基于离网型微电网系统的光伏逆变控制策略研究

基于离网型微电网系统的光伏逆变控制策略研究

杨彦虎

兴数能源科技有限公司 新疆乌鲁木齐市    830000

摘要：现如今，我国对电能的需求不断增加，微电网建设越来越多。光伏逆变器电压控制采用基于功率调节的下垂控制模式，利用下垂控制调节光伏的有功功率与无功功率，实现对光伏并网点电压的控制。本文就基于离网型微电网系统的光伏逆变控制策略进行研究，以供参考。

关键词：太阳能；光伏发电并网；逆变器控制

引言

太阳能是一种可再生性能源，此能源的利用，能够化解能源危机、保护生态环境。光伏发电是将太阳能转化成电能的主要技术，目前我国光伏研究不断深化，光伏产业逐步发展壮大。光伏发电技术已在交通、通信、石油和海洋等多项领域得到了广泛应用。为有效利用光伏发电技术，提高太阳能利用率，需要进一步优化光伏发电系统控制技术。应结合光伏并网逆变器控制目标，制定出太阳能光伏并网逆变器控制的有效策略，实现并网电流单位功率因数的有效输出。

1集中-局部两阶段电压控制策略框架

本文提出的光伏逆变器集中。在集中控制阶段,根据设定的模型参数,以及获取的光伏和负荷预测数据,DSO采用分布鲁棒优化算法处理光伏预测不确定性,以电压控制成本与电压越限CVaR的加权和最小作为目标函数,以分钟级的尺度(例如5min),利用MPC算法滚动优化设置、动态调节各光伏逆变器有功功率削减量(以下简称“有功削减”)参考值和所提改进Q-V下垂曲线,并利用有限的通信设施,将优化结果下发给各光伏逆变器,使得各光伏逆变器在分钟级的尺度上实现电压控制的相互优化协调,达到全局最优的控制效果。在局部控制阶段,各光伏逆变器首先根据DSO下发的信号,调整有功削减和局部控制曲线,然后以秒级的尺度(例如10s)测量本地节点电压,根据Q-V下垂曲线实时调整无功输出,实现对光伏预测误差和电压波动的快速响应。

2基于离网型微电网系统的光伏逆变控制策

2.1并网逆变器的基本控制方法

作为有源逆变系统，光伏并网系统需要实现直流电向正弦交流电的转化，并为电网进行供电。因此，光伏并网发电系统控制目标是输出与电网电压频相相同的交流电，得出稳定、优质的正弦波。并网输出电流是并网逆变器控制的重点，控制方法主要有2种，一是直接控制输出电流，先计算交流电流值，再得出交流电流反馈，在交流电流控制的基础上进行电流值的跟踪。此控制方法较为简单，动态响应较为快速，且不会过度依赖系统参数。二是控制输出电压，间接实现对输出电流的控制，以此实现对交流侧电流及功率因数的有效控制。需要以稳态电流向量为基础，根据PWM基波电压的向量幅值及具体相位，实现电压幅值及相位的闭环控制。此方法可免去并网电流检测环境环节，然而响应时效偏低，瞬时直流电流可能会发生偏移，且电路控制过程相对复杂。目前可采用数字控制算法、连续控制算法进行光伏电网逆变器控制，或是以PWM控制技术作为调制方法。综合各控制方法的优缺点，本文采用正弦波脉宽调制逆变技术进行逆变器控制，选用有效值外环控制与瞬时值内环控制相结合的方法处理电路采样信号，再通过得到的PWM驱动信号对功率器件通断进行控制，从而完成并网发电过程。

2.2不确定性优化模型求解

在不确定性优化模型中,节点电压需要通过交流潮流计算得到,计算式是注入功率的非凸非线性方程;此外,在利用分布鲁棒优化算法处理光伏预测不确定性时,目标函数为min-max形式:因此,该模型为混合整数非凸非线性模型,难以直接求解。

2.3分析控制系统误差

求解光伏发电并网逆变器控制系统的稳态误差时，应以上述推导出的分析模型为依据，采取定量方式进行分析。并网控制系统具有3种函数，一是斜坡函数，二是阶跃函数，三是加速度函数。静态误差分析时，输入信号应选择3种函数的线性组合，否则分析结果并不精准。并网电流为正弦函数，如果输入信号采用的是并网电流，那么计算逆变控制系统稳态误差的动态误差时，最好采用动态误差系数法。在PI调制模式下，得到的稳态误差属于正弦函数，由此可以判断出，光伏发电并网逆变器系统具有原理性稳态误差。

2.4通电调试

1)逆变电路两输出端依次接+24V电压，分别调节电位器，使上下桥臂采样反馈信号为5V，断开电源。2)负载开路，接通+5V、－5V、+24V，测量芯片电源供电引脚电压正常。3)不接升压变压器，接30W、20Ω电阻负载，接通电源，用信号发生器输入50Hz、3V正弦交流信号，4)断开电阻负载，接升压变压器，带220W负载;接通电源，输入信号，测量输出电压波形与幅值;调节输入信号大小，使输出电压为220V。5)接电网信号作为输入信号，接通电源，检测逆变输出信号幅值和相位;与电网信号进行比较，调节电网电压互感器取样信号大小和相位，使输出电压信号略大于电网电压，相位相同。

