光伏发电PQ控制策略研究

安徽理工大学电气与信息工程学院 潘惠琴

为了提高光伏电池的利用率，从PQ控制原理入手，搭建PQ控制模型，测得THD畸变较小，保证了并网电流质量，满足并网控制精度要求，证明了仿真模型的正确性和有效性。

0 引言

随着全球工业化的迅速发展，对传统的不可再生能源的需求量急剧加大，人们迫切的寻找清洁的、可再生的新能源来代替传统能源，使得以可再生能源为主的分布式发电技术发展较为迅速（陈炜,艾欣,吴涛,刘辉.光伏并网发电系统对电网的影响研究综述[J].电力自动化设备,2013,33(02):26-32+39;曹龙汉,余佳玲,李景南,陈福光.基于MATLAB/Simulink的光伏电池仿真建模研究[J].半导体光电,2015,36(05):718-721;蔡国伟,陈冲,孔令国,彭龙,章昊.风电/光伏/制氢/超级电容器并网系统建模与控制[J].电网技术,2016,40(10):2982-2990）。

近年来，光伏发电发展迅速。然而光伏发电系统的输出功率会产生波动，对传统的大电网造成电网运行的不稳定，难以满足多样化的供电需求。为了协调光伏发电与大电网之间的矛盾，利用MATLAB建立光伏发电模型、对光伏发电控制策略PQ进行了分析。

1 恒功率（PQ）控制

一般而言，PQ控制主要用在并网运行上，为维持光伏发电系统输出有功和无功的恒定，可通过控制逆变器的输出来完成这一目标。因其控制方法简单，采用较为广泛。

从三相静止abc坐标系变换到旋转dq坐标系下的公式为：

对进行dq变换可得：

从式(3)可以看出，原来的三相电压之间存在耦合关系，经过变换后，变成不存在耦合关系的d轴和q轴分量，且ud是常数，uq= 0。

设经dp变换得的逆变器的输出电流分别为id、iq。因存在uq= 0，当设逆变器输出有功功率为Pref、无功功率为Qref时，其参考电流应为：

2 PQ控制模型

PQ控制采用SPWM调制方式，主要包括三个环节：软件锁相（SPLL）与dq变换、功率和功率因素控制、电流控制。PQ控制模型如图1所示：

图1 PQ控制模型

（1）功率和功率因素控制模型

光伏电池MPPT控制为PQ控制提供参考有功Pref，由式可得到参考无功功率，用Switch模块进行两种方式的切换。根据式（4）得到idref和iqref。该模型如图（2）所示：

图2 功率和功率因素控制模型

（2）电流控制模型

将参考电流与实际电感电流id、iq比较，通过PI调节其差值、dq解耦和电网电压前馈补偿得到调制信号uref。电流控制模型如图3所示：

图3 电流控制模型

图4 SPLL与dq变换

（3）SPLL与dq变换模型

PQ控制模型输入为逆变输出电压u和电感电流，其中，dq变换的参考角频率，主要是通过SPLL（锁相环）跟踪电网电压得到的，同时SPLL实现这两者之间的同频同相。使用abc_to_dq0 Transformation模块实现dq变换。该模型如图4所示。

3 仿真结果与分析

图5 仿真结果

对并网电流进行谐波分析，得到THD=4.76%，满足满足光伏并网标准中的控制精度要求。

4 结论

本文从PQ控制原理入手，并搭建仿真模型，仿真结果表明PQ控制模型能够对有功功率和无功功率进行解 耦控制，证明了该模型的可行性。