光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越控制策略

裴小娜

太陽能最為一種清潔能源，不僅對環(huán)境不會產(chǎn)生污染，也是一種可再生資源，因此對其進行開發(fā)利用十分重要。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用，就是太陽能利用的典型代表。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用過程中，會涉及到低電壓穿越控制問題，該控制能力越強大，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)作用發(fā)揮程度越高。因此相關(guān)學(xué)者都對低電壓穿越控制策略研究比較重視。

現(xiàn)階段，我國對低電壓穿越控制策略的研究，注重集中在風(fēng)電領(lǐng)域，光電領(lǐng)域還比較少。正是因為如此本文以光伏并網(wǎng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)為研究對象，對低電壓穿越控制策略進行了探討分析。筆者認為可以采取電壓定向矢量控制的方法，來提高低電壓穿越控制能力，以此達到有功與無功解耦。本文首先對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及其低電壓穿越要求進行了分析，其次對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越控制策略進行了探討，僅供參考借鑒。

一、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)及其低電壓穿越要求

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要應(yīng)用的物質(zhì)是光伏電池，該設(shè)施最重要的價值就是將太陽能轉(zhuǎn)換成電能，最終完成發(fā)電任務(wù)。光伏并網(wǎng)主要是指兩大系統(tǒng)連接，分別為光伏系統(tǒng)、電力網(wǎng)系統(tǒng)。兩大系統(tǒng)連接之后，不必再借助蓄電池，初期成本比較低，而且更容易維護，后期檢修成本也比較低，可以說是現(xiàn)階段最為經(jīng)濟實用的發(fā)電系統(tǒng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)形式依據(jù)場合差異而不同，現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)該是逆潮與無逆潮并網(wǎng)系統(tǒng)、地域并網(wǎng)系統(tǒng)等。早期應(yīng)用的是光伏發(fā)電系統(tǒng)，存在著比較多的缺陷，比如逆充電現(xiàn)象、電網(wǎng)電壓波動過于明顯等現(xiàn)象，因此在應(yīng)用的過程中比較麻煩。正是基于此，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)勢更加突出。但是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中，則需要滿足非常重要的條件，即低電壓穿越要得到控制。這主要是因為發(fā)電系統(tǒng)運行過程中，會出現(xiàn)并網(wǎng)點電壓跌落情況，此時要求光伏設(shè)備依然能夠?qū)崿F(xiàn)并網(wǎng)，如果條件允許，還能夠為電網(wǎng)提供無功功率，確保電網(wǎng)在短時間內(nèi)就可以恢復(fù)。

現(xiàn)階段我國針對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的低壓電壓穿越能力要求已經(jīng)出臺了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，該技術(shù)規(guī)范中對光伏電站的低電壓穿越能力標準要求進行了明確的規(guī)定，具體標準如圖1所示。

依據(jù)圖1中顯示可知，如果光伏并網(wǎng)電點電壓正好處于在輪廓線或者高于輪廓線，同時處于區(qū)域之間，此時光伏電站并網(wǎng)運行必須要保證暢通，但是如果并網(wǎng)點電壓處于在輪廓線之下，則可以出現(xiàn)線路送電暫停的情況。世界上很多國家都依據(jù)自己國情制定了光伏并網(wǎng)低電壓穿越要求，其中比較典型的就是德國制定的E.ON標準。該標準對低電壓穿越控制要求更加的詳細，其中最為重要的是該標準對低壓穿越過程中，無功電流比重與電壓跌落深度之間的呈現(xiàn)的關(guān)系進行了規(guī)定。電壓跌落過程中，光伏并網(wǎng)發(fā)電站一定要為系統(tǒng)提供無功電流，如果子電壓跌落深度超過了50%，但是沒有超過90%，則無功電流應(yīng)該滿足線性輸出條件，而如果電壓跌落深度未能超過50%，此時無功電流必須達到100%。

二、光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越控制策略

光伏并網(wǎng)系統(tǒng)電壓跌落過程中，逆變器既要始終處于并網(wǎng)運行狀態(tài)，同時還需要對有功與無功功率進行有效的協(xié)調(diào)，以便此時能夠提供無功功率，保證光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)能夠有足夠的電壓恢復(fù)正常運行，達到低電壓穿越要求。

如果光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)電壓處于正常狀態(tài)，逆變器要遵循有功優(yōu)先的原則，對最大功率進行始終都進行跟蹤控制，換言之，就是最大程度的達到有功電流要求，而有功電流值則需要根據(jù)電壓外環(huán)來取得，同時利用最大功率跟蹤算法獲得相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)。該信息數(shù)據(jù)可以作為參考值，其與直流側(cè)電壓會出現(xiàn)一定的誤差，但是利用PI進行調(diào)節(jié)之后，誤差信號會及時的得以糾正。如果電網(wǎng)電壓處于跌落期間，因為逆變器具有限流功能，不能繼續(xù)遵循有功優(yōu)先控制原則，否則逆變器狀態(tài)會發(fā)生變化，呈現(xiàn)出功率現(xiàn)幅狀態(tài)，不能對光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)提供有效的無功支持，所以此時你逆變器遵循的是無功優(yōu)先控制原則。

在無功優(yōu)秀控制期間，有關(guān)需要借助相應(yīng)的公式計算出無功電流給定值，之后再按照國家規(guī)定的內(nèi)容：逆變器輸出電流可以高于額定電流，但是不能高于1.1倍。

當電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時，要根據(jù)電網(wǎng)電壓跌落的深度來調(diào)節(jié)逆變器的無功電流給定值，改善電壓跌落情況，進而提高光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的低電壓穿越能力。低電壓穿越期間所需的無功電流百分比的表達式如下：

i*q為所需的無功電流；UN、IN分別為電網(wǎng)的額定電壓、電流；U為跌落之后測得的電網(wǎng)電壓有效值。在電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時，可以根據(jù)上述公式式得出跌落深度和無功電流之間的關(guān)系。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的控制流程圖如圖2所示。當電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時，根據(jù)2中所示的步驟光伏逆變器提供無功給電網(wǎng)，讓電壓恢復(fù)，實現(xiàn)低電壓穿越。

三、結(jié)語

綜上所述，可知借助光伏逆變器來實現(xiàn)低電壓穿越控制，此種控制策略屬于定向矢量控制。通過調(diào)查分析，應(yīng)用逆變器之后，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在電壓跌落過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)并網(wǎng)運行，同時能夠為系統(tǒng)提供無功功率，可以使電網(wǎng)在最短實踐脫離故障，繼續(xù)運行。本文所研究的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)屬于大型系統(tǒng)，其他規(guī)模類型的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，還需要有關(guān)學(xué)者進一步研究。

（作者單位：廊坊師范學(xué)院）

項目編號：Z2012030，河北省教育廳指導(dǎo)項目，項目名稱為：基于DSP的三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的研究。