基于改進(jìn)型電網(wǎng)電壓前饋的光伏電站低電壓穿越控制策略

顧浩瀚，蔡 旭，李 征

（上海交通大學(xué) 風(fēng)力發(fā)電研究中心，上海 200240）

0 引言

傳統(tǒng)化石能源的日益枯竭及其造成的環(huán)境污染使得新能源發(fā)電成為近幾年的研究熱點(diǎn)。無(wú)論是光伏發(fā)電還是風(fēng)力發(fā)電，由于其本身的間歇性、不確定性等特點(diǎn)，可能會(huì)對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，并且影響的程度會(huì)隨著其并網(wǎng)規(guī)模的增大而加深。因此，電網(wǎng)對(duì)大中型光伏電站的低電壓耐受能力提出了要求，要求其具備一定的低電壓穿越（LVRT）能力，避免在電網(wǎng)電壓跌落時(shí)脫離，從而造成不良影響。

目前，關(guān)于光伏電站LVRT控制策略的研究主要分為2類(lèi)。第一類(lèi)是采用電流限幅措施，使電網(wǎng)電壓跌落期間光伏電站的并網(wǎng)電流不過(guò)流。這種限幅通常是通過(guò)設(shè)定LVRT期間有功和無(wú)功電流的參考值來(lái)實(shí)現(xiàn)，文獻(xiàn)［1-3］即采用此種方法；或者單純依靠逆變器的輸出限幅作用，對(duì)逆變器的過(guò)流抑制和耐受能力進(jìn)行不斷改進(jìn)優(yōu)化，這是目前光伏工程中常采用的LVRT控制策略，如文獻(xiàn)［4］采用模仿風(fēng)機(jī)Crowbar電路［5-6］的方法來(lái)限制直流母線(xiàn)電壓在穿越期間增大的幅度，而逆變器輸出電流則依靠其本身的限幅作用。設(shè)定有功、無(wú)功電流的參考值對(duì)于瞬態(tài)過(guò)電流的抑制效果不佳，并且由于功率平衡的原則，有功電流的限制有一定范圍，不一定能完全跟蹤給定的參考指令；而利用逆變器本身的限幅作用或者加裝其他限幅環(huán)節(jié)則可能造成過(guò)多的軟硬件資源投入，導(dǎo)致成本顯著提升。第二類(lèi)是采用電壓前饋的控制策略。文獻(xiàn)［7］提出一種電壓不平衡條件下的快速軟件鎖相技術(shù)，但其采用的前饋策略是直接將電網(wǎng)電壓前饋到內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié)器之后，與正常狀態(tài)下的系統(tǒng)前饋解耦控制方法相近，并且電壓跌落深度僅設(shè)定為20%，其實(shí)際效果及可靠性有待進(jìn)一步研究；文獻(xiàn)［8］采用的前饋策略是在電壓前饋回路中加入比例環(huán)節(jié)，電網(wǎng)的擾動(dòng)對(duì)電流的影響仍比較明顯，包括會(huì)在LVRT期間產(chǎn)生諧波等；文獻(xiàn)［9］將電網(wǎng)電壓擾動(dòng)通過(guò)傳遞函數(shù)反饋到母線(xiàn)電壓調(diào)節(jié)器的輸出上，更好地抑制了母線(xiàn)電壓的升高，但其未將關(guān)注點(diǎn)放在并網(wǎng)電流上。

除此之外，文獻(xiàn)［10］提出的基于超級(jí)電容儲(chǔ)能的方案硬件投入比較大，工程實(shí)現(xiàn)也有難度；文獻(xiàn)［11］采用的基于模型電流預(yù)測(cè)的方案主要關(guān)注的是穿越期間光伏電站對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電壓的支撐，對(duì)于電流問(wèn)題仍然依靠逆變器的輸出限幅作用。

文獻(xiàn)［12-14］針對(duì)LCL型并網(wǎng)逆變器的控制問(wèn)題提出了一種全電壓前饋的方案，其能有效抑制電網(wǎng)電壓變化可能會(huì)對(duì)并網(wǎng)電流造成的不良影響。應(yīng)用這種思想，本文提出一種基于改進(jìn)型電網(wǎng)電壓前饋的三相并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)LVRT控制策略，該方案能有效改善穿越期間的過(guò)電流問(wèn)題，同時(shí)抑制電網(wǎng)諧波對(duì)并網(wǎng)電流的影響，保證電流的波形質(zhì)量，并且不影響光伏電站對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功支撐。此方案只需在控制算法上進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，不需要增加額外的硬件設(shè)備，對(duì)傳統(tǒng)限幅策略和電壓前饋策略實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化，且易于工程實(shí)施，對(duì)逆變器本身的過(guò)流抑制與耐受性能未提出額外的要求。

