光伏发电系统运行模式无缝切换控制路径

侯文东

摘 要：因为独立光伏发电是通过电压型予以控制，而并网光伏发电是通过电流型予以控制，但是，却始终没能实现无缝切换的运行模式。本文对这两种运行模式都通过电压型予以控制，以免在控制策略切换方面出现冲击。

关键词：光伏发电系统；运行模式；无缝切换；控制路径

随着社会经济的发展，能源需求量也逐渐提高，使得化石能源储量呈现下降的趋势，因此，分布式能源研究备受关注，而光伏发电是其中比较典型的一种。因为供电可靠与灵活性的要求有所提高，很多新型供电方案都希望能够具备独立发电以及并网发电的能力，且在电网出现故障的时候不影响光伏发电系统的运行。为此，逆变器孤岛运行模式和并网运行模式无缝切换是目前亟待解决的问题，只有这样才能够实现负载供电的可靠，并且对可再生能源予以充分的利用。

1 关于下垂控制研究

在逆变器无线并联中，下垂控制是一种控制方法，针对电力系统当中同步发电机一次调频与调压进行模拟，进而保证逆变器的有功功率及无功功率解耦控制。通过这种方法，并联各逆变器只要针对本身信息进行检测，就能够实现负载功率的自动化分配，且需要进行通信，所以，是一种对等的控制方法。而对于传统下垂控制，假设逆变器处于并联状态，线路的阻抗是感性，那么就可以获得P-f与Q-U之间的近似线性关系，即

（1）

在该公式中，f与U所表示的是逆变器的输出频率以及电压，而与所代表的则是有功功率及无功功率的下垂系数。另外，P与Q则分别表示了逆变器所输出的有功功率以及无功功率。最后，P0与Q0是逆变器的额定有功功率及无功功率。

2 光伏逆变器并网控制

在光伏并网发电过程中，要想对太阳能予以充分利用，需要前级Boost通过最大功率点进行跟踪控制，确保光伏能够保持最大的功率。另外，光伏并网发电系统后级逆变器通过电流型予以控制，并且利用锁相环对电网的电压进行跟踪，以电流控制来对逆变器进行直接的控制，确保其实现最大功率并网。

而在逆变器孤岛运行过程中，只有通过电压型控制才能够实现负载供电电压及频率的稳定性。所以，要想对模式切换冲击进行有效控制，就一定要通过电压型控制方案实现并网，以免在并网与孤岛运行过程中控制策略切换。其中，孤岛运行中，下垂控制比较常见，是一种电压型的控制方法，所以，很难利用电流反馈对并网电流进行直接的地控制，仅仅能够对逆变器所输出的电压进行稍微调整予以间接性的控制，所以，在并网控制策略方面就更加复杂。

通常情况下，电网就是无穷大的电源，而在理想状态下，并网逆变器频率能够同电压和电网强制一致。而逆变器f和U是根据电网情况来决定的，根据上述公式，也能够确定出P和Q。这样一来，对下垂方程参数进行合理的设计，就可以确保逆变器所输出的功率符合需求。

3 光伏发电系统运行模式切换控制

当光伏逆变器要由并网切换至孤岛运行时，传统的下垂控制就会按照本地的负荷功率具体状况对频率以及电压的幅值进行自动化调节。然而，正是因为孤岛运行过程中，下垂控制与本地负荷会直接影响到逆变器频率及电压的幅值，所以，必然会同电网频率及电压幅值存在一定的差异。而要想尽量规避逆变器由孤岛运行切换至并网运行中的冲击，就应当保证并网运行之前逆变器所输出的电压各物理量同电网尽量保持一致，而且应当重视预同步的作用，如图1所示：

在图1（a）中，逆变器的频率是f0，而所输出的有功功率是P0，在这种情况下，在a点运行。而当启动预同步的情况下，所检测到的电网频率就是。当孤岛运行的时候，负荷会直接决定功率，但是，实际输出的有功功率始终都是P0，可以将下垂曲线平移，进而实现逆变器在b点的工作。而电压预同步的过程相同，可以由图1（b）来表示。

如果逆变器的频率和电网保持一致，并不代表两者相位之间是一致的。但是，如果逆变器相位和电网始终保持一致，那么，这两者频率一定是一致的。为此，根据对逆变器和电网相位以及电压方法的检测来实现预同步。其中，f0调整量可以表示成：

在上述公式当中与代表的就是PI调节器相应的比例与积分系数，而表示的是电网相位，代表的是逆变器的相位。

根据相同的原理也可以得出U0的调整量。这样一来，将两者的调整量叠加至公式（1）当中，进而得出孤岛同步下垂方程。

由此可见，本文对能够实现动态化平移的下垂曲线对于光伏逆变器和并网运行模式的无缝切换进行了合理的改进，最终的改进结构可以由图2表示：

针对线路阻抗是阻性这种情况，也可以把公式（1）合理地转变成阻性下垂方程，并且同样根据上述方法进行分析，进而获取相应的改进下垂控制器。

4 结束语

在光伏发电系统孤岛运行模式及并网运行模式的状态之下，本文都采用了下垂控制的方法，所以，有效地规避了这两种模式控制策略的切换。与此同时，对下垂控制以及光伏逆变器并网控制都進行了阐述，重点分析了光伏发电系统运行模式切换控制。在孤岛运行当中，将预同步环节增加到传统的下垂控制当中，实现了电网相位与电压的同步追踪，使得并网瞬间冲击有所减小。在化石能源储量面临枯竭的背景下，为了更好地满足人们的能源需求，就必须积极研发出新的可再生能源。而光伏发电的产生与应用恰恰满足了这一需求，为了能够实现光伏发电系统运行模式的无缝切换，仍然需要采取相应的控制措施。

参考文献

[1]佟云剑，沈健，刘鸿鹏，等.光伏发电系统运行模式无缝切换控制策略[J].电网技术，2014，38（10）：2794-2801.

[2]王丽英.光伏发电系统运行模式无缝切换控制策略[J].城市建设理论研究（电子版），2015（22）：317.