大型光伏電站并網特性和運行控制技術研究

張磊

（中廣核新能源內蒙古分公司，內蒙古 呼和浩特 010020）

大型光伏電站并網特性和運行控制技術研究

張磊

（中廣核新能源內蒙古分公司，內蒙古 呼和浩特 010020）

針對大型光伏電站并網特征以及運行控制技術相關問題，從并網運行需要解決的問題方面入手，做了簡單的論述。光伏電站并入電網運行，將會對電網系統造成一定的影響，比如孤島效應與諧波污染無功補償等，這些均是光伏電站并網運行所需要解決的問題。光伏發電輸出具有不連續性以及不確定性，因此加強并網運行控制技術的研究，有著現實的意義。

大型光伏電站；并網特性；運行控制技術；不確定性

隨著能源資源緊缺問題的日益突出，使得清潔能源的開發與利用成為全球研究的重點內容。我國大力推廣可再生的清潔能源發電技術，以實現低碳運行。電網未來的發展趨勢，將會不斷地朝向光伏并網發電以及大型化光伏發電等方向發展。光伏并網發電能夠提高發電的效率，提高并網容量，有助于實現低碳電網運行，前提需要解決各類負面影響。

1 光伏并網發電概述

新能源中，光伏發電具有較強的安全性以及無污染，在發電的過程中無噪聲，而且光伏資源較為豐富，進而被廣泛的應用。光伏電站并網化以及大型化，使得電站的發電效率與容量等得到了極大的提升，實現了低碳運行?，F階段，我國已經建設了10MW、50MW級的光伏電站，正在著力研究100MW級光伏電站。

2 大型光伏電站并網特征

2.1 并網系統結構

大型光伏電站并網系統，其網絡拓撲結構主要分為單級結構以及兩級結構。單級網絡結構指的是光伏電站輸出的直流電，其直接經由DC/AC逆變器，進而逆變為和電網系統電壓幅值與頻率相同的電能。兩級網絡結構則是將大型光伏電站所輸出的直流電，先經由DC/ AC轉換器升壓，再利用二級DC/AC逆變器，將其逆變為指定的交流電，最終實現并網。大型光伏電站并網，因為控制系統較為復雜，為了能夠降低電能損耗，所以多采用單級結構，如圖1所示。

2.2 輸出特性

就光伏陣列數學模型分析情況能夠得知，光伏電站出力，其受到環境條件影響較大，若太陽輻射照度以及環境溫度變化，則電站光伏陣列輸出電壓也將會隨之變化，同時輸出功率也將會發生變化。就P-U特性能夠了解，基于特定時刻環境參數，光伏電站輸出功率具有最大功率點，而且是唯一的。為了能夠全面的提升光伏電站的發電效率，使用MPPT，當環境因素發生變化時，確保光伏電站能夠始終處于最大功率點運行。通常情況下，不同環境下光伏電站輸出有著較大的區別，若為晴天，則光伏電站的最大發電量時刻在中午段。若為陰天，則難以預測發電最大值，光伏電站的功率輸出具有較強的隨機性，功率輸出相對較少。就季節條件而言，冬天光伏電站的發電量相對較小，因為平均光照時間較少，加之環境溫度相對較低。

圖1 大型光伏電站并網系統結構示意圖

3 大型光伏電站并網運行控制技術

3.1 逆變器控制技術

3.1.1 逆變器

大型光伏電站建設，主要是接入光能源，因為技術與設備等各種因素的影響，使其對電網產生的影響較大，負面影響主要包括孤島效應的產生以及諧波污染等，此類問題已經成為光伏電站運行控制技術研究的主要內容，對逆變器控制策略也提出了新的要求。因為逆變器應具有功率控制功能以及諧波電流補償功能等，能夠減少光源接入對電網的不利影響。大型光伏電站系統結構多為單級結構，因為介于兩級結構中由DC/DC轉換器承擔的最大功率點跟蹤控制，需要由逆變器控制實現?；诖诵枰褂镁邆涠喾N控制模式的逆變器來實現光伏變電站并網運行，而結合有功功率控制功能、MPPT控制功能、無功與諧波電流補償控制功能的控制模式，是最佳的選擇。

