电力控制系统设计-分布式太阳能发电并网研究

丁兆硕，杨建旭，徐 梁，余 刚，相 耀

（1.安徽南瑞继远电网技术有限公司，安徽 合肥 230001；2.合肥即理科技有限公司，安徽 合肥 230088）

1 并网逆变器拓扑结构

关于逆变器的分类方法有很多，可以根据拓扑结构、功率输出目标、隔离方式、输出相数以及功率流向等进行划分。其中，集中式逆变器和组串式逆变器就是根据安装光伏板组合方式的不同进行分类，这是生产生活中应用最常见的分类。

逆变器的电路拓扑是一直以来研究的热点，设计优越的电力拓扑结构能提高安全保证和性能[1-3]。逆变器电力拓扑设计是评价整个光伏系统性能和技术水平的重要指标，常见的几种逆变器包括电力电子模块、H桥电感模块、三相H桥模块以及多模块SST。

2 分布式太阳能发电系统仿真

分布式光伏发电系统主要由光伏阵列、并网逆变系统、输配电系统以及远程监测通信系统组成。整个系统包括光伏电池组件、直流电缆、汇流箱、配电柜、逆变升变压装置、通信装置以及监测终端等。在太阳辐射下，太阳能电池产生电能，通过光伏并网逆变器及控制设备汇流集中，然后输送到外部电网上，再经过电网进行电能分配调节。

建立一个15 kW并网光伏阵列模型如图1所示。

图1 15 kW并网光伏阵列模型

PV阵列模型的初始输入辐照度为1 000 W/m2，工作温度为45 ℃。仿真结果如图2所示。

图2 仿真结果（光伏阵列输出）

达到稳态时（大约t=0.15 s），获得480 V的PV电压（Vdc_mean），从阵列中提取的功率（Pdc_mean）为15 kW。这些值非常符合光伏组件输出的预期值。在t=0.3 s时，太阳辐照度迅速从1 000 W/m2下降到200 W/m2。由于采用了MPPT操作，控制系统将Vdc参考降低到464 V，以便从PV阵列中提取最大功率。

3 并网研究与仿真

本项目仿真模型包含了交流电网模型、固态变压器模块、光伏逆变器模块、储能变流模块以及三相交流负载等。

该直流微网模型包含了一个固态变压器、一个储能系统（铅蓄电池加半桥变流器）、一个光伏系统（光伏电池加半桥变流器）以及一个带阻感负载的三相逆变器，每一系统各自对应一个子系统[4-6]。

光伏系统采用光伏输入电压环节跟踪MPPT产生的参考信号，其中MPPT采用了定步长扰动观测法，支持环境条件变化下的最大功率点跟踪，三相逆变器则采用离网VF控制。此外，光伏系统采用光伏输入电压环节跟踪MPPT产生的参考信号，其中MPPT选择了定步长扰动观测法来跟踪最大功率点。仿真结果如图3所示。

图3 仿真结果（光伏电池1端口电压）

其中，MPPT设置为扰动输入电压，使光伏电池输出功率在最大功率点小范围浮动。根据时间设定，MPPT在系统开始0.2 s后工作，此后光伏电池端口电压输出稳定，证明了MPPT在光伏系统发挥的作用[7-9]。蓄电池功率如图4所示。

图4 蓄电池功率

上图3所示可知，根据时间设定，蓄电池模块在系统开始0.5 s后开始仿真，蓄电池功率按照给定参考变化，响应速度快。负载电阻变化导致负载电流随之变化，可以看出电流环的响应速度快，电流正弦度高[10]。三相负载电流如图5所示。

图5 三相负载电流

母线直流电压可以发现，如下图6所示，负载(PV，蓄电池，三相负载)变化时，直流母线基本维持恒定。

图6 母线直流电压

入网电流具有较好的正弦度，负载变化时，入网电流跟随变化，响应速度快。图7为入网电流图。

图7 入网电流

4 结 论

通过对光伏阵列发电并网模型的构建，验证了MPPT在光伏发电系统的作用，实现光伏板高效输出，提高光能利用率。光伏发电应用场景日益复杂多样，分布式太阳能发电系统正在迎来快速发展和普及，MPPT系统发挥重要作用。光伏发电产业的发展，需要国家政策主导推动，电力部门指导，光伏产业响应，从而打破上下游产业链，完善资源整合，并有针对性的营销推广，推动光伏发电产业在新能源发电领域快速发展。