摘摇 要:光伏发电作为新能源接入电网,逐渐被广泛的应用。 通过对光伏发电系统的模型进行建模,并对光伏发电并网控制策略进行分析研究,针对其中的电网不平衡情况下的控制方法进行介绍,对其中的无差拍电流预测控制进行重点介绍,并根据控制对象的不同及不同状态进而对光伏发电采用不同的控制策略。 最后结合未来的趋势对光伏发电技术的发展前景进行展望。

引言
        近年来随着分布式发电的广泛应用,清洁能源发电越来越多的被重视。 其中的光伏发电作为分布式发电的一种也被广泛的研究,伴随光伏发电的不断增大,其在电网中并网的比例相对增加,由于非线性负荷及不平衡负荷等的存在,其所引发的问题也日益凸显出来。 当大规模的光伏发电系统并网时,对电网的电能质量问题及光伏发电系统自身发生故障时,对电网的分离速度等运行状况的影响,成为重要的关注点。针对光伏发电系统的并网及控制问题,学者们对此进行了一些研究,并且各国根据自己电网的情况,也对光伏发电的并离网情况做出了严格的要求,如并网时谐波畸变率的含量,孤岛情况下电压的不平衡状况等。 目前我国对光伏发电的高度重视,使得光伏发电在国内有了一定的发展,由于受到输变电线路等影响,投入并网的光伏电站容量还不够大,光伏发电在电网并网中所占的比例还不够高。 当电网发生故障时,并网点的电压会发生电压跌落,光伏发电会与大电网发生断网运行,但这对系统的影响比较小,因为对大电网而言,光伏发电的系统很小,其是作为一个辅助电源甚至负荷来并入电网 [1-2] 。

         此外,当光伏发电在大电网中的比例逐渐增大的时候,对于大电网而言其影响将会增大,当大电网发生故障或者波动时,就会造成光伏发电的脱网,严重的冲击大电网的保护运行,这样会造成大电网一定的波动,大电网的波动影响了连接在大电网上的其他发电系统,导致其他发电系统的脱网,使整个区域电网处在一个不稳定状态。 通常情况下,当电网电压降低到一定值时,为保证光伏发电的自身运行,光伏发电系统会自动的脱网,即孤岛运行,这使得光伏发电系统能够自己独立的对负荷进行供电,保证重要负荷的运行,这在小型的光伏发电系统中可以运行,但随着光伏并网容量的逐渐增大,转子流量计故障时光伏系统的孤岛会造成电网电压和频率的崩溃,这就引起很多问题。因此对光伏发电系统的并网控制策略的研究,对于高效的利用太阳能有很重要的现实意义 [3] 。

1摇 光伏并网逆变器控制策略
        光伏并网发电系统,主要由光伏阵列、电力电子变换装置、滤波器、各种控制器、本地负荷及交流电网组成,如图 1所示。

        光伏并网的控制策略有很多,根据其控制方式的不同分为电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制和电流源电流控制四种。 在光伏并网时,逆变器的输入形式常以电压源方式输入 [4] 。 故对逆变器的控制方法通常分为电压控制和电流控制。 当对逆变器的控制采用电流的形式,则需要控制逆变器的输出电流来跟踪电网的电压,从而实现并联运行 [5] 。 上述的电流、电压控制相对简单,因此光伏并网逆变器

通常采用电压源输入、电流源输出来进行并网的控制 [6-7] 。逆变器作为光伏并网发电系统与电网接口的主要设备,其控制技术已成为研究的热点,下面就常用的几种控制方法作一全面的剖析。

