電力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)-分布式太陽(yáng)能發(fā)電并網(wǎng)研究

丁兆碩，楊建旭，徐 梁，余 剛，相 耀

（1.安徽南瑞繼遠(yuǎn)電網(wǎng)技術(shù)有限公司，安徽 合肥 230001；2.合肥即理科技有限公司，安徽 合肥 230088）

1 并網(wǎng)逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

關(guān)于逆變器的分類(lèi)方法有很多，可以根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、功率輸出目標(biāo)、隔離方式、輸出相數(shù)以及功率流向等進(jìn)行劃分。其中，集中式逆變器和組串式逆變器就是根據(jù)安裝光伏板組合方式的不同進(jìn)行分類(lèi)，這是生產(chǎn)生活中應(yīng)用最常見(jiàn)的分類(lèi)。

逆變器的電路拓?fù)涫且恢币詠?lái)研究的熱點(diǎn)，設(shè)計(jì)優(yōu)越的電力拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能提高安全保證和性能[1-3]。逆變器電力拓?fù)湓O(shè)計(jì)是評(píng)價(jià)整個(gè)光伏系統(tǒng)性能和技術(shù)水平的重要指標(biāo)，常見(jiàn)的幾種逆變器包括電力電子模塊、H橋電感模塊、三相H橋模塊以及多模塊SST。

2 分布式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)仿真

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、并網(wǎng)逆變系統(tǒng)、輸配電系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)通信系統(tǒng)組成。整個(gè)系統(tǒng)包括光伏電池組件、直流電纜、匯流箱、配電柜、逆變升變壓裝置、通信裝置以及監(jiān)測(cè)終端等。在太陽(yáng)輻射下，太陽(yáng)能電池產(chǎn)生電能，通過(guò)光伏并網(wǎng)逆變器及控制設(shè)備匯流集中，然后輸送到外部電網(wǎng)上，再經(jīng)過(guò)電網(wǎng)進(jìn)行電能分配調(diào)節(jié)。

建立一個(gè)15 kW并網(wǎng)光伏陣列模型如圖1所示。

圖1 15 kW并網(wǎng)光伏陣列模型

PV陣列模型的初始輸入輻照度為1 000 W/m2，工作溫度為45 ℃。仿真結(jié)果如圖2所示。

圖2 仿真結(jié)果（光伏陣列輸出）

達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)（大約t=0.15 s），獲得480 V的PV電壓（Vdc_mean），從陣列中提取的功率（Pdc_mean）為15 kW。這些值非常符合光伏組件輸出的預(yù)期值。在t=0.3 s時(shí)，太陽(yáng)輻照度迅速?gòu)? 000 W/m2下降到200 W/m2。由于采用了MPPT操作，控制系統(tǒng)將Vdc參考降低到464 V，以便從PV陣列中提取最大功率。

3 并網(wǎng)研究與仿真

本項(xiàng)目仿真模型包含了交流電網(wǎng)模型、固態(tài)變壓器模塊、光伏逆變器模塊、儲(chǔ)能變流模塊以及三相交流負(fù)載等。

該直流微網(wǎng)模型包含了一個(gè)固態(tài)變壓器、一個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)（鉛蓄電池加半橋變流器）、一個(gè)光伏系統(tǒng)（光伏電池加半橋變流器）以及一個(gè)帶阻感負(fù)載的三相逆變器，每一系統(tǒng)各自對(duì)應(yīng)一個(gè)子系統(tǒng)[4-6]。

光伏系統(tǒng)采用光伏輸入電壓環(huán)節(jié)跟蹤MPPT產(chǎn)生的參考信號(hào)，其中MPPT采用了定步長(zhǎng)擾動(dòng)觀測(cè)法，支持環(huán)境條件變化下的最大功率點(diǎn)跟蹤，三相逆變器則采用離網(wǎng)VF控制。此外，光伏系統(tǒng)采用光伏輸入電壓環(huán)節(jié)跟蹤MPPT產(chǎn)生的參考信號(hào)，其中MPPT選擇了定步長(zhǎng)擾動(dòng)觀測(cè)法來(lái)跟蹤最大功率點(diǎn)。仿真結(jié)果如圖3所示。

圖3 仿真結(jié)果（光伏電池1端口電壓）

其中，MPPT設(shè)置為擾動(dòng)輸入電壓，使光伏電池輸出功率在最大功率點(diǎn)小范圍浮動(dòng)。根據(jù)時(shí)間設(shè)定，MPPT在系統(tǒng)開(kāi)始0.2 s后工作，此后光伏電池端口電壓輸出穩(wěn)定，證明了MPPT在光伏系統(tǒng)發(fā)揮的作用[7-9]。蓄電池功率如圖4所示。

圖4 蓄電池功率

上圖3所示可知，根據(jù)時(shí)間設(shè)定，蓄電池模塊在系統(tǒng)開(kāi)始0.5 s后開(kāi)始仿真，蓄電池功率按照給定參考變化，響應(yīng)速度快。負(fù)載電阻變化導(dǎo)致負(fù)載電流隨之變化，可以看出電流環(huán)的響應(yīng)速度快，電流正弦度高[10]。三相負(fù)載電流如圖5所示。

圖5 三相負(fù)載電流

母線直流電壓可以發(fā)現(xiàn)，如下圖6所示，負(fù)載(PV，蓄電池，三相負(fù)載)變化時(shí)，直流母線基本維持恒定。

圖6 母線直流電壓

入網(wǎng)電流具有較好的正弦度，負(fù)載變化時(shí)，入網(wǎng)電流跟隨變化，響應(yīng)速度快。圖7為入網(wǎng)電流圖。

圖7 入網(wǎng)電流

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)光伏陣列發(fā)電并網(wǎng)模型的構(gòu)建，驗(yàn)證了MPPT在光伏發(fā)電系統(tǒng)的作用，實(shí)現(xiàn)光伏板高效輸出，提高光能利用率。光伏發(fā)電應(yīng)用場(chǎng)景日益復(fù)雜多樣，分布式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)正在迎來(lái)快速發(fā)展和普及，MPPT系統(tǒng)發(fā)揮重要作用。光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需要國(guó)家政策主導(dǎo)推動(dòng)，電力部門(mén)指導(dǎo)，光伏產(chǎn)業(yè)響應(yīng)，從而打破上下游產(chǎn)業(yè)鏈，完善資源整合，并有針對(duì)性的營(yíng)銷(xiāo)推廣，推動(dòng)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)在新能源發(fā)電領(lǐng)域快速發(fā)展。