2.5光伏发电并网逆变器控制实施

光伏并网逆变器兼具独立运行及并网运行2种工作状态，独立运行模式下，以电压型电源逆变器作为系统，主要是针对输出电压进行控制。而并网运行时，以电压型电流源逆变器作为系统，控制对象转变为输出电流。因此，利用正弦波脉宽调制逆变技术进行电流跟踪时，需要在PWM载波频率恒定条件下进行，同时要设定不变化的开关频率，并以电流偏差调节信号作为调制信号。开关频率固定的目的是减少功率器件开关耗损量，并简化输出侧滤波电感设计。为此，光伏发电并网逆变器控制时，需要联合应用有效值外环控制及瞬时值内环控制2种方法。断开开关S2情况下，光伏发电并网逆变器处于独立运行状态，在电压闭环条件下进行工作。如果开关S1连接到节点2上，此时可以控制逆变电压，输出的是正弦波电压，输出电流不会对逆变器产生任何影响。同时还可利用数字锁相环技术，确保输出电压、电网电压频相一致，以降低并网后电网所受到的冲击。闭合S2时，逆变器则处于并网运行状态，在电流闭环条件下工作。此时，可使S1连接到节点1，这主要是对输出电流进行控制，由于输出电压比电网电压略高，因此，也可以利用数字锁相环技术进行二者的频相调整。构建完成电流环且待此环处于稳定状态后，可将S3开关合上，此时，输出波形会形成逆变器的控制内环，而输出电压与输出电流的有效值则共同构成控制外环。此种双闭环控制结构的应用，能够提升逆变器的负载能力，并可使输出电压及输出电流的波形、幅值均达到设计标准。此外，此种控制结构还可实现逆变器独立运行与并网运行2种运行状态的灵活切换，且并网时无电流通过，控制效果相对理想。

3加强光伏发电对电力系统的管控措施

3.1加大管控力度，优化管控措施

建立健全的管理系统和机制，对电力工程的每个建设环节进行优化。在项目的每道工序完成后，可以将项目的招标结果、图纸信息等信息提供给电力公司。在生产车间的指导下，对生产过程中的各种图纸进行审查，保存好生产过程中的各种数据。在项目建设的前期，要对项目的预算方案展开详细的审查，并对其负责，保证在项目的计划工作中，建筑材料的使用效率。要强化对全部设备、全部物料的监控，使其达到最大限度地发挥作用。依据电力工程管理工作的实施范围和具体内容，为其提供相应的人力、物力和财力。要根据具体情况，建立相应的监督机制，确保技术人才的作用得到最大程度的发挥。对电力工程的每个过程进行了详尽的分析，并对有关的技术内容展开了有效的管理，将在光伏发电技术管理工作中出现的问题进行了整理，并给出了相应的对策，这既可以减少了安全事故的发生，也可以显示出电力工程管理工作的重要意义，从而提高了电力工程的总体质量。

3.2设置逆变模式

首先，逆变器的选择应基于其效率、稳定性和兼容性。高效率的逆变器能最大化电能的转换和传输，而稳定性和兼容性则确保在不同负载和电网条件下的可靠运行。其次，逆变器的控制策略也至关重要，它应能实时响应电网的需求和状态变化，如频率和电压调节，以及在电网故障时的快速断路。最后，为适应电网的动态变化和提高系统的鲁棒性，逆变器应具备多种工作模式，包括最大功率点追踪（MPPT）模式、电压控制模式和频率控制模式等。在实际应用中，逆变器的设置还需考虑与电网的协调性和系统的整体优化。例如，通过先进的控制算法，逆变器能够预测和响应光伏发电的波动，从而减轻对电网的冲击。同时，逆变器应具备与电网管理系统的通信能力，以便在需要时进行远程控制和调节。这种智能化和网络化的逆变器不仅能提高并网的灵活性和效率，还为电网的稳定性和可靠性提供重要保障。随着光伏发电技术的发展和电网需求的变化，逆变器的设计和设置也在不断进步。现代逆变器不仅需要处理基本的电能转换任务，还需集成更多高级功能，如能量管理、故障检测和响应，以及环境适应性调整等。这要求逆变器能够在各种工作条件下保持高效和稳定的性能，同时具备足够的灵活性来应对未来的技术升级和电网的变化。此外，逆变器的设计也应考虑系统的可维护性和可扩展性，确保在长期运行中能够轻松维护和升级。为进一步提升并网效率和电能质量，逆变器的设置也应整合到更广泛的能源管理系统中，与储能设备、智能电网技术以及其他可再生能源系统协同工作。

3.3模拟实验和综合评析

为了进行模拟实验，就某地区分布式光伏发电系统并网点进行研究，基于计算机，通过电能质量治理装置、智能技术、检测手段等，分析其工作效果。以这为依据，用电脑来仿真它的参数，它的动态指数中，包含了天气的情况、低压电网工作异常、光伏发电系统工作异常等。从而对电网的谐波进行积极有效的控制，当不能正常运行时，预警会被及时发出，即分布在各处的设备，进而达到电网工作所需。

结语

综上所述，采用不同的控制方法均能将配电网中的节点电压基本控制到安全运行中。而本文所提控制方法能够尽可能地提升逆变器的功率调节能力，控制效果更好。在降低光伏的有功功率削减程度上能够到达最优，从而减少弃光，提高光伏的利用率。选用有效值外环控制与瞬时值内环控制相结合的控制策略，绘制出了逆变器控制结构图，并阐述了逆变器独立运行与并网运行时的控制模式，验证了此种双闭环控制结构在太阳能光伏发电并网逆变器控制方面成效显著。

参考文献

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