分布式光伏并網發電系統控制技術研究

王洋洋

（華北水利水電大學 河南省鄭州市 450000）

1 儲能技術的應用特點

分布式光伏并網環節，由于需要利用儲能技術，應用該技術應用可能受到環境因素影響，導致并網環節存在功率波動，不平衡的波動能夠影響電網運行安全。儲能單元屬于對于風能和光能暫時存儲重要裝置，能夠將系統電能吸收，且電能釋放也較為靈活，維持再生能源并網階段功率平滑。可再生能源處于孤島運行狀態時，通過儲能單元就可自動完成系統功率缺額的調節，維持電壓、頻率等穩定性。在光伏并網階段，通常會利用化學儲能，也會利用電池儲能，還有可能會使用機械儲能，不同儲能應用特點存在差異，具體參數如表1所示。

2 分布式光伏并網發電系統的控制技術

2.1 控制系統硬件

按照分布式光伏并網系統控制需求，選擇硬件電路，系統控制重點參數內容如下：

（1）大電網的額定功率運行標準為50Hz；

（2）大電網的頻率偏差在±0.5Hz；

（3）光儲系統存在的電壓偏差應該不超過5%；

（4）光儲系統內三相電流的斜波要求應該在5%內；

（5）光儲系統的直流側電壓處于300～800V直之間。

由于硬件系統屬于分布式儲能光伏并網基礎系統，電路組成部分有主要電路，還有采樣、控制、驅動等電路，并網運行階段，能夠采集電網實時電流、電壓，還能明確儲能單元荷電狀態，下文使用“SOC”表示，在控制電路當中生成啟動信號(PWM)，使變流器產生動作，完成對系統控制。

分布式光伏系統運行階段，變流器驅動環節，驅動電路需要借助反激式方式完成，維持變流器正常運行。運用反激式驅動，需要先采集系統信號，按照硬件功能需求而展開，采集信號能夠為硬件模塊提供算法數據。信號采集階段，為了確保數據精準，還需要對電流、電壓等信號采取處理措施，使其能夠經過隔離電路，進而完成高電壓、電流信號向低電壓、電流信號的處理，生成電壓、電流等信號能快速進入DSP芯片當中，輔助控制過程順利進行。

2.2 控制電路設計

在分布式光伏控制線路中，應該注意母線電壓的合格率，應該達到指標要求，這樣采集的母線電壓數據才能處于合理范圍之內。

對于電流信號進行采集，需要利用芯片運放采樣電流，保持運放階段電流信號可滿足ADC芯片電流要求。電流、電壓等采集線路設計完成以后，還需要對于系統采取保護設計，具體包括欠電壓、過電壓、過電流等保護設計。本研究根據分布式光伏電網系統協調運行這一要求，完成保護電路的設計，為了保證電路能夠平穩運行，可設計電源電路。

按照電力電子原理可知，當IGBT電路柵極受到正向電壓沖擊，并且產生觸發脈沖時，那么驅動電路就會導通。驅動芯片通常選擇具備欠壓保護、電壓檢測多種功能的產品。除此之外，還可以利用CAN總線對于分布式控制、串行通信之間的通信網絡采取實時控制措施。

2.3 控制軟件設計

控制系統利用TMS320f2812作為核心芯片，融合微機控制、DSP等技術特點，因此控制能力強，對于復雜算法能夠有效處理。利用分布式儲能并網系統展開軟件設計，設計內容包括DSP程序框架、主程序、中斷子程序等。

第一，主程序的設計作為基礎內容，需要在系統正式運行以前完成各項初始化操作，對于不同控制模塊工作模式進行設置。系統啟動之時，需要先將內部中斷關閉，之后開始初始化操作，完成以后中斷開啟，等待中斷端信號，如果系統內存在該信號，那么可按照中斷優先級別、類型等自動進入子程序控制當中。

主程序控制整個流程，中斷子程序有三個，一是ADC中斷，二是保護中斷，三是外部中斷。ADC中斷主要負責AD轉換、檢測畸變量、輸出PWM算法等，保護中斷的功能。系統如果出現故障，能夠快速將脈沖封鎖，并且將PWM輸出停止；外部中斷是在同步坐標發生變化時，能夠對于初始相位展開校對。

2.4 系統控制流程

ADC中斷控制流程需要按照分布式光伏并網系統運行特點，利用DSP內AD采樣引腳，實時獲取電壓、電流等信號，之后利用固定算法，獲得PWM脈沖、指令信號等，以此對于變流器進行驅動，產生有功功率。當中斷服務程序開啟以后，應該先將中斷關閉，后對采樣信號進行讀取，之后按照協調控制這一算法，將系統的功率缺額計算出來，最后利用協調控制，保證系統能夠穩定運行。

保護中斷程序運行期間，如果系統出現故障，那么就會將脈沖封鎖，確保系統能夠處于環境下運行。如果系統內部存在故障，那么就會發出指令，將PWM輸出信號停止，以免系統當中存在過高電流，沖擊開關，導致功率開關受損。AD轉換結束之后，對于其采集數據進行讀取，之后對系統故障加以檢測，如果故障存在，那么就要將脈沖封鎖，否則系統就會持續運行。