1 光伏電站LVRT技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

關(guān)于大中型光伏電站的LVRT能力的要求，國(guó)家電網(wǎng)公司出臺(tái)的《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中有明確的闡釋?zhuān)淝€(xiàn)如圖1所示。圖中，光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓為標(biāo)幺值。

圖1 大中型光伏電站低電壓穿越能力要求Fig.1 Required LVRT capability of large-or mid-sized PV station

LVRT具體要求為：光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓全部在圖1輪廓線(xiàn)及其以上的區(qū)域內(nèi)時(shí)，光伏電站應(yīng)能保持不間斷并網(wǎng)運(yùn)行，否則可以從電網(wǎng)切出；并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落至標(biāo)稱(chēng)電壓的20%時(shí)，光伏電站能保持不間斷并網(wǎng)運(yùn)行1 s；并網(wǎng)點(diǎn)電壓在發(fā)生跌落后3 s內(nèi)能恢復(fù)到標(biāo)稱(chēng)值的90%時(shí)，光伏電站應(yīng)能保持不間斷并網(wǎng)運(yùn)行。

2 改進(jìn)型電網(wǎng)電壓前饋控制策略

采用電網(wǎng)電壓前饋控制能補(bǔ)償電網(wǎng)電壓變化對(duì)系統(tǒng)可能造成的影響，但是在電網(wǎng)電壓出現(xiàn)大幅度跌落時(shí)采用傳統(tǒng)的直接前饋方式不能較好地抑制過(guò)電流沖擊以及電流諧波，所以需要針對(duì)具體系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)分析電壓前饋的改進(jìn)方法。本節(jié)從并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)出發(fā)，推導(dǎo)出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并給出改進(jìn)型前饋控制策略的控制框圖以及前饋?lái)?xiàng)的傳遞函數(shù)。

2.1 三相并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型

三相并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有很多種，本文采用較常見(jiàn)的一種，其具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 三相并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 Configuration of grid-connected three-phase PV power generation system

由圖2可知，系統(tǒng)采用的是兩級(jí)式隔離型結(jié)構(gòu)，光伏陣列輸出的直流先經(jīng)過(guò)Boost升壓變換器再進(jìn)入第二級(jí)逆變器轉(zhuǎn)化為交流，最后通過(guò)LC濾波環(huán)節(jié)和變壓器并入電網(wǎng)。Boost電路實(shí)現(xiàn)升高電壓和MPPT的功能，逆變器則實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流的控制。

下面分析推導(dǎo)這種結(jié)構(gòu)下光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，由于本文研究集中在并網(wǎng)逆變器上，所以給出如圖3所示的并網(wǎng)逆變器主電路。

圖3 并網(wǎng)逆變器主電路Fig.3 Main circuit of grid-connected inverter

由圖3可知，并網(wǎng)逆變器采用三相兩電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其簡(jiǎn)化了變壓器部分，并用電阻R表征并網(wǎng)線(xiàn)路的阻抗。

首先，推導(dǎo)abc三相靜止坐標(biāo)系下光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，其應(yīng)用基爾霍夫電壓電流定律，并將電感電容等元件用s域中的形式表達(dá)，可得如下3個(gè)方程組：

其中，uinva、uinvb、uinvc為逆變器橋臂中點(diǎn)電壓；uCa、uCb、uCc為濾波電容電壓；uga、ugb、ugc為三相電網(wǎng)（逆變器并網(wǎng)點(diǎn)）電壓；iinva、iinvb、iinvc為逆變器輸出的三相電流；iga、igb、igc為輸入電網(wǎng)電流；L和C分別為逆變器輸出濾波環(huán)節(jié)的電感和電容值。上述所有的電壓和電流量均為瞬時(shí)值。

一般地，在abc靜止坐標(biāo)系下研究三相并網(wǎng)系統(tǒng)的控制是不太方便的，通常需要在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下展開(kāi)討論。將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的d軸按電網(wǎng)電壓矢量定向，且d軸滯后q軸90°，則得到2個(gè)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系如式（4）所示。

