分布式光伏發電系統的并網技術應用

李瓊

摘 要：本文從分布式儲能光伏的并網協調控制技術的應用探討，以期優化分布式儲能模式，實現并網環節對于能源的優化利用。

關鍵詞：分布式光伏;并網發電系統;控制技術

引言

分布式光伏并網環節，由于需要利用儲能技術，應用該技術應用可能受到環境因素影響，導致并網環節存在功率波動，不平衡的波動能夠影響電網運行安全。儲能單元屬于對于風能和光能暫時存儲重要裝置，能夠將系統電能吸收，且電能釋放也較為靈活，維持再生能源并網階段功率平滑。可再生能源處于孤島運行狀態時，通過儲能單元就可自動完成系統功率缺額的調節，維持電壓、頻率等穩定性。

1.控制系統硬件

按照分布式光伏并網系統控制需求，選擇硬件電路，系統控制重點參數內容如下：

（1）大電網的額定功率運行標準為 50Hz; （2）大電網的頻率偏差在 ±0.5Hz; （3）光儲系統存在的電壓偏差應該不超過 5%; （4）光儲系統內三相電流的斜波要求應該在 5% 內;（5）光儲系統的直流側電壓處于 300～800V 直之間。由于硬件系統屬于分布式儲能光伏并網基礎系統，電路組成部分有主要電路，還有采樣、控制、驅動等電路，并網運行階段，能夠采集電網實時電流、電壓，還能明確儲能單元荷電狀態，下文使用“SOC”表示，在控制電路當中生成啟動信號 （PWM），使變流器產生動作，完成對系統控制。分布式光伏系統運行階段，變流器驅動環節，驅動電路需要借助反激式方式完成，維持變流器正常運行。運用反激式驅動，需要先采集系統信號，按照硬件功能需求而展開，采集信號能夠為硬件模塊提供算法數據。信號采集階段，為了確保數據精準，還需要對電流、電壓等信號采取處理措施，使其能夠經過隔離電路，進而完成高電壓、電流信號向低電壓、電流信號的處理，生成電壓、電流等信號能快速進入 DSP 芯片當中，輔助控制過程順利進行。

2.控制電路設計

在分布式光伏控制線路中，應該注意母線電壓的合格率，應該達到指標要求，這樣采集的母線電壓數據才能處于合理范圍之內。對于電流信號進行采集，需要利用芯片運放采樣電流，保持運放階段電流信號可滿足 ADC 芯片電流要求。電流、電壓等采集線路設計完成以后，還需要對于系統采取保護設計，具體包括欠電壓、過電壓、過電流等保護設計。本研究根據分布式光伏電網系統協調運行這一要求，完成保護電路的設計，為了保證電路能夠平穩運行，可設計電源電路。按照電力電子原理可知，當 IGBT 電路柵極受到正向電壓沖擊，并且產生觸發脈沖時，那么驅動電路就會導通。驅動芯片通常選擇具備欠壓保護、電壓檢測多種功能的產品。除此之外，還可以利用CAN 總線對于分布式控制、串行通信之間的通信網絡采取實時控制措施。

3.控制軟件設計

控制系統利用 TMS320f2812 作為核心芯片，融合微機控制、DSP 等技術特點，因此控制能力強，對于復雜算法能夠有效處理。利用分布式儲能并網系統展開軟件設計，設計內容包括 DSP 程序框架、主程序、中斷子程序等。第一，主程序的設計作為基礎內容，需要在系統正式運行以前完成各項初始化操作，對于不同控制模塊工作模式進行設置。系統啟動之時，需要先將內部中斷關閉，之后開始初始化操作，完成以后中斷開啟，等待中斷端信號，如果系統內存在該信號，那么可按照中斷優先級別、類型等自動進入子程序控制當中。主程序控制整個流程，中斷子程序有三個，一是 ADC 中斷，二是保護中斷，三是外部中斷。ADC 中斷主要負責 AD 轉換、檢測畸變量、輸出PWM算法等，保護中斷的功能。系統如果出現故障，能夠快速將脈沖封鎖，并且將 PWM 輸出停止;外部中斷是在同步坐標發生變化時，能夠對于初始相位展開校對。

4.系統控制流程

ADC 中斷控制流程需要按照分布式光伏并網系統運行特點，利用 DSP 內 AD 采樣引腳，實時獲取電壓、電流等信號，之后利用固定算法，獲得 PWM 脈沖、指令信號等，以此對于變流器進行驅動，產生有功功率。當中斷服務程序開啟以后，應該先將中斷關閉，后對采樣信號進行讀取，之后按照協調控制這一算法，將系統的功率缺額計算出來，最后利用協調控制，保證系統能夠穩定運行。保護中斷程序運行期間，如果系統出現故障，那么就會將脈沖封鎖，確保系統能夠處于環境下運行。如果系統內部存在故障，那么就會發出指令，將 PWM 輸出信號停止，以免系統當中存在過高電流，沖擊開關，導致功率開關受損。AD 轉換結束之后，對于其采集數據進行讀取，之后對系統故障加以檢測，如果故障存在，那么就要將脈沖封鎖，否則系統就會持續運行。

外部中斷主要通過變換同步坐標完成初始相位的校對，和系統控制準確度有直接聯系。系統運行階段，中斷尚未開始時，就可以對相位校準，若沒有發現錯誤，那么就可繼續計算，如果發生錯誤，那么可自動校正，之后將中斷標志清除，并退出中斷。

5.控制策略驗證

分布式光伏并網系統控制實驗環節選擇電網參數為電壓AC380V，電流 200A，頻率 50Hz。電池使用磷酸鐵鋰型，每個電壓為 3.2V，容量 10kWh。逆變器處于并網下，為三相四線制，輸出功率 50kW，額定電壓 380V，額定頻率為 50Hz;離網模式下，額定電壓為 380V，輸出頻率為50～60Hz。直流電壓 350～850V，直流紋波在 5% 以內，穩壓精度在 ±1%，轉換效率能夠超過 95%。選擇多晶硅組成的光伏發電系統，其中額定功率 10kW，額定輸入電壓 640V，電壓變化區間在 200～800V，逆變啟動的電壓是120V，最高直流功率為 13000W，通過分布式儲能的并網系統控制系統運用，對于控制策略加以驗證，檢驗過程，儲能放電使用光伏負載 SOC（70～85%），充電利用 SOC（15～30%） 和 SOC60%，對于控制策略實效進行驗證。利用實驗平臺，其光伏列陣的有功功率輸出為 2kW，負載側的功率 1kW，實驗過程可按照時間的變化轉換投切，控制交流側的輸出電壓為 380V，利用交流母線對于光伏發電、儲能系統進行并聯，之后和大點網絡進行連接，在負載一側需要利用阻值可調節電阻箱。實驗區域（街）的容載量 30MW，而園區容載量 1MW，二者之間未設置隔離變，所以，實驗環節還需要增設 IT 及 Delay 環節，以便將電池本身存在的問題導致 SOC 出現不穩定變化的問題消除，確保實驗過程 PCS 功率具有連貫性，以免 SOC 突變對于實驗數據產生影響。

結語

總之，經上文分析，將儲能單元作為控制基礎，對于儲能單元控制策略展開研究，探討分布式儲能并網系統的控制要求，對于分布式光伏的并網發電系統展開協調控制，控制系統調控有效，期待為后續分布式光伏儲能并網發電系統之間的協調控制提供實踐支持，實現安全并網，讓電網生產更加安全。

參考文獻

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