表1：儲能技術參數表

外部中斷主要通過變換同步坐標完成初始相位的校對，和系統控制準確度有直接聯系。系統運行階段，中斷尚未開始時，就可以對相位校準，若沒有發現錯誤，那么就可繼續計算，如果發生錯誤，那么可自動校正，之后將中斷標志清除，并退出中斷。

2.5 控制策略驗證

分布式光伏并網系統控制實驗環節選擇電網參數為電壓AC380V，電流200A，頻率50Hz。電池使用磷酸鐵鋰型，每個電壓為3.2V，容量10kWh。逆變器處于并網下，為三相四線制，輸出功率50kW，額定電壓380V，額定頻率為50Hz；離網模式下，額定電壓為380V，輸出頻率為50～60Hz。直流電壓350～850V，直流紋波在5%以內，穩壓精度在±1%，轉換效率能夠超過95%。

選擇多晶硅組成的光伏發電系統，其中額定功率10kW，額定輸入電壓640V，電壓變化區間在200～800V，逆變啟動的電壓是120V，最高直流功率為13000W，通過分布式儲能的并網系統控制系統運用，對于控制策略加以驗證，檢驗過程，儲能放電使用光伏負載SOC(70～85%)，充電利用SOC(15～30%)和SOC60%，對于控制策略實效進行驗證。

利用實驗平臺，其光伏列陣的有功功率輸出為2kW，負載側的功率1kW，實驗過程可按照時間的變化轉換投切，控制交流側的輸出電壓為380V，利用交流母線對于光伏發電、儲能系統進行并聯，之后和大點網絡進行連接，在負載一側需要利用阻值可調節電阻箱。實驗區域（街）的容載量30MW，而園區容載量1MW，二者之間未設置隔離變，所以，實驗環節還需要增設IT及Delay環節，以便將電池本身存在的問題導致SOC出現不穩定變化的問題消除，確保實驗過程PCS功率具有連貫性，以免SOC突變對于實驗數據產生影響。

2.5.1 放電工況介紹

儲能單元內部荷電狀態達到70～85%時，只能進行放電，對于儲能系統的并網放電采取測試，在交流母線上負載1kW，并且間隔時間10s往復投切，在并網系統當中接入光伏按照SOC占據比例，由儲能逆變器（雙向）對于放電功率進行計算，并且讓儲能系統放電，使其電能從85%降至70%。此時，逆變器的放電功率降為0，在交流母線上并網。分布式光伏并網階段不同單元電流、電壓和功率波形線能夠實時獲取。

2.5.2 控制過程分析

儲能單元的荷電狀態在70～85%這個區間段之內，儲能單元就可放電。測試儲能系統的并網放電量，需要在交流母線之上負載1kW，并且間隔10s往復投切，將光伏向并網系統內接入。為了確保并網環節功率、電壓等平穩性，使儲能單元能夠將有功功率輸出，而且處于放電狀態。當SOC的放電量達到70%，儲能逆變器放電功率就降為0，這時光伏系統能夠為負載提供有功功率，電網當中多余的功率還能有效并網。在此期間，可以看出，利用分布式儲能電網系統協調控制方式，能夠為系統平穩運行營造良好條件。

2.5.3 充電工況介紹

若儲能單元電荷量為15%～30%間，那么儲能單元就會進入充電狀態，對于系統并網采取充電測試，保持交流母線荷載1kW，并且在間隔10s以后，展開往復投切，此時并網系統能否順利進入和功率變化有關。同樣，逆變器可以按照SOC占據百分比，對于充電功率進行自動計算，對于儲能系統進行充電，使其電量從5%上升到30%。SOC充電量能夠達到30%后，儲能逆變器的放電功率就會降到0。系統并網環節不同來源電流、電壓及功率也能夠實時獲取。

2.5.4 控制過程分析

如果儲能單元內部的荷電量達到15%～30%這一范圍，儲能單元進入充電狀態，此時對于并網放電情況進行測試，保持交流母線上帶載1kW，間隔時間10s后展開往復投切，在并網系統內接入光伏。由于此階段，儲能單元始終保持充電狀態，而且荷電也在充電狀態。因為光伏系統當中，有功功率的輸出相對有限，需要通過大電網滿足儲能單元、有功負載等充電需求，電網需要為系統傳輸功率。若SOC的充電量達到30%，逆變器對于放電功率的控制降為0，可由光伏系統為負載來提供有功功率，對于多余功率并網。系統運行階段，通過光伏并網系統采取協調控制，可為系統運行平穩運行提供保障。

3 結束語

總之，經上文分析，將儲能單元作為控制基礎，對于儲能單元控制策略展開研究，探討分布式儲能并網系統的控制要求，對于分布式光伏的并網發電系統展開協調控制，控制系統調控有效，期待為后續分布式光伏儲能并網發電系統之間的協調控制提供實踐支持，實現安全并網，讓電網生產更加安全。