其中，X代指電壓或者電流量；θ＝ωt為d軸與a軸之間的夾角；ω為d軸旋轉(zhuǎn)的角速度，即三相電網(wǎng)電壓矢量旋轉(zhuǎn)的角速度。根據(jù)式（4）對(duì)方程組（1）—（3）進(jìn)行變換得到dq坐標(biāo)系下的三相并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型如下：

對(duì)方程組（5）—（7）進(jìn)行化簡(jiǎn)，得到光伏發(fā)電系統(tǒng)最終的數(shù)學(xué)模型如下：

由式（8）所示的數(shù)學(xué)模型可知，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下電壓和電流的方程式中都存在d軸和q軸物理量，故其是相互影響的。

2.2 前饋控制策略的推導(dǎo)

光伏發(fā)電系統(tǒng)在正常工作的情況下，采用逆變器雙環(huán)控制的策略。外環(huán)控制直流母線(xiàn)電壓；給定電流內(nèi)環(huán)的參考值，即內(nèi)環(huán)對(duì)并網(wǎng)電流進(jìn)行控制。

針對(duì)LVRT，其期望的結(jié)果是并網(wǎng)電流盡可能不受電網(wǎng)電壓跌落的影響，因此本文引入電網(wǎng)電壓前饋控制。將電網(wǎng)電壓通過(guò)傳遞函數(shù)TF1、TF3和TF2、TF4分別引入到內(nèi)環(huán)電流調(diào)節(jié)器之前和之后，通過(guò)推導(dǎo)出2個(gè)傳遞函數(shù)的具體表達(dá)式以期望消除電網(wǎng)電壓擾動(dòng)對(duì)并網(wǎng)電流的影響，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化LVRT期間過(guò)電流問(wèn)題以及電流質(zhì)量的目的。根據(jù)上文推導(dǎo)出的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，得到其控制框圖如圖4所示，圖中只給出了電流內(nèi)環(huán)的部分。

圖4 改進(jìn)型電網(wǎng)電壓前饋控制框圖Fig.4 Block diagram of improved grid-voltage feed-forward control

圖 4中分別為 d、q軸電流的參考值。當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率足夠高時(shí)，逆變器的放大特性可由比例增益KPWM近似表示［15］。對(duì)于使用正弦脈寬調(diào)制（SPWM）方法的逆變器通常取KPWM=UDC／Utri，其中UDC為直流母線(xiàn)電壓值，Utri為三角載波的幅值。圖中的CF1、CF2為前饋?lái)?xiàng)的修正因子，對(duì)由于物理量的參考方向和KPWM的近似性等原因造成的不確定性和誤差進(jìn)行修正，以達(dá)到更好的結(jié)果。

根據(jù)控制框圖，對(duì)于圖4中的d軸分支可列出如下方程組：

對(duì)方程組（9）進(jìn)行化簡(jiǎn)，得到并網(wǎng)電流d軸分量關(guān)于電網(wǎng)電壓的表達(dá)式。為了表述方便，并使結(jié)果表達(dá)式更清晰，令：

最終化簡(jiǎn)結(jié)果如下：

分析式（13），e 可以視為常量，f、g 與 iinvq和 uCq有關(guān)，所以影響 igd的物理量共有 4 個(gè)，是 i*invd、ugd、iinvq和uCq。要保證igd不受電網(wǎng)電壓跌落的影響，即需要滿(mǎn)足ugd的系數(shù)為0。其中iinvq需向電網(wǎng)提供無(wú)功支撐且在q軸分支中會(huì)抑制電網(wǎng)電壓對(duì)其的影響，可以不考慮；uCq與ugq有關(guān)，按照d軸與電網(wǎng)電壓矢量重合的定向方法，ugq應(yīng)保持為0，當(dāng)然在電壓跌落過(guò)程中ugq肯定會(huì)有波動(dòng)，其變化的幅度受鎖相環(huán)技術(shù)的影響，不在本文的討論范圍內(nèi)，可以忽略，并且不會(huì)明顯影響控制策略的效果。令：

推導(dǎo)可得：

最終可得：

式（16）中，可將TF2CF1視為一個(gè)整體，再具體修正CF1的值即可。通過(guò)這種前饋控制策略，可以明顯抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)并網(wǎng)電流的影響，使其僅與給定的參考值有關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)LVRT。同樣的推導(dǎo)過(guò)程應(yīng)用于q軸分支得到的結(jié)果是一樣的。即：