3.1.2 逆變器的控制

大型光伏電站并網控制研究中，逆變器控制技術是重點內容，逆變器控制主要分為以下形式。

（1）電流瞬時控制。在實際控制中，主要通過電流滯環瞬時控制形式，或者利用開關頻率控制形式。電流瞬時值控制多采取雙閉結構形式，外環形式為直流電壓反饋控制環，而內環形式為交流電流控制環。逆變器并網控制是利用電壓調節器，來輸出電流幅值，并且和網壓單位實現連接，進而獲得電壓信號。當電流誤差與固定電環寬度相比較大時，則滯環比較器將會做出相應的反應，借助逆變器形式，實現對輸出電流的控制，促使電流能夠回到滯環內。為了確保并網控制的效率，需要對逆變器電流并網運行加強控制，以確保并網運行的穩定性。

（2）雙閉環電路控制。對于大型光伏電站逆變器并網控制，多采取雙閉環電路，實現逆變器控制，多采取電流側交流電壓形式、電壓同步環節控制形式、PWM調制環節控制形式等，利用電壓交流逆，來確保逆變電流運輸過程的穩定性，以輸出功率為主要控制形式，來確保并網控制運行的安全性以及穩定性。

（3）無差拍控制。主要是采取系統狀態方程，將電流零誤差作為控制標準，反饋電流運行情況。大型光伏電站逆變器控制采取無差拍控制形式，能夠對狀態方程以及輸出反饋信息等，做出全面的推算。在進行推算時，需要綜合考慮以及分析電流環寬度，以此確保運算的精準度，確保逆變器并網控制的性能。在實際控制期間，若系統電壓偏離，則需要作出全面跟蹤，以提升區域運行的穩定性，以此避免電力系統出現不必要振動。

3.2 最大功率控制技術

為了能夠實現電網運行最大功率跟蹤控制，在電流連續運行狀態中，Boost電路需要滿足其中Vpc指的是光伏陣列輸出電壓，而Vdc指的是逆變器出入側的直流母線電壓。大型光伏電站逆變器，在并網控制期間，主要是利用反饋電網功率，而實現的全面控制。實際控制的過程中，要確保直流母線電壓運行的穩定性，利用D調節模式，實現電流電壓調節，采取VPc輸出電壓來提高電壓功率，進而實現跟蹤控制，確保并網控制性能。

3.3 低碳調度

大型光伏電站并網運行控制中，需要兼顧電能生產，并且要最大程度上控制電力生產過程中CO2的排放，即低碳調度控制，屬于智能電網調度控制的主要模式。低碳調度的最佳狀態是電站并網運行的過程中，由光伏電站盡可能的承擔多數供電任務，促使并網運行的過程中，實現低碳調度，也就是實現光伏發電最優調度，借助儲能系統。大型光伏電站并網生產中，多使用儲能電池，利用低碳效益評估數學模型，進行并網調度評估。總的來說，為了能夠促使大型光伏電站實現低碳調度，進而獲得最佳的低碳效益，可以借助復雜控制系統，采取控制儲能系統與逆變器等方式，來確保并網點處的電網運行安全，以及電能質量，實現光伏發電量最大化，實現發電量最優，確保其可以終止保持在較低的水平。低碳調度是智能電網實現可持續發展的主要途徑，發揮著積極的作用，但是能夠實現低碳調度，還需要綜合考慮各種因素的影響，以探索最佳的低碳調度模式。

4 結語

大型光伏電站并網特征，主要表現在并網系統結構與輸出特征等方面。大型光伏電站并網系統結構主要是多單級結構，以降低電能損耗。光伏電站并網控制技術的研究重點是逆變器控與輸出功能，基于此進行研究與探索，以提升光伏電站并網運行的效率。

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