摘要：现阶段，许多国家虽然已经对光伏发电系统的低电压稳定能力提出了较高要求，强调光伏发电系统必须要保证在电网电压不平衡、电网电压过低等情况下依然可以实现并网运行。基于此，本文以电网电压不平衡对光伏发电系统的影响为基础，提出了光伏发电系统的改进功率控制策略。
关键词：电网电压；光伏发电系统；电流峰值
随着社会的不断发展，电能资源已然成为了人们工作生活必不可少的基础性能源。但随之而来的，煤炭、天然气等不可再生能源也呈现出了日益枯竭的负面状态。为了应对这一情况，光伏发电系统应运而生，为电力行业的现代化、可持续发展带来了新的曙光。
一、电网电压不平衡对光伏发电系统的影响
现阶段，许多国家虽然已经对光伏发电系统的低电压稳定能力提出了较高要求，强调光伏发电系统必须要保证在电网电压不平衡、电网电压过低等情况下依然可以实现并网运行。但即便是这样，电网电压的不正常运行态势仍会对光伏发电系统造成一定的影响，甚至导致光伏阵列的损坏，缩短光伏发电系统的实际运行寿命。具体来讲，电网电压不平衡问题对光伏发电系统的影响可分为两个方面：
第一，对称电压的不平衡影响。电网电压出现这一问题时，会使光伏发电系统中光伏阵列的输出电流在短时间内激增，进而对其本身以及与之相连的并网逆变器造成影响。通常来讲，要想实现电网对称电压不平衡扰动的应对处理，需要光伏发电系统中储能单元与光伏阵列两个部分的共同配合，即利用储能单元为光伏阵列分散一定的功率变化压力，并与光伏发电协同的运行状态进行协调，输出一定量的额外功率，实现对电网整体功率稳定性的支持[1]。
第二，不对称电压的不平衡影响。一般来讲，当电网发生断路、继电器损坏等故障问题时，其配网负荷会呈现出不对称的趋势，进而造成电压出现不平衡扰动问题。此时，在电压波动的作用下，光伏发电系统中的光伏阵列势必会与电网形成一定的倍频功率交换，进而使得光伏发电系统直流侧的电压发生无规则变化。这样一来，将导致光伏发电系统中最大功率点的跟踪模块失去作用，同时与对称电压的不平衡影响一样，也会对光伏阵列真身造成损害。对于这一情况，当前主要的应对方式是将适量的电流谐波或不对称电流注入到电网当中，进而对其原有的不对称电流进行相互抵消，以此实现光伏发电系统所处电压环境的稳定性。但从当前来看，国际上对电网中电流谐波的注入量级存在硬性规定，故而这一方法仍然缺乏高度的实用性，仍然需要进行一定程度的调整改进。
二、基于电网电压不平衡下光伏发电系统的改进功率控制策略
（一）光伏发电系统改进功率控制的技术基础
在接入电网后，光伏发电系统主要由光伏阵列、逆变器以及相应控制器三个部分组成（如图1）。在光伏发电系统的实际运行过程当中，为了适应光照条件、环境温度等方面的客观变化，光伏阵列必须要长期处在最大功率的运行状态下，并通过调节直流电容的方式，实现与电网电压波动状态的协调一致。
图1 接入电网后的光伏发电系统结构
如图所述，光伏发电系统的最大功率点（Maximum Power Point Tracking，简称MPPT）会生成参数为U*dc的直流电压，并在功率指令计算模块当中进行比较计算，得出有功功率控制指令P*和无功功率控制指令Q*。其后，再结合电网电压Uabc，即可计算输出有逆变器发出的电流指令i*abc，由此，便可实现电流电压的良好调节，完成光伏发电系统内运行功率的闭环控制。
从当前来看，我国供电行业的配电网络多采用“中性点不接地”或“经消弧线圈接地”两种电流电压接地系统。在这样的系统结构基础上，光伏发电系统发电端的电压公式为“u（t）丨a,b,c=
U+cos[wt-（m-1）
+
]+
U-cos[wt+（m-1）
+
]”、电流公式为“i（t）丨a,b,c=
I+cos[wt-（m-1）
+
]+
I-cos[wt+（m-1）
+
]”。
（二）光伏发电系统改进功率控制的波动因素分析
第一，光伏发电系统改进功率控制的电流峰值变化。通常来讲，随着电流峰值的逐渐增大，光伏发电系统的电压也将随之增大。此时，一旦光伏逆变器处在较大的峰值电流状态当中，便会触发其设备保护动作，进而使其与电网相互隔离；第二，光伏发电系统改进功率控制的功率变化。在光伏发电系统的电压下降过程当中，其会向电网中注入一定量的无功功率，进而造成自身的功率Q*趋于分化，对系统整体的运行稳定性产生影响；第三，光伏发电系统改进功率控制的电压波动变化。当光伏发电系统的有功功率出现波动时，其直流电压也会随之产生小幅度的变化。此时，假如电网本身的电压不平衡问题不会造成光伏发电系统中光伏阵列的温度变化和运行强度变化，其扰动前的电流值和电压值会使光伏发电系统的最大功率受到影响[2]。
（三）光伏发电系统改进功率控制的技术实现
现阶段，光伏发电系统的改进功率控制方案大多依靠二阶广义积分器（Second Order Generalized Integrator，简称SOGI）这一技术手段进行实现。从原理上讲，这一实现方法主要是提取出电网电压不平衡状态下光伏发电系统中逆变器设备的Ua+bc和Ua-bc两个电压序分量，再将其代入公式[U+⊥a，U+⊥b，U+⊥c]T=[U+b-U+c,U+c-U+a,U+a-U+b]T/
和[U-⊥a，U-⊥b，U-⊥c]T=[U-b-U-c,U-c-U-a,U-a-U-b]T/
进一步计算出正交电压条件下逆变器设备的电压序分量U+⊥abc和U-⊥abc。其后，再有功功率控制指令P*和无功功率控制指令Q*作为输入值，推算出最优的光伏系统输出系数a和k。在这两个最优系数的支持下，便可结合电压Uabc，得出最终的逆变器滤波电路内测指令电压U*abc，以及用于进行光伏发电系统改进功率控制的参数kα和kβ。
在逆变器离散方程的基础之上，还应重视到控制器的滞后延时问题，并做好后续采样行为的预先控制工作。当a、b、c三相电流实现同步控制时，应通过调节相应的控制函数发出调节信号，并将其与电压序分量Uabc进行组合，最终获取到逆变器的指令电压U*abc。在这一过程当中，上文得出的控制参数Kα与Kβ主要有电路当前的滤波参数决定。
总结：综上所述，在电网的实际运行过程中，其电压不稳定问题会对与之相接的光伏发电系统造成很大危害。据此，本文从电网电压不平衡条件下光伏发电系统的无功功率需求出发，通过分析光伏发电系统各环节参数的变化，提出了有效的改进功率控制策略。在这一策略应用后，可保证光伏逆变器在电流、电压的约束之下，实现光伏发电系统整体对电网电压不平衡情况的拮抗，实现有功功率、无功功率的灵活控制。
参考文献
[1]毕锐. 光伏电站有功功率控制相关关键技术研究[D].合肥工业大学,2016.
[2]王强钢,周念成,颜伟,楼晓轩.电网电压不平衡下光伏发电系统的改进功率控制[J].中国电机工程学报,2013,33(S1):30-37.
论文作者:李全皎
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/18
标签：光伏论文; 电压论文; 系统论文; 电网论文; 功率论文; 不平衡论文; 电流论文; 《电力设备》2018年第19期论文;