需要指出的是，當(dāng)采用改進(jìn)型前饋控制方法時(shí)，并網(wǎng)電流不會(huì)受到電網(wǎng)電壓的影響，但仍然要受到參考值的影響。如果在LVRT期間仍沿用上文提到的雙環(huán)控制策略，則在電壓跌落期間直流母線(xiàn)電壓會(huì)波動(dòng)，從而造成內(nèi)環(huán)電流的給定值波動(dòng)，同樣無(wú)法保證過(guò)電流的抑制和電流的波形質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，首先要斷開(kāi)電壓外環(huán)，并給定內(nèi)環(huán)電流的參考值，從而變成單環(huán)控制。這一點(diǎn)和常用的給定有功電流參考值的方法相同，但由于其受到電網(wǎng)電壓的影響，傳統(tǒng)的方法不能達(dá)到很好的控制效果。

LVRT期間，逆變器輸出的電流應(yīng)限制其不能超過(guò)額定電流的 1.1 倍［11］，即：

LVRT期間無(wú)功電流的參考值需根據(jù)無(wú)功支撐的相關(guān)要求給定，而有功電流的參考值按正常工作狀態(tài)的有功電流值給定，或者比常態(tài)值略微小一點(diǎn)，如常態(tài)值的80%～90%。

3 硬件在環(huán)平臺(tái)實(shí)時(shí)仿真驗(yàn)證

為了驗(yàn)證上述改進(jìn)型電網(wǎng)電壓前饋控制策略的有效性，基于實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀RTDS（Real-Time Digital Simulator）搭建了硬件在環(huán)（HIL）仿真平臺(tái)，并對(duì)提出的控制策略進(jìn)行了純數(shù)字仿真以及基于HIL平臺(tái)的仿真。光伏電站采用集中式并網(wǎng)方式，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及變壓器變比如圖2所示。

3.1 HIL實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)概述

基于RTDS的HIL實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)架構(gòu)如圖5所示。將并網(wǎng)光伏系統(tǒng)主電路模型搭建于RTDS的配套軟件RSCAD中，RTDS通過(guò)GTAO板卡輸出電網(wǎng)電壓、并網(wǎng)電流等模擬信號(hào)至主控制器，再由主控制器執(zhí)行相關(guān)算法生成PWM脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)并通過(guò)GTDI板卡送回至主電路從而能夠完成對(duì)逆變器的控制。主控制器是基于TMS320F28335 DSP芯片搭建而成的。

圖5 基于RTDS的HIL仿真平臺(tái)架構(gòu)Fig.5 Structure of HIL simulation platform based on RTDS

上述HIL平臺(tái)包含實(shí)際的控制器，并且兼具RTDS仿真的實(shí)時(shí)性［16］，故其仿真結(jié)果比較貼合實(shí)際情況，有較高的參考價(jià)值。

3.2 RTDS數(shù)字仿真結(jié)果

首先進(jìn)行RTDS純數(shù)字仿真，設(shè)定系統(tǒng)在0.2 s時(shí)發(fā)生三相短路故障，三相電網(wǎng)電壓對(duì)稱(chēng)跌落至約25%額定電壓，即跌落深度為75%額定電壓，0.7 s時(shí)切除系統(tǒng)故障，電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常，整個(gè)LVRT過(guò)程歷時(shí)0.5 s。

采用改進(jìn)型電網(wǎng)電壓前饋控制策略時(shí)，按照上文闡述的單環(huán)控制方法，穿越期間給定有功、無(wú)功電流參考值給定修正因子CF1＝CF2＝-0.9。關(guān)于物理量中出現(xiàn)的負(fù)號(hào)，是由于RTDS模型對(duì)方向的一些限制，若電流由逆變器流向電網(wǎng)電流方向則為負(fù)，所以有功電流和修正因子均為負(fù)值。

為了說(shuō)明本文所提控制策略的有效性，將其與傳統(tǒng)限幅控制策略作對(duì)比，此處采用的限幅策略是上文提到的給定有功、無(wú)功電流參考值的方法，不利用硬件上的限幅功能，目的是從控制策略本身展示出采用改進(jìn)型電壓前饋方法的優(yōu)勢(shì)。

圖6 對(duì)稱(chēng)故障下的并網(wǎng)點(diǎn)電壓波形Fig.6 Voltage waveforms of grid-connection point with symmetrical fault

