摘要：当今社会，随着能源的枯竭，环境污染越来越严重，人们对太阳能、风能以及生物能等不可再生的清洁能源重视程度逐渐提高，而光伏并网发电系统是太阳能发电中的一种重要形式，可以很好的缓解电量的使用需求，对能源消耗量不断减少，确保环境得到保护，所以得到了非常广泛的应用。同时对于并网光伏发电系统来说，其仅仅向电网输送有功电能，一旦处于夜间或者是光照比较弱的状况下，光伏并网发电系统就会马上停止供电，就促使设备的利用效率较低。因此本文主要对瞬时无功功率理论的光伏并网发电系统有功无功综合控制策略进行分析。
关键词：光伏并网；发电系统；有功无功；综合控制
一、前言
随着时代的不断发展，人们对电力能源的需求量在不断增大，电力行业为了对用户需求进行更好满足，要对发电系统进行不断优化和改进，从而就能确保三相并网光伏发电系统运行良好。同时随着人们对可持续发展重视程度的提高，工作人员采用了太阳能发电和光伏发电等技术，其目的是减少不可再生能源的消耗，但是因为能源的不断开发，化工石油能源数量在不断减少，所以要加强再生能源的开发，进而就可以推动电力行业朝着稳定和长远的方向不断发展。
二、太阳能光伏并网发电系统概述
太阳能光伏并网发电系统实际上也就是利用太阳能进行发电，同时利用并网逆变器等相关设备对太阳能组件所产生的直流电进行转换，使其成为符合市电电网要求、能够供用户直接使用的交流电，并最终接入到公共电网之中的一种发电系统。一般来说，太阳能发电可以分为光伏发电与光热发电两种，而太阳能光伏并网发电系统则正是光伏发电中的一种，这种发电系统是通过逆变器与电网建立连接，因此可以将电网作为储能单元，而无需通过蓄电池来存储电能，与同于太阳能光伏发电的独立光伏发电系统相比具有较大的优势。同时，由于发电系统所产生的电能够直接是输送到电网之中，因此并网光伏发电系统既可以应用集中式的大型发电站，作为国家级发电站进行统一的电力调度，同时也可以作为分散式的小型发电系统应用于公共建筑、住宅小区等领域，这使得光伏并网发电系统的应用范围非常之广，推广起来也是比较容易的。
另外从原理的角度来看，光伏并网发电系统主要是利用了光生伏打效应，从而将太阳辐射能量转化为了电能，在发电系统正常运行的状态下，太阳光会直接照射在太阳能电池中的半导体材料上，同时由于半导体材料具有电子特性，因而其内部会在太阳光的照射下形成内建静电场，最终在外电路中产生电压和电流，完成光能向电能的转化，而转化后的电能则会通过逆变器输送到电网之中。
三、光伏并网逆变器常用控制策略
光伏并网发电系统完整结构包括光伏阵列、DC/DC、变换器、DC/AC逆变器、LCL滤波电路、负载、变压器以及MPPT控制和并网控制等控制系统。即通过DC/AC逆变器、滤波电路将光伏阵列输出的直流电转化为符合并网标准的工频交流电能，经三相变压器接入配电网。通常情况下，从配电网侧考虑，希望DG能够具有拟负荷特性。中小型容量的PV发电系统通常采用PQ恒功率控制方式进行并网，电网内的负荷波动、频率和电压扰动均由电网承担。该方法通过控制逆变器输出的有功无功电流使其跟踪电网参考电流即可完成控制目标。该方法由于控制简单，因而广泛采用。
1、PQ控制
PQ 控制主要应用于分布式电源并网运行，在该模式下分布式电源输出的有功和无功等于其参考功率，而分布式电源并网逆变器所连并网点的频率和电压波动及负荷扰动均是由大电网系统支撑。其中，uSd、uSq、iSd、iSq分别为三相瞬时电压uSABC和电流iSABC经 Park变换后的d、q 轴的分量；pout、qout分别为瞬时功率；Pfilt、Qfilt分别为低通滤波器后的平均功率值；Pref、Qref分别为给定参考值；Idref、Iqref分别为内环控制的参考信号；I/（I+Trs）为低通滤波器环节；I/Tr为低通截止频率；（KPP+KIP/s）、（KPQ+KIQ/s）均为PI调节器环节；KPP、KPQ为比例系数；KIP、KIQ为积分系数。
