分布式光伏发电并网功率直接控制方法

分布式光伏发电并网功率直接控制方法

刘丽莎

泉州供电公司， 福建 泉州 362000

摘要：随着我国社会经济和科学技术的快速发展，对电能的需求量持续增加，以太阳能为主的可再生能源并网发电已获得了更多的应用和发展。分布式光伏发电并网对总体电力系统运行的安全性和稳定性有非常关键的作用，接入部位与注入容量对配网的电压分布具有很大的影响。鉴于此，本文主要探析了分布式光伏发电并网功率直接控制方法，以供参考。

关键词：分布式；光伏发电；控制方法

引言：近年来，我国的光伏产业得到了全方位的发展，许多政策对分布式光伏发电提供了很大的扶持。同时要求电力公司大力采取分布式光伏发电并网方式，优化技术，提升服务质量。而由于分布式光伏发电并网容量的持续增加，对电网系统产生很大的影响。

1. 分布式光伏并网发电系统与光伏并网发电系统的相关概述

1. 分布式光伏并网发电系统

其特征为：包含滤波器、并网系统的电阻值较高，R/X 比值近似 1。光伏并网发电模式的无功功率和有功功率直接控制方法的共性均属于有功功率和无功功率解耦控制系统，就是借助 dq0 坐标转化，把三相变转化成两相解耦电气量值，针对无功功率和有功功率先后实行控制。最终采取 dq0 反向转化得到所需电气量值。这种方式的原理明确、控制准确，但需注意：有功功率仅和电压相角存在关联，无功功率仅和电压值存在关联，R/X 的敏感性较大，在配网中并不适用^[1]。

关于分布式光伏并网发电电路拓扑。图1中，IPV、UPV分别为光伏阵列输出电流和电压；m_a、α分别为 PWM 逆变器的幅值调制比和移相角；U1∠θ1、P1+jQ1分别为逆变器交流侧输出电压和功率； U2∠θ2、P2+jQ2分别为光伏发电系统并网点电压和注入电网的功率。并网交流电路由滤波电路和耦合电抗、隔离变压器等组成，如图2虚线框所示。图2中，滤波电路用于滤除逆变器交流侧 PWM 波形中的高次谐波，耦合电感 L_c 用于控制光伏发电系统向电网输送功率的大小，隔离变压器起隔离直流分量的作用，LT为变压器等效电感。

图1 分布式光伏并网发电电路图

图2 分布式光伏发电并网交流电路

2. 光伏并网发电系统

其属于合理利用太阳能最有发展空间的一类方式。当前时期，我国光伏并网发电的年度加装容量已经高于全球总加装容量的 7/10，发展速度非常快。这种发电能够分成规模性集中模式与分布式，后者通常就是指屋顶光伏电池发电模式，两种模式先后并到高电压电网与中电压、低电压配络中。该研究主要以并进低电压配网的分布式光伏并网发电网络作为分析目标，研究无功功率和有功功率的直接控制方式。

2. 阻尼电阻的选择

普通光伏发电单相分布式并网主要由光伏列阵、交流/直流电压源型逆变器以及交流电路所构成。并网交流电路主要由子滤波器、耦合电感以及隔离变压系统构成。子滤波器主要功能是滤掉反流器交流端的高次谐波，耦合电感主要作用是对发电系统向着电网系统传输功率进行控制，隔离变压系统主要作用是将直流分量隔绝。阻尼电阻对滤波器的阻尼有直接的影响，科学选择阻尼电阻对光伏并网滤波器运行的稳定性有非常关键的作用。单相桥脉冲宽度调制逆变系统的谐波分量：fh = nfc ± kf （1）其中，fh 代表谐波频率，fc 代表载波频率；fr代表频率调制。n=1，3，5，7……的时候，k=0，2，4，6，8…；n=2，4，6，8……的时候，k=1，3，5， 7……。不难发现，逆变阶段形成的谐波次数处在载波频率和频率倍数频率周围，没有低次谐波，所以要选取高音消除滤波器。当前时期，应用电子接口的分布电源应用的滤波系统多以无源滤波器为主。普通无源滤波器的低通作用和高频成分衰减特点具备优势，可因由阻尼较低，容易出现振荡问题，运行稳定性较差。为了消除这个问题，需在无源滤波器中安装阻尼电阻^[2]。
选取阻尼电阻过程中，需重视如下几个因素：阻尼电阻效果、高频成分衰减特点以及阻尼电阻的损耗。阻尼更大，遏制谐振效果就更好，阻尼效果显著，可高频衰减效果降低，相应的电阻阻尼损耗就更多；相反来说，阻尼更小，电阻阻尼的损耗就更少，高频成分衰减特征提升，可电阻阻尼成效下降。在现实的选取过程中，需具体权衡分析，在符合之前两个因素的基础上，电阻阻尼尽量小。如果电阻阻尼比已明确，也能够合理提升滤波器的截止频率，进而使阻尼下降。

3. 注入电网功率模型和其运行范围

1. 注入电网功率模型分析

图3 光伏发电系统等效电路图

通过公式推导，基于单相桥逆变系统的特征，能够得到：U₁=m_aU_PV

忽略并网交流电路及逆变过程中的功率损耗，根据瞬时功率平衡关系及PWM原理可得P₁≈P₂≈P_pv＝U_pvI_pv

2. 运行范围

因光伏列阵具备最高功率点的跟踪作用，如果阳光照射环境发生改变，发电的改变幅度较高，则输出电压几乎没有改变。如果光伏发电并网电压一定，从上述的公式中能够推算，对 m

_a与α进行调节就能够对并网点的有功功率与无功功率进行控制。通常情况下，m_a能够选取区间[0，1]中随意的一个数，可m_a比定值小的情况下，则表示交流端为低电压，会造成光伏发电系统自电网端吸入较多的无功功率，对并网点和周围节点电压产生不良影响，干扰了电网系统的正常运作。现实中，能够基于光伏列阵发电电压和并网处电压值，且对发电范围进行研究，科学选取 m_a的选择范畴^[。

3. 直接控制方式

这种控制方式就是基于光伏发电并网点电压水平，于运行范围内直接选择运行点。相应的脉冲宽度调制比以及移相角就是需要的变量。选择运行点的过程中，需根据上述公式推算出的功率平衡联系，决不能随意选择。另外，运行点相应的单口网络端钮电压和电流有效值的乘积需符合逆变器的容量限制。为保证选择运行点时具备规律，能够基于光伏发电并网点电压的取值范畴，预先明确相应的运行点，并列出表格。使测量光伏阵列有功输出和并网点的过程中，能够直接查询表格，获得相应的控制变量，提升控制工作的便捷性。

结束语：综上所述，对分布式光伏发电并网功率直接控制相对复杂，对其进行充分的研究分析，能够切实消除目前光伏发电中的各类缺陷，并提供合理简便的方法和凭据，更好地利用太阳能这类可再生能源，以保证充足的电力供应和高品质的服务，最终为贯彻可持续发展战略提供一份助力。

参考文献：

[1]王晓儒. 分布式光伏发电并网功率直接控制方法[J]. 大科技, 2018, 000(023):70-71.

[2]刘震宇. 分布式光伏发电并网及控制方式分析[J]. 黑龙江科技信息, 2017(16):78.