1前级与后级 DC-AC 变换器控制策略
        光伏发电逆变器的前级 DC-DC 变换是对最大功率的控制进行跟踪,光伏电池的功率输出有最大值和最小值,通过对功率变化的跟踪,来输出需要的最大功率。 在不同的温度、光照等情况下,光伏发电的功率会受到不同的影响,所以对最大功率的跟踪对光伏发电系统的利用率及设备的研究控制很有必要 [8] 。后级 AC 变换器通过对雷达液位计前后级间的直流母线电压进行稳定,来实现光伏发电的发出功率、电网的输入功率及储能装置的功率之间的平衡;实现系统输出电流的控制,对波形的质量进行优化,使输出电流能够跟踪电网的电压,正常的运行在工作状态下。 在故障情况或波动情况下,通过控制的命令进行功率的输出。 前级后级 DC-AC 变换器采用瞬时有功无功理论,PQ 控制方法得到交流参考电压,利用 SVPWM 进行斩波,通过控制开关量来控制波形的输入 [9] 。 其参考电压 u d 、u q 的控制方程可表示为如下。

P=VI (2)
将式(2)两边的输出电压 V 进行求导,则可表示为
dPdV=I+VdIdV(3)
由光伏电池的输出特性可知,当 dP/ dV=0 时,光伏阵列
的输出功率最大 [11] 。 因此,当系统工作在输出功率最大时,
式(3)可化简为
dIdV=-IV(4)
        在数字处理中,常用 驻I/ 驻V 近似代替 dI/ dV,则使用电导增量法进行最大功率跟踪时判据如下:当 驻I/ 驻V>dI/ dV 时,系统工作点位于最大功率点左边;当 驻I/ 驻V=dI/ dV 时,系统工作点位于最大功率点处;当 驻I/ 驻V<dI/ dV 时,系统工作点位于最大功率点右边;如果系统工作点不在最大功率点处,则在下一个计算周期,将电压参考值增大或减小 驻V,直到工作点位于最大功率点处。

        由于光伏阵列的最大功率点易随外部环境的改变而变化,要使光伏阵列工作在工作点处,智能电磁流量计系统必须能够快速的调整,根据外界环境的变化而做出响应。 如果外部环境变化较大时,PI 控制器不能快速准确的进行系统的响应,PI 控制器的参数需根据环境而变化。 因此,图 6 设计了一种 MPPT 控制策略,采用自适应 PI 技术的电导增量实现 MPPT 控制

        光伏并网逆变器控制策略综述摇 李晓纯,等使得电网输出电流和参考电流一致,从而改变电能质量,并且与实际有很好的配合。 除此之外,无差拍电流预测控制策略可以减小直流分量、功率因数等校正算法的编程量。
图 7摇 无差拍算法的时间控制原理图
图 7 为无差拍电流预测控制算法的时间控制图,在 k 时,
        采样得到当前的实际电流,然后再根据受控系统的数学模型和下一个周期的系统期望输出的电流,通过模型计算,得到符合系统输出要求的电压指令,最后通过 SVPWM 产生 PWM 脉冲驱动逆变器,从而使逆变器在下一个周期以实际输出电流的最优特性跟踪期望电流。

        针对三相并网逆变器的情况,文献[13]提出在同步旋转坐标系下的无差拍电流预测控制方案,即先将一般坐标系下的量转换到旋转坐标系下,再对有功、无功电流进行无差拍控制。 该方法能实现对目标值的控制,但需要在理想情况下。针对储能系统 LVRT 控制,文献[14]提出了一种基于预测电流控制原理的 LVRT 控制策略,并通过了仿真和实验验证。 无差拍电流预测算法在 LVRT 的应用,证明了其方法的优越性。

2 结论
        光伏并网的控制是光伏系统发电的必要条件,是关乎新型能源利用的关键技术,对于未来微电网的智能化、高效化、普遍化极为重要。 随着新能源、智能电网技术、柔性电力技术等的发展。 光伏发电系统简单,但控制系统复杂,对光伏系统的定容与选址还应与电网规划相协调,以确保电网的安全稳定为前提,同时应注意最大化整合利用光伏范围内的多种综合能源并进一步对光伏发电系统在偏远地区、城市负荷中心等不同场景下的应用进行细分研究 [15] 。

       在经济运营方面,光伏发电系统的经济运行目前尚缺乏电力市场运营的大背景,离商业化运营还有一定的距离。 但是伴随光伏发电占有率的不断提高和设备成本的下降,经济性也将逐步提高。 一些能够被电网和用户认可的运营方案还有待进一步的研究和完善,以实现光伏发电的高效、经济运行。