并网光伏系统低电压穿越策略

姜春鹏

【摘 要】对于太阳能光伏并网发电技术，正在进行逐渐地研究、运用中，通过对太阳能的有效运用，结合光伏并网发电技术，将太阳能能源进行合理配置，使过去电能供应的压力得到减少。运用光伏并网发电技术，需要对太阳能的长远发展提高重视，使太阳能光伏并网发电技术的运用环境得到改善，从而保证其电力供应的正常运作。

【关键词】并网光伏系统;低电压穿越;应用

前言

含光伏发电的电网故障时，并网点处电压即使出现大幅跌落，光伏发电仍会按照并网规程保持不脱网运行。而逆变器作为光伏发电并网的核心部分，也是实现低电压穿越的重要元件，决定了光伏发电不脱网运行状态下的输出特性。

1并网发电系统的原理

太阳能光伏发电系统是指利用太阳能电池，实现对太阳辐射的转变，将其转变为电能。太阳能光伏发电系统是一个新型的发电系统，其主要是对太阳光进行转变，使其转变为电能。联网运作及离网运作是该系统的主要运转方式。在光伏电池的两面将电极引出，并将负载接进来，这样光生电流就会通过外部的电路，从而获取一定的输出功率，让太阳能转变成电能得到有效实现。光伏发电系统是一种可再生资源配置，其通过对光伏电池方阵的利用，实现太阳能到电能的转变，并将这种能量存储到蓄电池内或是提供给负载运用。具体的工作方式是：光伏电池组件在白天的时候把太阳能逐渐地转变成电能，其中一些电能为交流或是直流负载提供，剩余的电能将会给蓄电池组充电。当遇上雨天或是在傍晚的时候，光伏电池组件不能工作，蓄电池组就可以为交流或是直流负载提供电能。

2光伏并网发电系统的组成

2.1光伏电池板

作为系统的基础单元，当电池阵列接收到太阳光时，光能被电池吸收，并产生光伏效应，这时太阳光就可以顺利地被转变成电能。

2.2太阳能控制器

非线性是光伏电池阵列的主要特点，为了在不同环境温度与不同日照条件下都能够保证将最大功率输出，通常会将光伏电池最大功率点跟踪控制引进其中。

2.3DC-AC变换装置

通过对功率器件的关断和导通进行控制，使直流电由低压转变为高压，这样就提供了一定条件给DC-AC逆变器。这样在直流输入电压变化较大的时候，可以让平稳高压直流电的输出得到保证，还能够使最大功率跟踪控制作用得以实现。

2.4逆变器

其主要作用是对蓄电池与光伏电池板提供的电压较低直流电进行转换，将其转换成220伏交流电，使其成为交流负载主要的电力来源。

2.5储能装置

一些铅酸蓄电池经过并联、串联的形式组合形成蓄电池组，它的容量要和光伏电池阵列的容量相符合。其功能是储存直流电，提供给负载运用。

3光伏系统的定额功率输出控制

在传统的光伏并网发电系统中，为提高系统的发电效率，光伏阵列采用最大功率点跟踪模式。随着光伏发电技术的不断成熟及光伏电站容量的不断增大，光伏并网系统在电网供电系统的协调控制中起着愈发重要的作用，不仅作为一种新型的电源向电网提供能量，而且当光伏阵列的并网功率高于电网要求的给定值时，光伏并网系统可实现对功率的调节，增强系统的可调节能力。这样，光伏阵列的有功输出可依据负荷和网络耗损的增减而相应地加以调节，保证整个系统的有功功率平衡。因此，研究光伏系统功率控制策略，充分利用光伏阵列潜在的控制能力，对提高电能质量、维护系统供需平衡具有重要意义。根据以上对光伏阵列定额功率输出模式的分析，可推知定额功率输出的控制策略主要包括稳定工作区间确定、设定功率跟踪及占空比调节三大模块。其中，稳定工作区间确定模块根据光伏阵列的特性，采用定电压跟踪法确定光伏阵列最大功率点电压及开路电压，从而得到所需的稳定工作区间;设定功率跟踪模块主要根据设定功率，对光伏阵列的输出电压进行调节，使光伏阵列的输出功率追踪到设定功率或两者差值满足精度要求;占空比调节模块根据光伏阵列输出电压，基于Boost 电路升压原理，采用相关控制策略调节Boost 电路占空比。

3.1 工作区间确定模块设计

在定额功率输出模式下光伏阵列的输出电压区间为最大功率点电压与光伏阵列开路电压之间。光伏阵列的开路电压值随光照变化不大，由此本文在不同光照温度下的开路电压均采用标准工况下的开路电压。光伏阵列的最大功率点电压Umpp与光伏阵列的开路电压Uoc间存在近似的线性关系，即Umpp =kUoc，其中k 的值取决于光伏阵列的特性，一般在0. 71 ～0. 82。此方法称为定电压跟踪法，实际上是一种开环的MPPT 算法，其控制简单快速，能快速接近最大功率点，但忽视了温度对光伏阵列输出电压的影响。本文光伏阵列的工作环境中变化较大的是光照强度，温度相对较稳定，由此可采用定電压跟踪法快速接近最大功率点电压，进而快速确定光伏阵列在定额功率输出模式下电压有效范围。

3.2 功率跟踪模块设计

功率跟踪模块主要实现对设定功率的追踪，即光伏阵列的实际输出功率与设定功率的差值| P - Pref | 满足精度要求。由于光伏阵列输出功率与工作环境有很大关系，具有一定的不确定性，可能会出现设定功率大于光伏阵列最大输出功率的情况，因此在对光伏阵列输出功率进行控制时，应分情况设定控制目标。当设定功率大于最大功率时，光伏阵列通过MPPT 控制以最大功率输出;当设定功率小于最大功率时，光伏阵列通过定额控制以设定功率输出。为此，光伏闭环系统需根据不同的控制目标，在最大功率输出与设定功率输出间进行状态切换。

参考文献：

[1]张谦，李凤婷，蒋永梅，等.提高直驱永磁风机低电压穿越能力的控制策略[J].电力系统保护与控制，2017，45（6）：62-67.

[2]周士琼，王倩，吕潇，等.定子Crowbar电路模式切换的双馈风力发电机组低电压穿越控制策略[J].电力系统保护与控制，2017，45（4）：33-39.

（作者单位：五家渠京能新能源有限责任公司超）