圖6為電網(wǎng)電壓發(fā)生三相對(duì)稱(chēng)跌落時(shí)的波形，其中圖6（a）是對(duì)稱(chēng)故障下變壓器逆變器側(cè)的單相并網(wǎng)點(diǎn)電壓波形，圖6（b）是對(duì)稱(chēng)故障下變壓器網(wǎng)側(cè)的三相電壓有功分量的波形。

圖7為2種控制策略下并網(wǎng)電流波形的對(duì)比，為了達(dá)到較好的控制效果，將傳統(tǒng)限幅策略的有功電流參考值設(shè)定為-0.55 kA，比改進(jìn)型前饋策略的參考值小，即理想狀況下其過(guò)電流抑制效果應(yīng)該更好。但從圖7（a）和（b）中可以看出，改進(jìn)型前饋策略下并網(wǎng)電流在LVRT期間幾乎和故障前保持一致，在電網(wǎng)電壓跌落的瞬間達(dá)到幅值最大值0.629 kA，正常工作狀態(tài)下的幅值為0.595 kA，故其滿(mǎn)足不超過(guò)額定值1.1倍的要求，然后跟隨參考值逐漸變小趨近額定值；而傳統(tǒng)限幅策略下并網(wǎng)電流幅值最大值達(dá)到0.836 kA，在整個(gè)LVRT期間電流幅值明顯大于額定值，所以在實(shí)際應(yīng)用中常將電流參考值設(shè)定在更小的范圍內(nèi)，或者通過(guò)逆變器的限幅作用處理過(guò)電流問(wèn)題。圖7（c）展示的是2種控制策略下有功電流幅值變化的對(duì)比情況。在故障發(fā)生瞬間，從圖中圓圈標(biāo)注的地方可看出傳統(tǒng)限幅策略下有功電流存在比較明顯的過(guò)沖現(xiàn)象，受功率平衡原則的約束單純地給定電流參考值進(jìn)行限制過(guò)電流并不能達(dá)到較為理想的效果；而改進(jìn)型前饋策略下的有功電流變化則比較平緩，對(duì)整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)以及電網(wǎng)的沖擊更小，滿(mǎn)足預(yù)期要求。

圖7 對(duì)稱(chēng)故障下2種控制策略的并網(wǎng)電流對(duì)比Fig.7 Comparison of grid-connecting current between two control strategies under symmetrical fault

對(duì)2種策略下并網(wǎng)電流a相的諧波情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要針對(duì)2、3次諧波。得到的結(jié)果是，改進(jìn)型前饋策略下電流在故障發(fā)生瞬間的2、3次諧波幅值達(dá)到峰值，分別為0.0305 kA和0.0176 kA；傳統(tǒng)限幅策略下相對(duì)應(yīng)的值為0.0821 kA和0.0433 kA。無(wú)論是從絕對(duì)值還是諧波所占的比例來(lái)看，改進(jìn)型前饋策略對(duì)諧波的抑制效果更加明顯。綜上所述，相比于傳統(tǒng)限幅策略，改進(jìn)型電網(wǎng)電壓前饋控制策略在電網(wǎng)電壓發(fā)生三相對(duì)稱(chēng)故障的情況下能順利使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)LVRT，且在過(guò)電流以及諧波抑制問(wèn)題上展示出更優(yōu)良的性能。

需要指出的是，由功率平衡原則可知，并網(wǎng)電流的減小必然會(huì)引起直流母線(xiàn)電壓的升高［17-18］，所以在實(shí)際應(yīng)用中，無(wú)論是采用本文提出的改進(jìn)型前饋策略還是傳統(tǒng)限幅策略，均可采用給直流母線(xiàn)電容并聯(lián)卸荷電阻［18-19］的方法目的是防止直流母線(xiàn)電壓過(guò)度升高。所以對(duì)于過(guò)電流的抑制并不能使其無(wú)限小，而需要在抑制過(guò)電流和直流母線(xiàn)電壓升高之間找到平衡點(diǎn)。

