基于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制策略分析

鄧建楠

（湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 湖北·武漢 430000）

0 前言

目前因?yàn)槭澜缟系淖匀毁Y源消耗非常嚴(yán)重，所以各國(guó)致力于發(fā)展清潔能源。在這么多清潔能源當(dāng)中儲(chǔ)量最大的就是太陽(yáng)能資源，它具有無(wú)污染且持久的特點(diǎn)，現(xiàn)在的科學(xué)家都在對(duì)太陽(yáng)能進(jìn)行技術(shù)研究，本文將以單向光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)作為研究對(duì)象展開討論。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制

1.1 并網(wǎng)逆變器的拓?fù)?/h3>

如果并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)需要進(jìn)行電能變換就離不開并網(wǎng)逆變器，這是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心部件，逆變器可以根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)分為兩種不同的部件，根據(jù)電壓源和電流源可以劃分為兩個(gè)不同的逆變器，電壓源是直流側(cè)的稱為電壓型逆變器，直流側(cè)是電流源的稱為電流型逆變器。現(xiàn)在世界上主流的并網(wǎng)逆變器都是使用電壓源為主的方式，這是因?yàn)殡娏髟茨孀兤餍枰?lián)一大電感提供直流電源輸入這個(gè)缺點(diǎn)。

常見的單向正弦逆變器住店里有三種不同的結(jié)構(gòu)，分別是半橋、全橋以及推挽，我們經(jīng)常可以看見的是全橋逆變器。

半橋逆變器相對(duì)于其他兩種逆變器來(lái)說(shuō)，開關(guān)器件不多并且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)，他的輸出電壓幅值相對(duì)較少，只有滯留二段輸入電壓的一半，這就是說(shuō)在相同容量的條件下，全橋逆變器的額定電流是小于半橋逆變器的。但是因?yàn)榉謮弘娙莸拇嬖冢瑢?dǎo)致該電流存在不平衡康電壓的能力，但是半橋逆變器的器件比較少，成本也較低，即使存在一定的缺點(diǎn)也會(huì)被經(jīng)常采用。

逆變器的輸出電流變化相比較于開關(guān)頻率來(lái)說(shuō)是比較慢的。開關(guān)切換的動(dòng)作區(qū)間中的輸出電流是變的，但是當(dāng)開關(guān)切換動(dòng)作發(fā)生的時(shí)候，逆變器的輸出電流就會(huì)發(fā)生變化，電流會(huì)從半個(gè)繞組轉(zhuǎn)移到另外半個(gè)繞組，期間如果繞組一起的，在轉(zhuǎn)移的過(guò)程中是不會(huì)出現(xiàn)任何能量的流逝，但是實(shí)際上變壓器是存在漏抗的，因?yàn)槁┛沟拇嬖冢陂_關(guān)動(dòng)作的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)部分的能量消耗，這是因?yàn)槟孀兤餍枰Ｗo(hù)開關(guān)來(lái)阻斷電路。

1.2 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)逆變器控制方式

逆變器和市電并聯(lián)運(yùn)行輸出控制可以分為兩種，一種是電壓控制，一種是電流控制。當(dāng)光伏并網(wǎng)逆變器的輸出使用電壓控制時(shí)，城市電力系統(tǒng)就可以被視為具有無(wú)窮大定制的交流電壓源，這是一個(gè)電壓源與電壓源并行的系統(tǒng)，但是這種系統(tǒng)會(huì)存在不夠穩(wěn)定的問(wèn)題，在運(yùn)行的時(shí)候必須要使用鎖扣相控制技術(shù)，只有這樣才可以實(shí)現(xiàn)同步穩(wěn)定運(yùn)行，可以通過(guò)調(diào)整逆變器輸出電壓的大小以及相位控制其輸出，但是因?yàn)殒i相系統(tǒng)相對(duì)來(lái)說(shuō)反應(yīng)速度較慢，很難被精準(zhǔn)的控制，這個(gè)時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)環(huán)流的問(wèn)題，這需要使用一些特殊手段來(lái)處理。

逆變器在輸出的時(shí)候采用電流來(lái)驚醒控制就沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題，只需要控制逆變器的輸出電流就可以達(dá)到并聯(lián)運(yùn)行的效果，這個(gè)控制方法相比較于電源控制來(lái)說(shuō)相對(duì)簡(jiǎn)單，因此廣泛被使用。

