光伏发电并网控制策略研究李斌

光伏发电并网控制策略研究李斌

李斌

（华能青海发电有限公司新能源分公司810000）

摘要：太阳能作为可再生能源的一种，其开发和利用受到了全世界的关注。光伏发电是充分利用太阳能的有效途径，目前国内大部分光伏发电都允许并网运行更是为未来我国光伏发电的发展提供了条件。光伏逆变器的并网控制方法是光伏发电系统的关键，直接影响整个光伏发电系统的工作效率和稳定性，本文主要是基于世界经济与能源发展的关系，分析了光伏发电并网控制研究的意义，并介绍了国内外光伏发电研究的现状，重点分析了光伏发电并网控制策略。

关键词：光伏发电；并网；控制策略

1光伏发电并网系统

1.1光伏发电并网系统组成

光伏并网系统是将太阳能电池板发出的直流电转化为正弦交流电，从而向电网供电的一个装置。光伏并网发电系统由光伏阵列、变换器和控制器等组成。变换器将光伏电池的输出直流电逆变成正弦交流电并入电网，控制器控制光伏电池最大功率点跟踪和逆变器并网电流的波形、频率和功率，使光伏发电系统向电网输送的功率达是光伏电池工作的最大功率。典型的光伏并网系统包括：光伏阵列、DC-DC变换器、逆变器和继电保护装置。三相光伏发电并网系统的主电路所示。太阳能电池方阵通过正弦波脉宽调制逆变器向电网输送电能，逆变器馈送给电网的电力容量由光伏方阵功率和当时当地的日照条件决定。

1.2光伏并网系统的拓扑结构

1.2.1单级式并网逆变器拓扑

考虑光伏阵列输出电压较低的情况，单级式并网逆变器必须能在一个功率变换环节内实现众多功能，包括直流升压、最大功率点跟踪、DC/AC逆变以及光伏阵列和电网之间的隔离。因此这种拓扑结构包括有变压器。这种拓扑结构的优点是成本低、体积小、效率高、损耗少。但是因为要在同一级实现众多功能，所以会有设计复杂的缺点。

1.2.2两级式并网逆变器拓扑

现在光伏并网发电系统大多采用两级式的并网逆变拓扑结构。它一般包括DC-DC级和DC-AC级。前级实现升压和最大功率跟踪功能，后级实现将直流电转变成交流电并网的功能。

1.2.3多级式并网逆变器拓扑

多级拓扑设计会增加并网逆变器的成本和复杂程度，但同时也可以实现多种功能，包括：逆变桥低开关频率，DC/AC变换器正弦半波输出。因此多级拓扑设计可以在降低损耗的同时达到很好的最大功率点跟踪特性。但系统采用多级拓扑的同时也会带来功率损耗过大的缺点，为此多级式拓扑结构在并网系统中并不常用。

2并网型太阳能光伏发电控制系统设计

2.1并网型太阳能光伏发电控制系统简介

并网型太阳能光伏发电系统最大的特点就是光伏组件方阵产生的直流电（一般为12VDC、24VDC、48VDC）经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电后直接接入公共电网。当光照充足时，系统产生的电力除了供给负载外，剩余的电力反馈给公共电网；在白天或夜晚，系统产生的电能不能满足负载需求时就由电网供电。该系统主要由光伏组件方阵（即太阳能电池板）、光源跟踪控制系统、并网逆变器等组成，与独立光伏发电系统相比，因并网型光伏发电系统直接将电能输入电网，也可直接利用电网电能，所以免除了配置控制器和蓄电池，但是系统中的逆变器必须使用专用的并网逆变器。

2.2模拟光源跟踪控制系统

因地球自转，对于同一地点而言，不同季节不同时间点，太阳光的照射角度是不一样的，只有让太阳能电池方阵时刻正对着太阳才能保证光照强度最高，因此要设计光源跟踪系统，使太阳能的利用率达到最大化。本系统的模拟光源跟踪控制系统主要由3盏日光灯（模拟早、中、晚三个时间点的日照）、太阳能模拟追日跟踪传感器、太阳能板水平和俯仰传动机构、直流电动机（配减速箱）、三菱FX2N可编程控制器、按钮和继电器等组成。通过太阳能模拟追日跟踪传感器接收到的光线强度信号，利用PLC内设计程序进行比较，调整太阳能电池板的左右位置及仰角。

2.3基于DSP的并网逆变控制

并网光伏发电系统中电能是可以直接送入上级电网的，为此必须保证逆变器的交流电源输出与电网电压同频同相，因此并网逆变器有别于独立发电系统中的逆变器，必须特别设计。本系统采用基于DSP控制核心的并网逆变器设计方案。通过对光伏阵列产生的直流电压信号进行采集，并与逆变输出的交流电压进行比较运算，再与三角波载波信号合成生成SPWM调制信号，将光伏效应产生的直流电压逆变为稳定输出的正弦波交流电输出。为保证并网系统的有功功率输出最大化，同时避免其对公共电网的电力污染，拥有较好的电磁兼容性，设计并网逆变器时要考虑能对公共电网电压信号进行跟踪采集，保证并网逆变器输出的交流电流与电网电压波形保持同频、同相。为了保证逆变器输出与电网电压同频同相，必须实时采集电网的电压信号，由DSP检测到过零信号的上升沿时发出同步中断，以此时刻作为控制时间的基准点，即正弦波信号的起点。过零信号的采集处理是通过同步变压器降压得到电网电压信号，然后经滤波整形为同步方波信号，最后送至DSP的外部中断口进行检测。目前，我国光伏发电系统主要应用于边远山区，由于地理位置等原因，这些系统往往采取无人值守和维护的管理模式，因此对于并网型光伏发电系统而言，并网逆变器作为整个系统的控制核心就显得尤为重要。并网逆变控制设计必须保证系统具备一定的抗干扰能力、适应环境能力、瞬时过载能力以及对各种突发情况的保护功能等。

3结束语

综上所述，太阳能作为间歇性的能源，使用光伏发电既有随机性，也有波动性，所以，它对电网产生的影响一定要做好分析和研究。虽然现阶段对于光伏电源还缺乏足够的认识，这既是因为在实际光伏发电的系统运行中缺少足够的数据，而且随着我国电力系统的规模增大，越发复杂，进行合理的规划与设计，采取一定的控制策略分析进行论证。通过成熟电力软件结合光伏电源并网与控制策略做出研究，从而制定相关的标准，使大规模的光伏电站在并网之后，可以顺利平稳的运行。

参考文献

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