光伏发电微网控制策略分析

陈帆

【摘要】电网发展过程中，新能源发电愈来愈受到重视。近年来，光伏发电取得了突破性进展，使其在微网中所占的容量比重愈来愈大，但同时也对微网工作稳定性产生了一定程度影响。为让微网保持正常的运转状态，必然要对光伏发电采取一定的控制策略，使其能够良好地兼容于微网中运行。基于此，本文对光伏发电微网控制策略进行了综合性分析，并提出了相关观点，以供参考。

【关键词】光伏发电；微网控制；虚拟技术

1.光伏发电技术概述

相对于传统发电技术而言，光伏发电过程简单、能源分布广泛、无噪声污染且环保性能突出，这些特征使其愈來愈受到关注，且应用范围也在不断扩充。尽管光伏发电存在诸多优点，但在实际发电过程中，功率输出易受到外界环境影响，特别是光照强度及环境温度会造成功率输出出现动态性波动，影响了供电稳定性[1]。目前，光伏发电主要是通过电力电子接口接入微网当中，所以并不具备惯量，无法有效克服负荷波动。在负荷波动的作用下，会造成系统电压与系统频率受到干扰，导致电能质量下降。但即便如此，光伏发电依然有着良好的发展前景。相信通过相关技术不断完善，光伏发电未来必然会在电网中占据重要地位。

2.光伏发电问题分析

光伏发电系统具有一定程度的强非线性系统特征，并且存在随机性及间歇性缺陷。光伏电池是光伏发电的主要元器件，通过光伏电池的作用可将太阳能转变为电能。然而在上述过程中，光伏电池的功率与外界光照强度存在密切联系。当光照强度出现变化时，输出功率也会随之产生变化。例如，在多云天气中，光照强度会出现频繁变化，这种变化特征将直接导致光伏发电输出极不稳定，给微网电压及供电频率产生影响。若情况严重的话，甚至会导致发电系统崩溃，中断负荷供电[2]。其次，光伏发电功率会造成逆变器维持轻载状态工作，导致保护装置误动，并提升电流谐波含量。从本质上来看，光伏电池属于逆变电源，无论是电能转换还是功率控制均需要相关电力设备及电子设备支持。在这种前提下，光伏发电的动态性特征也会对微网整体稳定性产生影响，并影响到电能质量。将光伏发电并入电网中，其特性会与电网特性产生叠加作用，使得运行过程变得更为复杂。为保持光伏发电系统稳定运行，需要为光伏发电相关设备配置具有一定容量的储能装置，并采取合适的功率控制策略来抑制功率输出波动。

在光伏发电系统中应用蓄电池，可让光伏发电系统的稳定性得以提升。光照充足时，可利用光伏电池对蓄电池进行充电；当光强度出现波动变化时，则利用蓄电池根据功率波动进行相应的充放电，以保持功率输出处于稳定状态，起到平抑作用。目前，光伏发电多采用分布式光伏发电机，该类型发电机功率较小，且环境变化会对功率输出产生明显作用，将蓄电池引入系统中，可促使功率输出更为平滑，以促进供电质量提升。

3.基于虚拟同步发电机的光伏微网控制策略

本研究中提出了一种基于虚拟同步发电机的光伏微网控制策略，以保证光伏发电微网控制的稳定性，具体如下：

3.1策略来源分析

与大规模电网相比，微网容量较小，其本质区别在于发电装置的不同。大规模电网中多采取同步发电机进行发电，微网则主要应用分布式电源进行发电。由于分布式电源单机容量较小，若电网容量负荷较大，就需要采取多台设备进行协调控制，这会从一定程度上增加操作难度。多数情况下，分布式电源均采用自然能源，其功率输出稳定性取决于自然环境，稳定性不如同步发电机。另外，分布式电源电抗能力较弱，若出现故障，可能会直接造成系统瘫痪。为维持光伏发电微网的稳定性，可借鉴同步发电机的调频调压方法，将同步发电机算法置入逆变控制过程中，从而构建出“虚拟同步发电机”，并采用功频控制器和励磁可控制器进行控制，让分布式光伏发电设备也具有同步发电机的特性，以提升功率输出稳定性与供电质量。

3.2结构框架分析

虚拟同步发电机结构具体如下图1所示：

图1 虚拟同步发电机结构

上述模型主电路为三相逆变电路，其算法模块基于二阶机电暂态模型所构建，可对转子机械特性进行有效模拟。另外，算法模块可同时模拟定子的电气特性。实际工作过程中，电流互感器可对滤波器中的电流进行检测，而电压互感器则可对相应的电压进行检测。所获取的信号将被传输至功频控制器及励磁控制器。通过二者调节作用，可让逆变装置输出趋于平衡，以维持发电系统功率稳定输出，保证系统电压与频率均处于稳定状态。需要注意的是，在上述结构中，滤波器只会对高次谐波分量产生过滤作用，但并不会影响到基波分量。

基于以上结构，使得光伏发电设备可在并网运行模式下以特定指令进行用功功率输出。即便是电网出现故障时，微网也会转变成“孤岛运行模式”，保证电能持续稳定输出。

4.结语

微网技术与光伏发电技术不断发展的过程中，分布式光伏发电设备的应用空间也将愈来愈大，并且其并网容量也会不断提升。然而实际发电过程中，光伏发电功率输出的稳定性并不理想，会受到环境干扰而产生波动，对电能供应质量产生影响，这也从一定程度上制约了光伏发电的应用。本研究中，提出了一种基于虚拟同步发电机的光伏微网控制方案，使得光伏发电设备具备同步发电机的特征，使其能进行自主调频、调压，以维持功率输出的稳定性，提高供电质量。未来，光伏发电将具备更具深度的应用空间，甚至占据电力供应的主导地位，为用户带来更优质的电能服务。

参考文献

[1]王中秋，李钢.微网中光伏发电系统的储能控制研究[J].电网与清洁能源，2013，（10）：91-96+104.

[2]李大中，杨育刚，李秀芬，云峰.基于能量预测的光伏微网储能系统控制策略[J].可再生能源，2014，（12）：1771-1775.