光伏發電系統運行模式無縫切換控制路徑

侯文東

摘 要：因為獨立光伏發電是通過電壓型予以控制，而并網光伏發電是通過電流型予以控制，但是，卻始終沒能實現無縫切換的運行模式。本文對這兩種運行模式都通過電壓型予以控制，以免在控制策略切換方面出現沖擊。

關鍵詞：光伏發電系統；運行模式；無縫切換；控制路徑

隨著社會經濟的發展，能源需求量也逐漸提高，使得化石能源儲量呈現下降的趨勢，因此，分布式能源研究備受關注，而光伏發電是其中比較典型的一種。因為供電可靠與靈活性的要求有所提高，很多新型供電方案都希望能夠具備獨立發電以及并網發電的能力，且在電網出現故障的時候不影響光伏發電系統的運行。為此，逆變器孤島運行模式和并網運行模式無縫切換是目前亟待解決的問題，只有這樣才能夠實現負載供電的可靠，并且對可再生能源予以充分的利用。

1 關于下垂控制研究

在逆變器無線并聯中，下垂控制是一種控制方法，針對電力系統當中同步發電機一次調頻與調壓進行模擬，進而保證逆變器的有功功率及無功功率解耦控制。通過這種方法，并聯各逆變器只要針對本身信息進行檢測，就能夠實現負載功率的自動化分配，且需要進行通信，所以，是一種對等的控制方法。而對于傳統下垂控制，假設逆變器處于并聯狀態，線路的阻抗是感性，那么就可以獲得P-f與Q-U之間的近似線性關系，即

（1）

在該公式中，f與U所表示的是逆變器的輸出頻率以及電壓，而與所代表的則是有功功率及無功功率的下垂系數。另外，P與Q則分別表示了逆變器所輸出的有功功率以及無功功率。最后，P0與Q0是逆變器的額定有功功率及無功功率。

2 光伏逆變器并網控制

在光伏并網發電過程中，要想對太陽能予以充分利用，需要前級Boost通過最大功率點進行跟蹤控制，確保光伏能夠保持最大的功率。另外，光伏并網發電系統后級逆變器通過電流型予以控制，并且利用鎖相環對電網的電壓進行跟蹤，以電流控制來對逆變器進行直接的控制，確保其實現最大功率并網。

而在逆變器孤島運行過程中，只有通過電壓型控制才能夠實現負載供電電壓及頻率的穩定性。所以，要想對模式切換沖擊進行有效控制，就一定要通過電壓型控制方案實現并網，以免在并網與孤島運行過程中控制策略切換。其中，孤島運行中，下垂控制比較常見，是一種電壓型的控制方法，所以，很難利用電流反饋對并網電流進行直接的地控制，僅僅能夠對逆變器所輸出的電壓進行稍微調整予以間接性的控制，所以，在并網控制策略方面就更加復雜。

通常情況下，電網就是無窮大的電源，而在理想狀態下，并網逆變器頻率能夠同電壓和電網強制一致。而逆變器f和U是根據電網情況來決定的，根據上述公式，也能夠確定出P和Q。這樣一來，對下垂方程參數進行合理的設計，就可以確保逆變器所輸出的功率符合需求。

3 光伏發電系統運行模式切換控制

當光伏逆變器要由并網切換至孤島運行時，傳統的下垂控制就會按照本地的負荷功率具體狀況對頻率以及電壓的幅值進行自動化調節。然而，正是因為孤島運行過程中，下垂控制與本地負荷會直接影響到逆變器頻率及電壓的幅值，所以，必然會同電網頻率及電壓幅值存在一定的差異。而要想盡量規避逆變器由孤島運行切換至并網運行中的沖擊，就應當保證并網運行之前逆變器所輸出的電壓各物理量同電網盡量保持一致，而且應當重視預同步的作用，如圖1所示：

在圖1（a）中，逆變器的頻率是f0，而所輸出的有功功率是P0，在這種情況下，在a點運行。而當啟動預同步的情況下，所檢測到的電網頻率就是。當孤島運行的時候，負荷會直接決定功率，但是，實際輸出的有功功率始終都是P0，可以將下垂曲線平移，進而實現逆變器在b點的工作。而電壓預同步的過程相同，可以由圖1（b）來表示。

如果逆變器的頻率和電網保持一致，并不代表兩者相位之間是一致的。但是，如果逆變器相位和電網始終保持一致，那么，這兩者頻率一定是一致的。為此，根據對逆變器和電網相位以及電壓方法的檢測來實現預同步。其中，f0調整量可以表示成：

在上述公式當中與代表的就是PI調節器相應的比例與積分系數，而表示的是電網相位，代表的是逆變器的相位。

根據相同的原理也可以得出U0的調整量。這樣一來，將兩者的調整量疊加至公式（1）當中，進而得出孤島同步下垂方程。

由此可見，本文對能夠實現動態化平移的下垂曲線對于光伏逆變器和并網運行模式的無縫切換進行了合理的改進，最終的改進結構可以由圖2表示：

針對線路阻抗是阻性這種情況，也可以把公式（1）合理地轉變成阻性下垂方程，并且同樣根據上述方法進行分析，進而獲取相應的改進下垂控制器。

4 結束語

在光伏發電系統孤島運行模式及并網運行模式的狀態之下，本文都采用了下垂控制的方法，所以，有效地規避了這兩種模式控制策略的切換。與此同時，對下垂控制以及光伏逆變器并網控制都進行了闡述，重點分析了光伏發電系統運行模式切換控制。在孤島運行當中，將預同步環節增加到傳統的下垂控制當中，實現了電網相位與電壓的同步追蹤，使得并網瞬間沖擊有所減小。在化石能源儲量面臨枯竭的背景下，為了更好地滿足人們的能源需求，就必須積極研發出新的可再生能源。而光伏發電的產生與應用恰恰滿足了這一需求，為了能夠實現光伏發電系統運行模式的無縫切換，仍然需要采取相應的控制措施。

參考文獻

[1]佟云劍，沈健，劉鴻鵬，等.光伏發電系統運行模式無縫切換控制策略[J].電網技術，2014，38（10）：2794-2801.

[2]王麗英.光伏發電系統運行模式無縫切換控制策略[J].城市建設理論研究（電子版），2015（22）：317.