1.3 輸出電流的控制方式

如果要實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓的實(shí)時(shí)跟蹤就需要使逆變器的輸出電流和電網(wǎng)的電壓同頻同向，跟蹤的方法不是使用信號(hào)博對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，是將電流波形作為指示信號(hào)進(jìn)行輸出，在過(guò)程當(dāng)中以實(shí)際電流波為反饋信號(hào)，再對(duì)比兩個(gè)的瞬時(shí)值來(lái)決定是否將其中的開關(guān)器件進(jìn)行通斷，常用的并網(wǎng)逆變器輸出電流控制有三角波比較方式、滯環(huán)比較方式和定時(shí)比較方式三種。三角波比較方式是指將指令電流和并網(wǎng)電流進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比，得到兩者的偏差值后再與三角波進(jìn)行對(duì)比，其中可以使用放大器采用比例和比例積分放大器來(lái)進(jìn)行對(duì)比，這種電流方式跟隨誤差比較大，軟硬件比較復(fù)雜，其中輸出電壓中還存在與三角載波相同頻率的諧波，三角波方式的放大器增益比較有限，功率相比較固定地來(lái)說(shuō)比較少，電流響應(yīng)想對(duì)比瞬時(shí)值比較方式為慢。定時(shí)比較方式使用時(shí)鐘定制比較器。這種方式首先設(shè)置一個(gè)固定的時(shí)鐘來(lái)設(shè)置周期，這樣可以定期進(jìn)行指令信號(hào)和對(duì)被控制量進(jìn)行采樣，這種方式可以避免元器件開關(guān)的頻率過(guò)高，這種功率器的最高開關(guān)頻率為時(shí)鐘頻率的一般，但是這種方式也存在一定的缺陷，就是在電流控制誤差沒(méi)有一定的環(huán)寬，需要將控制精度降低。滯環(huán)比較方式則是將指令電流和實(shí)際并網(wǎng)電流進(jìn)行比較，兩者比較的偏差值作為滯環(huán)比較器的輸入來(lái)說(shuō)需要控制主電路的開關(guān)通斷信號(hào)，這個(gè)通斷信號(hào)可以控制電流并網(wǎng)的電流變化。這種控制方式存在以下幾個(gè)特點(diǎn)，第一就是硬件電路簡(jiǎn)單易控，有超快的響應(yīng)電流，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，不需要載波，對(duì)比計(jì)算法和調(diào)制法來(lái)說(shuō)具有較高的諧波含量，相對(duì)比滯環(huán)的寬度來(lái)說(shuō)，電流跟隨的誤差范圍是固定的。

2 并網(wǎng)控制策略

太陽(yáng)能官府并網(wǎng)系統(tǒng)采用雙閉環(huán)控制策略進(jìn)行并網(wǎng)控制。其中雙閉環(huán)的外環(huán)為電壓環(huán)，這樣可以使直流輸出端電壓在并網(wǎng)控制的時(shí)候穩(wěn)定電壓，內(nèi)環(huán)則為電流環(huán)，這樣可以使輸出電流和電網(wǎng)電壓同頻同向，輸送到電網(wǎng)的功率也因數(shù)也會(huì)趨近1。

在實(shí)際檢測(cè)當(dāng)中可以將電容電壓和給定的電容電壓來(lái)進(jìn)行比較，期間的差值可以通過(guò)貼節(jié)氣來(lái)得到電流環(huán)的并網(wǎng)電流幅值，這個(gè)幅值可以通過(guò)鎖相環(huán)節(jié)得到電網(wǎng)電壓的頻率和相角同步信號(hào)結(jié)合，其中可以得到并網(wǎng)的電流信號(hào)，這樣就可以與實(shí)際檢測(cè)的并網(wǎng)電流相對(duì)比，這個(gè)差值可以通過(guò)對(duì)比得出滯環(huán)比較環(huán)節(jié)的差值，從而得到其中的數(shù)值，使并網(wǎng)電流在指定環(huán)寬以內(nèi)變化。

3 并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制策略

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)可以分為獨(dú)立系統(tǒng)和并網(wǎng)系統(tǒng)兩大類，獨(dú)立系統(tǒng)是由太陽(yáng)能電池直接提供功率，這是太陽(yáng)能發(fā)電的最基本形式，但是這種形式并不適用于市區(qū)，只能在遠(yuǎn)離市區(qū)的地方實(shí)施。目前在市區(qū)中應(yīng)用最為廣泛的是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，這是通過(guò)控制逆變器直接將太陽(yáng)能電池中的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，接著輸向電網(wǎng)。并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)有大型聯(lián)網(wǎng)光伏電站和小型光伏聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)兩種，大型光伏聯(lián)網(wǎng)因?yàn)楹馁Y巨大因此發(fā)展速度不快，現(xiàn)在并網(wǎng)的大多數(shù)是分散的小型光伏聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，在最近幾年小型光伏聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)得到了飛速的發(fā)展。

并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中的太陽(yáng)能電池陣列可以始終在最大功率的前提下進(jìn)行工作，從而吸收來(lái)自太陽(yáng)能電池板發(fā)出的全部能力，這樣可以提高太陽(yáng)能發(fā)電的效率，可以取消蓄電池，降低蓄電池充放電的能量損耗，這樣可以降低蓄電池對(duì)于環(huán)境帶來(lái)的污染，從而加強(qiáng)供電的穩(wěn)定性和可靠性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究的主題是基于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制策略分析，從能量轉(zhuǎn)換的角度來(lái)看，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換系數(shù)比較高，可以通過(guò)檢測(cè)太陽(yáng)能電池板的輸出電壓和輸出電流以及逆變器輸出的并網(wǎng)電流，可以將這些檢測(cè)信號(hào)輸入到控制器中，這樣可以通過(guò)調(diào)節(jié)并網(wǎng)電流的幅值控制太陽(yáng)能電池的輸出功率從而實(shí)現(xiàn)最大功率的并網(wǎng)發(fā)電。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)因?yàn)樽陨淼膬?yōu)勢(shì)得到廣泛的認(rèn)可，在保護(hù)環(huán)境的情況下可以實(shí)現(xiàn)最大功率的發(fā)電。