3.3 HIL平臺(tái)驗(yàn)證結(jié)果

在HIL實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)上對(duì)所提的控制策略進(jìn)行驗(yàn)證，系統(tǒng)參數(shù)如下：光伏發(fā)電系統(tǒng)額定容量為0.5 MW，交流電網(wǎng)線(xiàn)電壓為35 kV，交流電網(wǎng)頻率為50 Hz，濾波器電感為 1.5 mH，濾波器電容為 4.2 μF，直流母線(xiàn)電壓為1.5 kV，直流母線(xiàn)電容為8 000 μF。LVRT過(guò)程的發(fā)生時(shí)刻及持續(xù)時(shí)間、電壓跌落深度與3.2節(jié)數(shù)字仿真一致。

由于實(shí)際控制器中存在數(shù)據(jù)采樣與轉(zhuǎn)換等問(wèn)題，故其與純數(shù)字仿真存在一定的偏差，HIL仿真穩(wěn)態(tài)情況下直流母線(xiàn)電壓最終穩(wěn)定在1.48 kV附近，并網(wǎng)電流則比數(shù)字仿真略微偏大。因此對(duì)LVRT期間的有功電流參考值進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，設(shè)置改進(jìn)型電網(wǎng)電壓前饋策略和傳統(tǒng)限幅策略的電流參考值相同，即設(shè)置改進(jìn)型前饋策略的修正因子CF1=CF2=-0.9。

改進(jìn)型電網(wǎng)電壓前饋控制策略的HIL仿真結(jié)果如圖8所示。由圖8（a）—（c）可以看出，在改進(jìn)型電網(wǎng)電壓前饋控制策略的作用下，光伏系統(tǒng)的單相和三相并網(wǎng)電流在LVRT期間幾乎和故障前保持一致，在進(jìn)入LVRT過(guò)程的瞬間變化平緩，無(wú)明顯過(guò)電流情況發(fā)生，順利實(shí)現(xiàn)了LVRT。電壓跌落瞬間a相電流幅值達(dá)到最大值0.636 kA，其穩(wěn)態(tài)幅值為0.608 kA，滿(mǎn)足LVRT要求；而傳統(tǒng)限幅策略下a相電流幅值在電壓跌落瞬間達(dá)到最大值0.677 kA，結(jié)果表明了改進(jìn)型電壓前饋策略的優(yōu)勢(shì)。圖8（d）展示了2種控制策略下有功電流幅值變化的對(duì)比，從圖中圓圈標(biāo)注處可看出改進(jìn)型前饋策略下的并網(wǎng)電流在電壓跌落瞬間的過(guò)沖小于傳統(tǒng)限幅策略，且在整個(gè)LVRT過(guò)程中，改進(jìn)型前饋策略下有功電流均值相對(duì)后者較小。

圖8 對(duì)稱(chēng)故障下HIL仿真結(jié)果Fig.8 Results of HIL simulation for symmetrical fault

同樣地，對(duì)2種策略下并網(wǎng)電流a相的諧波情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，改進(jìn)型前饋策略下電流在故障發(fā)生瞬間的2、3次諧波幅值達(dá)到峰值，分別為0.0343 kA、0.0240kA；傳統(tǒng)限幅策略下相對(duì)應(yīng)的值分別為0.0434 kA、0.0257 kA。無(wú)論是從絕對(duì)值還是諧波所占的比例來(lái)看，改進(jìn)型前饋策略對(duì)諧波的抑制效果更加明顯。綜上所述，采用改進(jìn)型電網(wǎng)電壓前饋控制策略在過(guò)電流以及諧波抑制問(wèn)題上的優(yōu)勢(shì)在HIL仿真平臺(tái)上得到了有效驗(yàn)證。

對(duì)于常見(jiàn)的電網(wǎng)電壓發(fā)生不對(duì)稱(chēng)跌落的情況，由于故障期間電網(wǎng)電壓包含負(fù)序分量［20］，單純地采用本文提出的改進(jìn)型前饋策略并不足以完全消除并網(wǎng)電流存在的幅值不平衡的現(xiàn)象，此時(shí)需要結(jié)合二次陷波法將電壓和電流的正負(fù)序分量分離［21］并采用如圖4所示的改進(jìn)型前饋策略分別對(duì)正負(fù)序分量進(jìn)行控制。由于將正負(fù)序分量分離之后的控制策略和對(duì)稱(chēng)跌落時(shí)幾乎一致，此處不再單獨(dú)將仿真和HIL驗(yàn)證結(jié)果列出，其運(yùn)行結(jié)果均展示出改進(jìn)型電網(wǎng)電壓前饋控制策略良好的過(guò)電流及諧波抑制性能，能使系統(tǒng)順利實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓發(fā)生不對(duì)稱(chēng)跌落下的LVRT。

