電力控制系統設計-分布式太陽能發電并網研究

丁兆碩，楊建旭，徐 梁，余 剛，相 耀

（1.安徽南瑞繼遠電網技術有限公司，安徽 合肥 230001；2.合肥即理科技有限公司，安徽 合肥 230088）

1 并網逆變器拓撲結構

關于逆變器的分類方法有很多，可以根據拓撲結構、功率輸出目標、隔離方式、輸出相數以及功率流向等進行劃分。其中，集中式逆變器和組串式逆變器就是根據安裝光伏板組合方式的不同進行分類，這是生產生活中應用最常見的分類。

逆變器的電路拓撲是一直以來研究的熱點，設計優越的電力拓撲結構能提高安全保證和性能[1-3]。逆變器電力拓撲設計是評價整個光伏系統性能和技術水平的重要指標，常見的幾種逆變器包括電力電子模塊、H橋電感模塊、三相H橋模塊以及多模塊SST。

2 分布式太陽能發電系統仿真

分布式光伏發電系統主要由光伏陣列、并網逆變系統、輸配電系統以及遠程監測通信系統組成。整個系統包括光伏電池組件、直流電纜、匯流箱、配電柜、逆變升變壓裝置、通信裝置以及監測終端等。在太陽輻射下，太陽能電池產生電能，通過光伏并網逆變器及控制設備匯流集中，然后輸送到外部電網上，再經過電網進行電能分配調節。

建立一個15 kW并網光伏陣列模型如圖1所示。

圖1 15 kW并網光伏陣列模型

PV陣列模型的初始輸入輻照度為1 000 W/m2，工作溫度為45 ℃。仿真結果如圖2所示。

圖2 仿真結果（光伏陣列輸出）

達到穩態時（大約t=0.15 s），獲得480 V的PV電壓（Vdc_mean），從陣列中提取的功率（Pdc_mean）為15 kW。這些值非常符合光伏組件輸出的預期值。在t=0.3 s時，太陽輻照度迅速從1 000 W/m2下降到200 W/m2。由于采用了MPPT操作，控制系統將Vdc參考降低到464 V，以便從PV陣列中提取最大功率。

3 并網研究與仿真

本項目仿真模型包含了交流電網模型、固態變壓器模塊、光伏逆變器模塊、儲能變流模塊以及三相交流負載等。

該直流微網模型包含了一個固態變壓器、一個儲能系統（鉛蓄電池加半橋變流器）、一個光伏系統（光伏電池加半橋變流器）以及一個帶阻感負載的三相逆變器，每一系統各自對應一個子系統[4-6]。

光伏系統采用光伏輸入電壓環節跟蹤MPPT產生的參考信號，其中MPPT采用了定步長擾動觀測法，支持環境條件變化下的最大功率點跟蹤，三相逆變器則采用離網VF控制。此外，光伏系統采用光伏輸入電壓環節跟蹤MPPT產生的參考信號，其中MPPT選擇了定步長擾動觀測法來跟蹤最大功率點。仿真結果如圖3所示。

圖3 仿真結果（光伏電池1端口電壓）

其中，MPPT設置為擾動輸入電壓，使光伏電池輸出功率在最大功率點小范圍浮動。根據時間設定，MPPT在系統開始0.2 s后工作，此后光伏電池端口電壓輸出穩定，證明了MPPT在光伏系統發揮的作用[7-9]。蓄電池功率如圖4所示。

圖4 蓄電池功率

上圖3所示可知，根據時間設定，蓄電池模塊在系統開始0.5 s后開始仿真，蓄電池功率按照給定參考變化，響應速度快。負載電阻變化導致負載電流隨之變化，可以看出電流環的響應速度快，電流正弦度高[10]。三相負載電流如圖5所示。

圖5 三相負載電流

母線直流電壓可以發現，如下圖6所示，負載(PV，蓄電池，三相負載)變化時，直流母線基本維持恒定。

圖6 母線直流電壓

入網電流具有較好的正弦度，負載變化時，入網電流跟隨變化，響應速度快。圖7為入網電流圖。

圖7 入網電流

4 結 論

通過對光伏陣列發電并網模型的構建，驗證了MPPT在光伏發電系統的作用，實現光伏板高效輸出，提高光能利用率。光伏發電應用場景日益復雜多樣，分布式太陽能發電系統正在迎來快速發展和普及，MPPT系統發揮重要作用。光伏發電產業的發展，需要國家政策主導推動，電力部門指導，光伏產業響應，從而打破上下游產業鏈，完善資源整合，并有針對性的營銷推廣，推動光伏發電產業在新能源發電領域快速發展。