光伏并网功率调节系统研究

光伏并网功率调节系统研究

王俞文

中石化新星河南新能源开发有限公司，河南 郑州， 457000

摘要：随着我国经济的不断发展，能源的需求量不断增加，我国化石能源一直依赖进口，对于我国的能源安全非常不利。近些年来，我国特别重视对新型能源的开发，而太阳能作为一种可再生的清洁能源受到了我国的高度重视。但目前传统的光伏并网功率调节系统却存在着许多问题，这些问题制约着我国对太阳能资源的利用与开发。鉴于此，本文对传统的光伏并网功率调节系统进行研究，希望能为我国新能源的研究与发展提供参考。

关键词：光伏并网；功率调节系统；拓扑结构

0引言

近些年来，我国的能源问题和环境问题日益严峻，可再生的清洁能源受到了人们的关注。太阳能在我国得到了大力的发展，太阳能发电已经成为一种弥补我国电力资源紧张的重要手段，但由于用电器在使用过程中会产生大量的非线性和冲击性负载，这会对电网造成严重影响。而光伏并网过程中也会受到这一因素的影响，因此为了改善配电网的电能质量和设备的利用率，这就需要对光伏发电和有源电力滤波器，所组成的光伏并网功率调节系统进行研究。目前主要使用的是PVPCS控制技术，从而实现对电力系统的内环与外环的双层控制，但是传统的PVPCS控制技术却存在着许多问题：如控制过程中干扰信号较为严重，会影响实际的控制效果；由于传统PVPCS控制技术多采用数字控制的方式，所产生的PWM信号最大占空比会受到一定的限制，这也在一定程度上影响了实际的控制效果。鉴于此，本文对其进行优化，希望能有效的解决传统PVPCS控制技术在实际使用中存在的问题。

1PVPCS控制的优化策略

1.1PVPCS控制结构的优化

本文对PVPCS控制结构进行设计，主要对电压外环与电流内环两个部分进行优化。优化后的PVPCS控制结构如图1所示。

图1PVPCS控制结构

1.2电压外环的优化

电压外环包括两个部分分别是PI控制部分和功率前馈部分，从图1中可以看出，半波积分滑动后能够得到公式（1）。

（1）

光伏电网输出电压和电流分别是 和 ，二者相乘则可以得到电流的输出功率 ，通过指令可以将电流进行升幅，其幅值为 ，经过计算得到公式（2）。但需要注意的是，在计算过程中需要对 的系数进行选择，本文将 的系数定为0.9。

（2）

当光伏电网中直流侧电压的实际值与目标值存在差异时，据需要通过控制器对这个差异值进行补充，其补充电流的幅值为 ，经过调控后保证系统的直流侧电压处于平稳状态。电压调整的计算公式，如公式（3）所示。其中 和 都是控制器的控制参数。

（3）

这时光伏逆变器的指令电流幅值为 ，计算公式如下：

（4）

本文所设计的电压外环与传统的控制方式相比，解决了外界环境参数变化时，光伏阵列所输出功率不稳定的情况。在电容电压发生改变时，可以对电压值 进行运算，并计算出实际的差异值，从而控制器对差异值进行补充，保证光伏电网的电压稳定性。此外，功率前馈电压外环的设计，节省了对系统电容充放的时间，从而从整体上提升了系统对外部环境参数处理的速度。

1.3电流内环的优化

（1）传统电流内环控制方法

图2 传统电流内环控制方法

从图2中可以看出， 是整个控制环节的电流控制器，由公式（5）进行双线性处理得到。图2中 与 分别表示数字控制中滞后一拍和零阶保持系，而 则表示逆变时各数据之间的线性关系。传统的电流内环控制结构存在着逆变器占空比受限的问题，而为了解决这一问题，通常采用数字控制系统的开环传递函数进行处理。如公式（6）和公式（7）所示。其中 是系统进行样本采集的时间周期。

（5）

（6）

（7）

虽然已经对传统电流内环控制方法进行了一定的优化，但是其实际应用效果依然不够理想，对系统电流的动态性和稳定性进行的控制精度依然不足。因此，在今后的使用中还需要进行完善。

（2）预测控制方法对电力内环的控制

由于传统的控制方法会对PVPCS的控制性能产生影响，因此根据系统的实际需求，本文提出一种按照比例衰减的预测控制方法，可以有效地解决系统在控制时的延时问题。预测控制是一种离散化的模型，这是对偏差值进行提前预测，也就是在当前一拍的控制量在上一拍就进行计算，从而解决延时问题。通过图1得出系统的离散方程如下：其中 是逆变器的输出电流， 是逆变器的输出电压。

（8）

在逆变器中输入 与 ，为理想状态的电压与电流，可得公式（9）。

（9）

在用公式（9）减去公式（8），从而获得差异值 ，即得到公式（10）

（10）

通过公式（11）对 进行预测，这种预测过程是逐渐靠近理想状态。因此设定 = )，而其中误差因子 的范围就控制在 ，将公式（9）与公式（10）进行结合得到公式（12）。

（11）

（12）

在公式（12）中，当

在 时刻时才能得出，因此 就需要在 时进行计算求解，从而获得 ，在通过公式（12）对 进行预测，进而得到公式（13）。

（13）

通过上述公式，可以得到预测控制电流内环的模型图，如图3所示。

图3预测控制电流内环的模型图

本文所设计的PVPCS控制系统与传统的控制系统相比，提高了系统的稳定性，在实际并网过程中具有良好的波形，在提高系统响应速度的同时，满足了我国光伏并网的需求。

2结语

传统的PVPCS控制系统存在着响应速度慢，控制稳定性差，并网时电流较大等问题，针对这些问题本文对PVPCS控制系统在电压外环和电流内环进行优化设计，从而降低控制系统自身存在的问题，降低了并网时电流畸变的问题。这对于我国新能源的发展具有重要意义。

参考文献

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