基于光伏并網發電系統并網控制策略分析

鄧建楠

（湖北工業大學電氣與電子工程學院 湖北·武漢 430000）

0 前言

目前因為世界上的自然資源消耗非常嚴重，所以各國致力于發展清潔能源。在這么多清潔能源當中儲量最大的就是太陽能資源，它具有無污染且持久的特點，現在的科學家都在對太陽能進行技術研究，本文將以單向光伏并網發電系統作為研究對象展開討論。

1 光伏發電系統的并網控制

1.1 并網逆變器的拓撲

如果并網發電系統需要進行電能變換就離不開并網逆變器，這是并網發電系統的核心部件，逆變器可以根據直流側電源性質分為兩種不同的部件，根據電壓源和電流源可以劃分為兩個不同的逆變器，電壓源是直流側的稱為電壓型逆變器，直流側是電流源的稱為電流型逆變器?，F在世界上主流的并網逆變器都是使用電壓源為主的方式，這是因為電流源逆變器需要串聯一大電感提供直流電源輸入這個缺點。

常見的單向正弦逆變器住店里有三種不同的結構，分別是半橋、全橋以及推挽，我們經常可以看見的是全橋逆變器。

半橋逆變器相對于其他兩種逆變器來說，開關器件不多并且結構相對簡單，但是相對來說，他的輸出電壓幅值相對較少，只有滯留二段輸入電壓的一半，這就是說在相同容量的條件下，全橋逆變器的額定電流是小于半橋逆變器的。但是因為分壓電容的存在，導致該電流存在不平衡康電壓的能力，但是半橋逆變器的器件比較少，成本也較低，即使存在一定的缺點也會被經常采用。

逆變器的輸出電流變化相比較于開關頻率來說是比較慢的。開關切換的動作區間中的輸出電流是變的，但是當開關切換動作發生的時候，逆變器的輸出電流就會發生變化，電流會從半個繞組轉移到另外半個繞組，期間如果繞組一起的，在轉移的過程中是不會出現任何能量的流逝，但是實際上變壓器是存在漏抗的，因為漏抗的存在，在開關動作的時候就會出現部分的能量消耗，這是因為逆變器需要保護開關來阻斷電路。

1.2 光伏并網系統逆變器控制方式

逆變器和市電并聯運行輸出控制可以分為兩種，一種是電壓控制，一種是電流控制。當光伏并網逆變器的輸出使用電壓控制時，城市電力系統就可以被視為具有無窮大定制的交流電壓源，這是一個電壓源與電壓源并行的系統，但是這種系統會存在不夠穩定的問題，在運行的時候必須要使用鎖扣相控制技術，只有這樣才可以實現同步穩定運行，可以通過調整逆變器輸出電壓的大小以及相位控制其輸出，但是因為鎖相系統相對來說反應速度較慢，很難被精準的控制，這個時候就會出現環流的問題，這需要使用一些特殊手段來處理。

逆變器在輸出的時候采用電流來驚醒控制就沒有這個問題，只需要控制逆變器的輸出電流就可以達到并聯運行的效果，這個控制方法相比較于電源控制來說相對簡單，因此廣泛被使用。

1.3 輸出電流的控制方式

如果要實現對電網電壓的實時跟蹤就需要使逆變器的輸出電流和電網的電壓同頻同向，跟蹤的方法不是使用信號博對載波進行調制，是將電流波形作為指示信號進行輸出，在過程當中以實際電流波為反饋信號，再對比兩個的瞬時值來決定是否將其中的開關器件進行通斷，常用的并網逆變器輸出電流控制有三角波比較方式、滯環比較方式和定時比較方式三種。三角波比較方式是指將指令電流和并網電流進行實時對比，得到兩者的偏差值后再與三角波進行對比，其中可以使用放大器采用比例和比例積分放大器來進行對比，這種電流方式跟隨誤差比較大，軟硬件比較復雜，其中輸出電壓中還存在與三角載波相同頻率的諧波，三角波方式的放大器增益比較有限，功率相比較固定地來說比較少，電流響應想對比瞬時值比較方式為慢。定時比較方式使用時鐘定制比較器。這種方式首先設置一個固定的時鐘來設置周期，這樣可以定期進行指令信號和對被控制量進行采樣，這種方式可以避免元器件開關的頻率過高，這種功率器的最高開關頻率為時鐘頻率的一般，但是這種方式也存在一定的缺陷，就是在電流控制誤差沒有一定的環寬，需要將控制精度降低。滯環比較方式則是將指令電流和實際并網電流進行比較，兩者比較的偏差值作為滯環比較器的輸入來說需要控制主電路的開關通斷信號，這個通斷信號可以控制電流并網的電流變化。這種控制方式存在以下幾個特點，第一就是硬件電路簡單易控，有超快的響應電流，可以進行實時控制，不需要載波，對比計算法和調制法來說具有較高的諧波含量，相對比滯環的寬度來說，電流跟隨的誤差范圍是固定的。

2 并網控制策略

太陽能官府并網系統采用雙閉環控制策略進行并網控制。其中雙閉環的外環為電壓環，這樣可以使直流輸出端電壓在并網控制的時候穩定電壓，內環則為電流環，這樣可以使輸出電流和電網電壓同頻同向，輸送到電網的功率也因數也會趨近1。

在實際檢測當中可以將電容電壓和給定的電容電壓來進行比較，期間的差值可以通過貼節氣來得到電流環的并網電流幅值，這個幅值可以通過鎖相環節得到電網電壓的頻率和相角同步信號結合，其中可以得到并網的電流信號，這樣就可以與實際檢測的并網電流相對比，這個差值可以通過對比得出滯環比較環節的差值，從而得到其中的數值，使并網電流在指定環寬以內變化。

3 并網發電系統并網控制策略

太陽能光伏發電系統可以分為獨立系統和并網系統兩大類，獨立系統是由太陽能電池直接提供功率，這是太陽能發電的最基本形式，但是這種形式并不適用于市區，只能在遠離市區的地方實施。目前在市區中應用最為廣泛的是并網發電系統，這是通過控制逆變器直接將太陽能電池中的直流電轉換為交流電，接著輸向電網。并網發電系統有大型聯網光伏電站和小型光伏聯網系統兩種，大型光伏聯網因為耗資巨大因此發展速度不快，現在并網的大多數是分散的小型光伏聯網系統，在最近幾年小型光伏聯網系統得到了飛速的發展。

并網發電系統中的太陽能電池陣列可以始終在最大功率的前提下進行工作，從而吸收來自太陽能電池板發出的全部能力，這樣可以提高太陽能發電的效率，可以取消蓄電池，降低蓄電池充放電的能量損耗，這樣可以降低蓄電池對于環境帶來的污染，從而加強供電的穩定性和可靠性。

4 結束語

本文研究的主題是基于光伏并網發電系統并網控制策略分析，從能量轉換的角度來看，太陽能光伏發電的轉換系數比較高，可以通過檢測太陽能電池板的輸出電壓和輸出電流以及逆變器輸出的并網電流，可以將這些檢測信號輸入到控制器中，這樣可以通過調節并網電流的幅值控制太陽能電池的輸出功率從而實現最大功率的并網發電。光伏并網發電系統因為自身的優勢得到廣泛的認可，在保護環境的情況下可以實現最大功率的發電。