并網(wǎng)光伏系統(tǒng)低電壓穿越策略

姜春鵬

【摘?要】對于太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)，正在進(jìn)行逐漸地研究、運(yùn)用中，通過對太陽能的有效運(yùn)用，結(jié)合光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)，將太陽能能源進(jìn)行合理配置，使過去電能供應(yīng)的壓力得到減少。運(yùn)用光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)，需要對太陽能的長遠(yuǎn)發(fā)展提高重視，使太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)的運(yùn)用環(huán)境得到改善，從而保證其電力供應(yīng)的正常運(yùn)作。

【關(guān)鍵詞】并網(wǎng)光伏系統(tǒng);低電壓穿越;應(yīng)用

前言

含光伏發(fā)電的電網(wǎng)故障時，并網(wǎng)點(diǎn)處電壓即使出現(xiàn)大幅跌落，光伏發(fā)電仍會按照并網(wǎng)規(guī)程保持不脫網(wǎng)運(yùn)行。而逆變器作為光伏發(fā)電并網(wǎng)的核心部分，也是實(shí)現(xiàn)低電壓穿越的重要元件，決定了光伏發(fā)電不脫網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下的輸出特性。

1并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的原理

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是指利用太陽能電池，實(shí)現(xiàn)對太陽輻射的轉(zhuǎn)變，將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是一個新型的發(fā)電系統(tǒng)，其主要是對太陽光進(jìn)行轉(zhuǎn)變，使其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。?lián)網(wǎng)運(yùn)作及離網(wǎng)運(yùn)作是該系統(tǒng)的主要運(yùn)轉(zhuǎn)方式。在光伏電池的兩面將電極引出，并將負(fù)載接進(jìn)來，這樣光生電流就會通過外部的電路，從而獲取一定的輸出功率，讓太陽能轉(zhuǎn)變成電能得到有效實(shí)現(xiàn)。光伏發(fā)電系統(tǒng)是一種可再生資源配置，其通過對光伏電池方陣的利用，實(shí)現(xiàn)太陽能到電能的轉(zhuǎn)變，并將這種能量存儲到蓄電池內(nèi)或是提供給負(fù)載運(yùn)用。具體的工作方式是：光伏電池組件在白天的時候把太陽能逐漸地轉(zhuǎn)變成電能，其中一些電能為交流或是直流負(fù)載提供，剩余的電能將會給蓄電池組充電。當(dāng)遇上雨天或是在傍晚的時候，光伏電池組件不能工作，蓄電池組就可以為交流或是直流負(fù)載提供電能。

2光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的組成

2.1光伏電池板

作為系統(tǒng)的基礎(chǔ)單元，當(dāng)電池陣列接收到太陽光時，光能被電池吸收，并產(chǎn)生光伏效應(yīng)，這時太陽光就可以順利地被轉(zhuǎn)變成電能。

2.2太陽能控制器

非線性是光伏電池陣列的主要特點(diǎn)，為了在不同環(huán)境溫度與不同日照條件下都能夠保證將最大功率輸出，通常會將光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤控制引進(jìn)其中。

2.3DC-AC變換裝置

通過對功率器件的關(guān)斷和導(dǎo)通進(jìn)行控制，使直流電由低壓轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏?，這樣就提供了一定條件給DC-AC逆變器。這樣在直流輸入電壓變化較大的時候，可以讓平穩(wěn)高壓直流電的輸出得到保證，還能夠使最大功率跟蹤控制作用得以實(shí)現(xiàn)。

2.4逆變器

其主要作用是對蓄電池與光伏電池板提供的電壓較低直流電進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)換成220伏交流電，使其成為交流負(fù)載主要的電力來源。

2.5儲能裝置

一些鉛酸蓄電池經(jīng)過并聯(lián)、串聯(lián)的形式組合形成蓄電池組，它的容量要和光伏電池陣列的容量相符合。其功能是儲存直流電，提供給負(fù)載運(yùn)用。