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2、V/F控制
V/F控制主要应用于分布式电源孤岛运行，通过给定的参考值调节并稳定逆变器所连并网点电压和系统输出频率。同时，在PI调节器作用下，实时控制并网逆变器并进行功率输出。V/F控制典型结构如下：fs、fref分 别 为系统频率与参考频率；Us、Uref分别为系统电压与参考 电压；（KPf+KIf/s）、（KPU+KIU/s）均为PI调节器环节；KPf、KPU为比例系数；KIf、KIU为积分系数。
四、基于瞬时无功功率理论及谐波和无功电流控制策略
一般而言，我们可以将逆变器理解为一个光伏阵列的负载。因为在其直流侧存在一个电容，所以可以等效为电压源型负载。逆变器作为一个电能变化器直接连接在电网上，如果忽略掉功率损耗等因素，则逆变器直流侧的电压主要取决于输出的电流和输入电流之间的差值。具体来说，当逆变器的输出电流保持不变，若输入的电流减小，则直流侧的电压会向外提供电流，进而引起直流侧的电压下降；反之，若输入的电流增大时，则直流侧的电压会因为电容的充电而逐渐升高。而对于光伏发电系统而言，系统的无功补偿功能还应该要求直流侧电压保持恒定同时还应该高于交流母线的电压峰值，这也是确保光伏发电系统稳定的重要基础。不然的话，逆变器的输出电压难以有效跟踪并网的电流，同时还会导致电流的波形出现畸变现象。
为了维持逆变器直流侧的电压稳定，采用直流侧电压的闭环控制，即将直流侧电压Vdc。与参考电压的差值VdCref。经过PI调节后作为逆变器输出有功电流的参考值I*P，即为：
I*p=（KP +PI÷S）(Vdc- Vdcref)（1）
在上述公式中，KP、Ki为PI的调节系数；
参考电压Vdcref为光伏阵列电压；
Vdc则表示经过BOOST电路升压后的直流侧电压。
I*p乘以三相电网电压同步正弦信号得到三相交流电流的瞬时有功分量，即：
I*ap=I*sinwt
I*bp=I*psin（wt-2π÷3） （2）
I*cp=I*psin（wt+2π÷3）
由上可知，二者的矩阵系数是完全相同的，都是电网电压的同步正弦信号。所以我们可以在无功电流检测电路中将瞬时电流有功分量的计算融入进去，以便于简化整个控制结构。将直流电压调节输出I*P叠加到被检测的电流的基波有功直流的分量之上，经过相关运算之后，指令电流中包含了被检测电流的无功分量、谐波分量和直流侧所提供的有功分量等。采用这种控制策略，能够确保光伏列阵在具备充足的能量输出的同时，逆变器能够将这部分能量最大限度的输送到电网上去。当夜晚或者光伏阵列停止输出有功功率时，通过直流侧电压的闭环控制，逆变器从电网吸收有功电能，维持直流侧电压保持恒定以满足无功补偿的需要。
五、结束语
综上所述，本文主要通过分析逆变器控制的理念，根据逆变器直流侧电压对无功补偿的影响，并且使用直流侧电压闭环控制，确保直流侧电压的恒定数值得到稳定维持。同时将瞬时电流有功分量的计算与无功电流检测两者结合在一起，对控制结构进行简化，从而就可以为光伏并网发电提供帮助。
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论文作者:张路
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/27
标签：电压论文; 逆变器论文; 光伏论文; 并网发电论文; 系统论文; 电流论文; 电网论文; 《电力设备》2018年第28期论文;