光伏發電PQ控制策略研究

安徽理工大學電氣與信息工程學院 潘惠琴

為了提高光伏電池的利用率，從PQ控制原理入手，搭建PQ控制模型，測得THD畸變較小，保證了并網電流質量，滿足并網控制精度要求，證明了仿真模型的正確性和有效性。

0 引言

隨著全球工業化的迅速發展，對傳統的不可再生能源的需求量急劇加大，人們迫切的尋找清潔的、可再生的新能源來代替傳統能源，使得以可再生能源為主的分布式發電技術發展較為迅速（陳煒,艾欣,吳濤,劉輝.光伏并網發電系統對電網的影響研究綜述[J].電力自動化設備,2013,33(02):26-32+39;曹龍漢,余佳玲,李景南,陳福光.基于MATLAB/Simulink的光伏電池仿真建模研究[J].半導體光電,2015,36(05):718-721;蔡國偉,陳沖,孔令國,彭龍,章昊.風電/光伏/制氫/超級電容器并網系統建模與控制[J].電網技術,2016,40(10):2982-2990）。

近年來，光伏發電發展迅速。然而光伏發電系統的輸出功率會產生波動，對傳統的大電網造成電網運行的不穩定，難以滿足多樣化的供電需求。為了協調光伏發電與大電網之間的矛盾，利用MATLAB建立光伏發電模型、對光伏發電控制策略PQ進行了分析。

1 恒功率（PQ）控制

一般而言，PQ控制主要用在并網運行上，為維持光伏發電系統輸出有功和無功的恒定，可通過控制逆變器的輸出來完成這一目標。因其控制方法簡單，采用較為廣泛。

從三相靜止abc坐標系變換到旋轉dq坐標系下的公式為：

對進行dq變換可得：

從式(3)可以看出，原來的三相電壓之間存在耦合關系，經過變換后，變成不存在耦合關系的d軸和q軸分量，且ud是常數，uq= 0。

設經dp變換得的逆變器的輸出電流分別為id、iq。因存在uq= 0，當設逆變器輸出有功功率為Pref、無功功率為Qref時，其參考電流應為：

2 PQ控制模型

PQ控制采用SPWM調制方式，主要包括三個環節：軟件鎖相（SPLL）與dq變換、功率和功率因素控制、電流控制。PQ控制模型如圖1所示：

圖1 PQ控制模型

（1）功率和功率因素控制模型

光伏電池MPPT控制為PQ控制提供參考有功Pref，由式可得到參考無功功率，用Switch模塊進行兩種方式的切換。根據式（4）得到idref和iqref。該模型如圖（2）所示：

圖2 功率和功率因素控制模型

（2）電流控制模型

將參考電流與實際電感電流id、iq比較，通過PI調節其差值、dq解耦和電網電壓前饋補償得到調制信號uref。電流控制模型如圖3所示：

圖3 電流控制模型

圖4 SPLL與dq變換

（3）SPLL與dq變換模型

PQ控制模型輸入為逆變輸出電壓u和電感電流，其中，dq變換的參考角頻率，主要是通過SPLL（鎖相環）跟蹤電網電壓得到的，同時SPLL實現這兩者之間的同頻同相。使用abc_to_dq0 Transformation模塊實現dq變換。該模型如圖4所示。

3 仿真結果與分析

圖5 仿真結果

對并網電流進行諧波分析，得到THD=4.76%，滿足滿足光伏并網標準中的控制精度要求。

4 結論

本文從PQ控制原理入手，并搭建仿真模型，仿真結果表明PQ控制模型能夠對有功功率和無功功率進行解 耦控制，證明了該模型的可行性。