3光伏系統(tǒng)的定額功率輸出控制

在傳統(tǒng)的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，為提高系統(tǒng)的發(fā)電效率，光伏陣列采用最大功率點(diǎn)跟蹤模式。隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷成熟及光伏電站容量的不斷增大，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)在電網(wǎng)供電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制中起著愈發(fā)重要的作用，不僅作為一種新型的電源向電網(wǎng)提供能量，而且當(dāng)光伏陣列的并網(wǎng)功率高于電網(wǎng)要求的給定值時，光伏并網(wǎng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對功率的調(diào)節(jié)，增強(qiáng)系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)能力。這樣，光伏陣列的有功輸出可依據(jù)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)耗損的增減而相應(yīng)地加以調(diào)節(jié)，保證整個系統(tǒng)的有功功率平衡。因此，研究光伏系統(tǒng)功率控制策略，充分利用光伏陣列潛在的控制能力，對提高電能質(zhì)量、維護(hù)系統(tǒng)供需平衡具有重要意義。根據(jù)以上對光伏陣列定額功率輸出模式的分析，可推知定額功率輸出的控制策略主要包括穩(wěn)定工作區(qū)間確定、設(shè)定功率跟蹤及占空比調(diào)節(jié)三大模塊。其中，穩(wěn)定工作區(qū)間確定模塊根據(jù)光伏陣列的特性，采用定電壓跟蹤法確定光伏陣列最大功率點(diǎn)電壓及開路電壓，從而得到所需的穩(wěn)定工作區(qū)間;設(shè)定功率跟蹤模塊主要根據(jù)設(shè)定功率，對光伏陣列的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使光伏陣列的輸出功率追蹤到設(shè)定功率或兩者差值滿足精度要求;占空比調(diào)節(jié)模塊根據(jù)光伏陣列輸出電壓，基于Boost 電路升壓原理，采用相關(guān)控制策略調(diào)節(jié)Boost 電路占空比。

3.1 工作區(qū)間確定模塊設(shè)計(jì)

在定額功率輸出模式下光伏陣列的輸出電壓區(qū)間為最大功率點(diǎn)電壓與光伏陣列開路電壓之間。光伏陣列的開路電壓值隨光照變化不大，由此本文在不同光照溫度下的開路電壓均采用標(biāo)準(zhǔn)工況下的開路電壓。光伏陣列的最大功率點(diǎn)電壓Umpp與光伏陣列的開路電壓Uoc間存在近似的線性關(guān)系，即Umpp =kUoc，其中k 的值取決于光伏陣列的特性，一般在0. 71 ～0. 82。此方法稱為定電壓跟蹤法，實(shí)際上是一種開環(huán)的MPPT 算法，其控制簡單快速，能快速接近最大功率點(diǎn)，但忽視了溫度對光伏陣列輸出電壓的影響。本文光伏陣列的工作環(huán)境中變化較大的是光照強(qiáng)度，溫度相對較穩(wěn)定，由此可采用定電壓跟蹤法快速接近最大功率點(diǎn)電壓，進(jìn)而快速確定光伏陣列在定額功率輸出模式下電壓有效范圍。

3.2 功率跟蹤模塊設(shè)計(jì)

功率跟蹤模塊主要實(shí)現(xiàn)對設(shè)定功率的追蹤，即光伏陣列的實(shí)際輸出功率與設(shè)定功率的差值| P - Pref | 滿足精度要求。由于光伏陣列輸出功率與工作環(huán)境有很大關(guān)系，具有一定的不確定性，可能會出現(xiàn)設(shè)定功率大于光伏陣列最大輸出功率的情況，因此在對光伏陣列輸出功率進(jìn)行控制時，應(yīng)分情況設(shè)定控制目標(biāo)。當(dāng)設(shè)定功率大于最大功率時，光伏陣列通過MPPT 控制以最大功率輸出;當(dāng)設(shè)定功率小于最大功率時，光伏陣列通過定額控制以設(shè)定功率輸出。為此，光伏閉環(huán)系統(tǒng)需根據(jù)不同的控制目標(biāo)，在最大功率輸出與設(shè)定功率輸出間進(jìn)行狀態(tài)切換。

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（作者單位：五家渠京能新能源有限責(zé)任公司超）