并網光伏系統低電壓穿越策略

姜春鵬

【摘?要】對于太陽能光伏并網發電技術，正在進行逐漸地研究、運用中，通過對太陽能的有效運用，結合光伏并網發電技術，將太陽能能源進行合理配置，使過去電能供應的壓力得到減少。運用光伏并網發電技術，需要對太陽能的長遠發展提高重視，使太陽能光伏并網發電技術的運用環境得到改善，從而保證其電力供應的正常運作。

【關鍵詞】并網光伏系統;低電壓穿越;應用

前言

含光伏發電的電網故障時，并網點處電壓即使出現大幅跌落，光伏發電仍會按照并網規程保持不脫網運行。而逆變器作為光伏發電并網的核心部分，也是實現低電壓穿越的重要元件，決定了光伏發電不脫網運行狀態下的輸出特性。

1并網發電系統的原理

太陽能光伏發電系統是指利用太陽能電池，實現對太陽輻射的轉變，將其轉變為電能。太陽能光伏發電系統是一個新型的發電系統，其主要是對太陽光進行轉變，使其轉變為電能。聯網運作及離網運作是該系統的主要運轉方式。在光伏電池的兩面將電極引出，并將負載接進來，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，讓太陽能轉變成電能得到有效實現。光伏發電系統是一種可再生資源配置，其通過對光伏電池方陣的利用，實現太陽能到電能的轉變，并將這種能量存儲到蓄電池內或是提供給負載運用。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變成電能，其中一些電能為交流或是直流負載提供，剩余的電能將會給蓄電池組充電。當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載提供電能。

2光伏并網發電系統的組成

2.1光伏電池板

作為系統的基礎單元，當電池陣列接收到太陽光時，光能被電池吸收，并產生光伏效應，這時太陽光就可以順利地被轉變成電能。

2.2太陽能控制器

非線性是光伏電池陣列的主要特點，為了在不同環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跟蹤控制引進其中。

2.3DC-AC變換裝置

通過對功率器件的關斷和導通進行控制，使直流電由低壓轉變為高壓，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現。

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行轉換，將其轉換成220伏交流電，使其成為交流負載主要的電力來源。

2.5儲能裝置

一些鉛酸蓄電池經過并聯、串聯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，提供給負載運用。

3光伏系統的定額功率輸出控制

在傳統的光伏并網發電系統中，為提高系統的發電效率，光伏陣列采用最大功率點跟蹤模式。隨著光伏發電技術的不斷成熟及光伏電站容量的不斷增大，光伏并網系統在電網供電系統的協調控制中起著愈發重要的作用，不僅作為一種新型的電源向電網提供能量，而且當光伏陣列的并網功率高于電網要求的給定值時，光伏并網系統可實現對功率的調節，增強系統的可調節能力。這樣，光伏陣列的有功輸出可依據負荷和網絡耗損的增減而相應地加以調節，保證整個系統的有功功率平衡。因此，研究光伏系統功率控制策略，充分利用光伏陣列潛在的控制能力，對提高電能質量、維護系統供需平衡具有重要意義。根據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定工作區間確定、設定功率跟蹤及占空比調節三大模塊。其中，穩定工作區間確定模塊根據光伏陣列的特性，采用定電壓跟蹤法確定光伏陣列最大功率點電壓及開路電壓，從而得到所需的穩定工作區間;設定功率跟蹤模塊主要根據設定功率，對光伏陣列的輸出電壓進行調節，使光伏陣列的輸出功率追蹤到設定功率或兩者差值滿足精度要求;占空比調節模塊根據光伏陣列輸出電壓，基于Boost 電路升壓原理，采用相關控制策略調節Boost 電路占空比。

3.1 工作區間確定模塊設計

在定額功率輸出模式下光伏陣列的輸出電壓區間為最大功率點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準工況下的開路電壓。光伏陣列的最大功率點電壓Umpp與光伏陣列的開路電壓Uoc間存在近似的線性關系，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，實際上是一種開環的MPPT 算法，其控制簡單快速，能快速接近最大功率點，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境中變化較大的是光照強度，溫度相對較穩定，由此可采用定電壓跟蹤法快速接近最大功率點電壓，進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 功率跟蹤模塊設計

功率跟蹤模塊主要實現對設定功率的追蹤，即光伏陣列的實際輸出功率與設定功率的差值| P - Pref | 滿足精度要求。由于光伏陣列輸出功率與工作環境有很大關系，具有一定的不確定性，可能會出現設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行控制時，應分情況設定控制目標。當設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;當設定功率小于最大功率時，光伏陣列通過定額控制以設定功率輸出。為此，光伏閉環系統需根據不同的控制目標，在最大功率輸出與設定功率輸出間進行狀態切換。

參考文獻：

[1]張謙，李鳳婷，蔣永梅，等.提高直驅永磁風機低電壓穿越能力的控制策略[J].電力系統保護與控制，2017，45（6）：62-67.

[2]周士瓊，王倩，呂瀟，等.定子Crowbar電路模式切換的雙饋風力發電機組低電壓穿越控制策略[J].電力系統保護與控制，2017，45（4）：33-39.

（作者單位：五家渠京能新能源有限責任公司超）