4 結(jié)論

本文運(yùn)用全電壓反饋的思想，改進(jìn)傳統(tǒng)的電網(wǎng)電壓前饋控制策略，通過(guò)深入分析三相并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出改進(jìn)型電壓前饋控制策略的前饋?lái)?xiàng)，并將其用于光伏系統(tǒng)的LVRT過(guò)程中，使系統(tǒng)順利實(shí)現(xiàn)LVRT并展示出了一定的優(yōu)越性，得到的相關(guān)結(jié)論如下：

a.改進(jìn)型電網(wǎng)電壓前饋控制策略中，并網(wǎng)電流受電網(wǎng)電壓的影響程度大幅減小，僅受電流給定參考值的影響，為L(zhǎng)VRT過(guò)程中的過(guò)電流和諧波問(wèn)題提供了更優(yōu)良的解決方案；

b.本文所提控制策略?xún)H需在算法上進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)，不需要增加額外硬件設(shè)備，思路明確清晰，易于工程實(shí)施；

c.HIL實(shí)時(shí)仿真驗(yàn)證了本文所提控制策略在對(duì)稱(chēng)故障穿越期間能有效抑制過(guò)電流、減少諧波影響、保持更好的波形質(zhì)量，具有更優(yōu)越的暫態(tài)性能，與傳統(tǒng)限幅策略進(jìn)行的對(duì)比分析驗(yàn)證了其可行性與有效性。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳波，朱曉東，朱凌志，等.光伏電站低電壓穿越時(shí)的無(wú)功控制策略［J］. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（17）：6-12.CHEN Bo，ZHU Xiaodong，ZHU Lingzhi，etal.Strategy for reactive control in low voltage ride through of photovoltaic power station［J］.Power System Protection and Control，2012，40（17）：6-12.

［2］羅勁松.大型光伏電站低電壓穿越技術(shù)研究［D］.銀川：寧夏大學(xué)，2014.LUO Jinsong.Research on low voltage ride through technology of large-scale photovoltaic power station［D］.Yinchuan：Ningxia University，2014.

［3］柏浩峰.光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越技術(shù)研究［D］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2014.BO Haofeng.Study on low voltage ride through technology of grid-connected photovoltaic inverter［D］.Xuzhou：China University of Mining&Technology，2014.

［4］安志龍.光伏并網(wǎng)控制策略與低電壓穿越技術(shù)研究［D］.北京：華北電力大學(xué)，2012.AN Zhilong.Research on the integration control strategy and low voltage ride-through technology of grid-connected PV system［D］.Beijing：North China Electric Power University，2012.

［5］楊堤，程浩忠，馬紫峰，等.基于儲(chǔ)能技術(shù)提高風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的分析和展望［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2015，35（12）：1-10.YANG Di，CHENG Haozhong，MA Zifeng，et al.Analysisand prospect of LVRT improvement based on energy storage technology for wind turbine generator system［J］.Electric Power Automation Equipment，2015，35（12）：1-10.

［6］張文娟，馬浩淼，張國(guó)慨，等.基于轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)低電壓穿越［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2015，35（12）：28-33.ZHANG Wenjuan，MA Haomiao，ZHANG Guokai，et al.Low voltage ride-through of doubly-fed induction generator based on rotor series resistor［J］.Electric Power Automation Equipment，2015，35（12）：28-33.

［7］王南，陳藝峰，吳恒亮.光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越技術(shù)研究［J］.大功率變流技術(shù)，2013（1）：38-42.WANG Nan，CHEN Yifeng，WU Hengliang.Researchonthe technology of low voltage ride-through for grid-connected photovoltaic inverter［J］.High Power Converter Technology，2013（1）：38-42.

［8］周京華，劉勁東，陳亞愛(ài)，等.大功率光伏逆變器的低電壓穿越控制［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2013，37（7）：1799-1807.ZHOU Jinghua，LIU Jindong，CHEN Yaai，etal.Low voltage ride-through control of high power inverter for gird-connection of photovoltaic generation［J］.Power System Technology，2013，37（7）：1799-1807.

［9］張雅靜，鄭瓊林，馬亮，等.采用雙環(huán)控制的光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，38（12）：136-141.ZHANG Yajing，ZHENG Qionglin，MA Liang，etal.LVRTof photovoltaic grid-connected inverter adopting dual-loop control［J］.Transactions of China Electrotechnical Society，2013，38（12）：136-141.

