光伏并網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析及優(yōu)化分析

於立峰 吳序芳 許文杰 路清博

1.浙江浙能蘭溪發(fā)電有限責(zé)任公司

2.浙江浙能長興發(fā)電有限公司

3.華能（浙江）能源開發(fā)有限公司玉環(huán)分公司

0 引言

隨著世界工業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，能源的消耗也越來越高，傳統(tǒng)的不可再生的化石能源的大量開采已導(dǎo)致能源危機(jī)日益嚴(yán)重，而太陽能作為地球來源最廣泛的可再生能源，正得到越來越多的研究和快速發(fā)展，光伏并網(wǎng)在大力推進(jìn)，相信不久的將來將得到極大的普及。

由于光伏發(fā)電產(chǎn)生的是直流電，因此要送到交流電電網(wǎng)中去的話，在并網(wǎng)過程中需對(duì)電能進(jìn)行處理和控制，目前采用最為普遍的方法是脈寬調(diào)(PWM)技術(shù)。但由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的變換器中有大量的元器件，脈寬調(diào)(PWM)技術(shù)在控制過程中會(huì)產(chǎn)生較多的諧波，對(duì)元器件工作的可靠性和穩(wěn)定性造成很大的干擾，使發(fā)電并網(wǎng)質(zhì)量較差。為了解決上述問題，許多研究采用LCL型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)以減小諧波的干擾，但由于LCL型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在阻尼項(xiàng)的缺失，使系統(tǒng)在某一頻率發(fā)生諧振現(xiàn)象，降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

針對(duì)該問題，本文提出了一種全新的單位延時(shí)反饋等效阻抗并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)控制策略，有效拓寬了阻尼區(qū)，在解決諧波干擾問題的同時(shí)提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1 全新光伏并網(wǎng)系統(tǒng)控制策略

1.1 控制策略拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

本文建立的全新控制策略模型為單位延時(shí)反饋等效阻抗模型，見式(1)～(3)，其中為HPF 截止頻率，為HPF 增益系數(shù)，為變換器增益系數(shù)。

根據(jù)上述原理，本文采用的控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖1，等效電路圖見圖2。

圖1 光伏并網(wǎng)系統(tǒng)控制拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖2 等效電路圖

根據(jù)自控理論，將有源阻尼策略回路通過恒等變換可得主電路中的，即阻抗模型，以無源性角度可更直觀地分析有源阻尼。

延時(shí)表達(dá)式為［1］：

本文采用的控制策略實(shí)現(xiàn)步驟為：

1.2 控制策略的對(duì)比分析

傳統(tǒng)方法中，Req 的正區(qū)間為(fs/6，fs/3)，如圖3 所示。而本文設(shè)計(jì)的控制策略，當(dāng)反饋系數(shù)時(shí)，Req的正區(qū)間為(fs/4，fs/2)，見圖4，其中fs為采樣頻率，是采樣周期Ts 的倒數(shù)；當(dāng)時(shí)，由于和的區(qū)間臨界值存在不確定性，故需對(duì)初相位θ的取值進(jìn)行討論。當(dāng)和時(shí)，Req 的正區(qū)間均為(0，fs/4)，見圖5和圖6。

圖3 傳統(tǒng)控制策略Req的正區(qū)間

圖4 本文采用的控制策略Req的正區(qū)間

圖5 時(shí)Req的正區(qū)間

圖6 時(shí)Req的正區(qū)間

2 仿真結(jié)果分析

圖7、圖8 為采用本文控制策略及傳統(tǒng)控制策略的實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證。圖7為采用傳統(tǒng)控制策略時(shí)并網(wǎng)變換器的并網(wǎng)三相電流及并網(wǎng)點(diǎn)A相電壓，其中：為并網(wǎng)電流，為并網(wǎng)A相電流，為并網(wǎng)點(diǎn)電壓為并網(wǎng)點(diǎn)A相電壓。圖8為采用本文控制策略對(duì)應(yīng)的電流、電壓波形。由圖7、圖8 可看出，在采用本文控制策略后，電流波形更趨于正弦化，并網(wǎng)電流得到明顯改善，通過設(shè)計(jì)單位延時(shí)反饋系數(shù)，取，有效阻尼區(qū)(穩(wěn)定區(qū))為，比傳統(tǒng)策略更寬，達(dá)到了最大、最優(yōu)阻尼區(qū)間，使電網(wǎng)在呈弱感性或主電路參數(shù)不確定導(dǎo)致諧振頻率大范圍變化時(shí)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性。

圖7 傳統(tǒng)控制策略時(shí)并網(wǎng)電流及A相電壓

圖8 本文控制策略時(shí)并網(wǎng)電流及A相電壓

3 結(jié)束語

光伏并網(wǎng)是未來解決能源短缺的重要手段，但隨著應(yīng)用的不斷深入，傳統(tǒng)的控制策略存在的有效阻尼區(qū)局限問題暴露了出來，限制了光伏的應(yīng)用。為了綠色能源全面應(yīng)用戰(zhàn)略更好地推進(jìn)，本文提出了一種新的單位延時(shí)反饋等效阻抗并網(wǎng)發(fā)電控制策略，以改善有效阻尼區(qū)局限問題，仿真結(jié)果顯示，本文設(shè)計(jì)的控制策略可有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和魯棒性。