光伏并网系统功率解耦控制策略

2023-07-22王文龙

黑龙江电力 2023年3期

王文龙

(国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院,哈尔滨 150030)

0 引言

当今社会对电力的需求持续增长,电力供应不再受限于传统的火力发电,为减少化石燃料燃烧发电对大气的污染,维持自然环境可持续发展,新能源发电受到大力推广和广泛应用[1]。近年来,光伏发电并网容量增长迅速,对分担电力负荷、促进能源转型、实现碳中和与碳达峰具有重要意义[2]。

光伏发电受光照因素影响,太阳辐射充足时,电能转化性能优越,光照不足时,电力供应随之下降,输出功率具有较强的随机性和波动性[3-5]。随着电力电子技术的快速发展,逆变器在光伏发电系统中的应用愈发普及,其对功率控制具有重要作用。文献[6-8]对光伏发电的功率最小振荡控制方法进行研究,探寻有效的控制方法跟踪光伏发电系统的最大输出功率。

该文采用扰动观察法(perturb and observe, P&O)跟踪光伏转换器的最大功率点,确定升压变换器占空比扰动,分析光伏并网系统电压和电流,解耦控制有功功率和无功功率,通过Matlab/Simulink 软件平台对光伏并网系统进行建模,以验证该控制策略的有效性。

1 光伏并网系统模型

采用Matlab/Simulink软件平台构建光伏并网系统模型,如图1所示。绘制光伏发电系统等值电路,如图2所示。

图1 光伏并网系统模型

图2 光伏电池等值电路

由基尔霍夫电流定律(Kirchhoff's current law, KCL)得

Ipv=Iph-Id-Ishu

(1)

(2)

(3)

式中:Vpv为光伏电池板输出电压;Ipv为光伏电池输出电流;Iph为光生电流;Id为二极管支路电流;Ishu为并联电阻支路电流;Isat为二极管饱和电流;Rser为等效串联电阻;Rshu为等效并联电阻;k为玻尔兹曼常数,k=1.38×10-18J;q为电子电荷,q=1.6×10-19C;t为温度;n为光伏电池PN结曲线常数。

实际工程中,光生电流的计算如下:

Iph=Iph,std[1+k0(Tre-Tstd)]

(4)

(5)

(6)

式中:Tstd为标准环境温度,25 ℃;Estd为标准环境下太阳辐射照度,1 000 W/m2;Tre、Ere分别为实际环境温度和实际太阳辐射照度;Isc,re、Isc,std分别为实际环境温度和标准环境温度下光伏电池短路电流;Iph,std为标准环境温度下的光伏电池输出电流;k0为温差电流系数。

直流转换器的数学建模为

(7)

(8)

(9)

式中:Vdc为直流电压;IL为流过电感电流;Vm为直流转换器两端电压;L、C为电感、电容值。

使用三相逆变器将光伏电池输出的直流电压变换为交流电压,控制系统输出的相电压Van、Vbn、Vcn和线电压Vab、Vbc、Vca计算式如下。