列的最大功率点跟踪，其二为向大电网注入高质量的正弦电流。

随着国外光伏发电技术的发展，国内对光伏并网技术的研究也进入了起步阶段。根据图2与图3可知，国内出现较早的为科研院校的相关申请。上海交通大学于2003提出了实现并网发电与电网无功功率补偿的一体化方法，以CN1523726A为例，基于瞬时无功功率理论，采用dq变换实现对有功电流和无功电流的分离，同时对本地电网进行无功功率补偿，改善电网的供电质量；接着清华大学提出了dP/dV-I近线性的光伏发电系统最大功率点跟踪法，控制buck电路的占空比或并网型逆变器的PWM驱动信号，采用电流内环与电压外环控制策略实现MPPT与并网同步。

清华大学于2007年提出了同步电流矢量PI控制方法实现对并网电流的闭环控制；东南大学于2009年提出的单级三相光伏并网系统的最大功率跟踪控制方法，在继承了传统的电压PI控制器和同步矢量电流PI控制器所组成的双闭环控制系统的基础上，对清华大学提出的最大功率点跟踪控制方法提出了改进，即通过光伏阵列输出功率对电压的微分和模糊控制器的输出量，避免了扰动步长取值不当导致的跟踪精度不够的问题。

此后，东南大学提出了单级三相光伏并网系统的模糊滑模控制方法，其改进点在于引入前馈补偿；清华大学周德佳提出了高效稳定多功能的单级式光伏单相并网控制方法，其改进点在于采用FBD方法对本地负载产生的谐波和无功进行补偿；上海理工大学提出了基于人工神经网络的最大功率跟踪方法；天津理工大学提出了基于极点配置与重复控制相结合的并网控制技术；湖南大学提出了基于功率前馈的鲁棒双环光伏并网控制方法；天津大学提出了通过直流母线并联解耦电容和解耦电路实现功率解耦的并网控制方法，以及电流内环控制器采用了PR调节器；东南大学提出了级联型光伏并网逆变器的功率平衡控制方法，对各级联单元的H桥进行独立的MPPT控制，得到各级直流电压指令值，然后对总的直流电压进行PI控制，并网电流的准比例谐振PR控制和电网电压前馈控制；中国电力科学研究院提出了用于光伏并网逆变器低电压穿越的控制方法，运用PID调节器根据逆变器的d轴参考电流获得脉宽调制脉冲，通过D调节器的引入提高系统在故障发生时刻的快速响应，有效抑制故障期间的电流尖峰。

3 结论

综上可知，光伏并网发电技术的国内研究主要集中在科研院校中，目前的申请量趋于相对稳定。随着光伏并网发电技术的广泛应用，对于最大功率跟踪技术、并网技术、谐波处理、低电压穿越、微网的能量管理、电网的综合调度等方面必将有着更深入的研究，相关的申请量还会持续上升。同时，由于光伏并网发电技术的推广，越来越多的企业也参与到光伏并网发电的研究之中，申请量逐步超过了科研院校的申请数量，这对于提高我国光伏并网发电技术、解决能源危机，起到了非常重要的作用。

[1]陈炜，等.光伏并网发电系统对电网的影响研究综述[D].电力自动化设备，2013，33（2）：26-30.

[2]廖锷.基于模糊自适应PI闭环控制的太阳能并网发电系统的研究[D].中南大学，2010.

[3]赵杰.光伏发电并网系统的相关技术研究[D].天津大学，2012.

[4]孙园园.光伏并网逆变器MPPT技术研究[D].南京航空航天大学，2010.

[5]沈辉，等.太阳能光伏发电技术[M].北京：化学工业出版社，2005.