［10］舒大松，黃摯雄，康倫，等.基于超級(jí)電容儲(chǔ)能的光伏并網(wǎng)低電壓穿越研究［J］.湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，41（8）：60-64.SHU Dasong，HUANG Zhixiong，KANG Lun，et al.Research on the low voltage ride-through ofgrid-connected photovoltaic system based on supercapacitor energy storage［J］.Journal of Hunan University（Natural Sciences），2014，41（8）：60-64.

［11］賈利虎，朱永強(qiáng)，孫小燕，等.基于模型電流預(yù)測(cè)控制的光伏電站低電壓穿越控制方法［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，39（7）：68-74.JIA Lihu，ZHU Yongqiang，SUN Xiaoyan，et al.A control method of low voltage ride through for photovoltaic plant based on model current predictive control［J］.Automation of Electric Power Systems，2015，39（7）：68-74.

［12］吳云亞，謝少軍，闞加榮，等.逆變器側(cè)電流反饋的LCL并網(wǎng)逆變器電網(wǎng)電壓前饋控制策略［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33（6）：54-60.WU Yunya，XIE Shaojun，KAN Jiarong，etal.A fullgrid voltage feed-forward control strategy with inverter-side current feedback for LCL grid-connected inverters［J］.Proceedings of the CSEE，2013，33（6）：54-60.

［13］LI Weiwei，RUAN Xinbo，PAN Donghua，et al.Full-feedforward schemesofgrid voltagesfora three-phase LCL-type gridconnected inverter［J］.IEEE Transactions on Industrial Electronics，2013，60（6）：2237-2250.

［14］WANG Xuehua，RUAN Xinbo，LIU Shangwei，et al.Full feedforward of grid voltage for grid-connected inverter with LCL filter to suppress currentdistortion due to grid voltage harmonics［J］.IEEE Transactions on Power Electronics，2010，25（12）：3119-3127.

［15］張興.太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電及其逆變控制［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011：133-136.

［16］鄭飛，張軍軍，丁明昌.基于RTDS的光伏發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越建模與控制策略［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012，36（22）：19-24.ZHENG Fei，ZHANG Junjun，DING Mingchang.Low voltage ridethrough modelingand controlstrategyforphotovoltaic generation system based on RTDS［J］.Automation of Electric Power Systems，2012，36（22）：19-24.

［17］LIN Chiming，YOUNG Chungming，YEH Weishan，etal.An LVRT control strategy for reducing DC-Link voltage fluctuation of a two-stage photovoltaic multilevel inverter［C］∥IEEE 10th International Conference on Power Electronics and Drive Systems.Kitakyushu，Japan：IEEE，2013：908-913.

［18］梁海峰，馮燕闖，劉子興，等.基于無(wú)差拍控制的光伏電站低電壓穿越技術(shù)的研究［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013，41（21）：110-115.LIANG Haifeng，F(xiàn)ENG Yanchuang，LIU Zixing，et al.Research on low voltage ride through of photovoltaic plant based on deadbeat control［J］.Power System Protection and Control，2013，41（21）：110-115.

［19］李生虎，安銳，許志峰，等.混合風(fēng)電場(chǎng)中PMSG協(xié)助感應(yīng)發(fā)電機(jī)低電壓穿越［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2015，35（2）：21-27.LI Shenghu，AN Rui，XU Zhifeng，et al.Coordinated LVRT of IG and PMSG in hybrid wind farm［J］.Electric Power Automation Equipment，2015，35（2）：21-27.

［20］譚會(huì)征，李永麗，陳曉龍，等.帶低電壓穿越特性的逆變型分布式電源對(duì)配電網(wǎng)短路電流的影響［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2015，35（8）：31-37.TAN Huizheng，LI Yongli，CHEN Xiaolong，et al.Influence of inverter-interfaced distributed generator with low-voltage ridethrough capability on shortcircuitcurrentofdistribution network［J］.Electric Power Automation Equipment，2015，35（8）：31-37.

［21］田昊.光伏并網(wǎng)逆變器低電壓穿越技術(shù)研究［D］.濟(jì)南：山東大學(xué)，2014.TIAN Hao.Research on low voltage ride-through technique of grid-tied photovoltaic inverters［D］.Ji’nan：Shandong University，2014.