基于光伏并网发电系统并网控制策略分析

邓建楠

（湖北工业大学电气与电子工程学院 湖北·武汉 430000）

0 前言

目前因为世界上的自然资源消耗非常严重，所以各国致力于发展清洁能源。在这么多清洁能源当中储量最大的就是太阳能资源，它具有无污染且持久的特点，现在的科学家都在对太阳能进行技术研究，本文将以单向光伏并网发电系统作为研究对象展开讨论。

1 光伏发电系统的并网控制

1.1 并网逆变器的拓扑

如果并网发电系统需要进行电能变换就离不开并网逆变器，这是并网发电系统的核心部件，逆变器可以根据直流侧电源性质分为两种不同的部件，根据电压源和电流源可以划分为两个不同的逆变器，电压源是直流侧的称为电压型逆变器，直流侧是电流源的称为电流型逆变器。现在世界上主流的并网逆变器都是使用电压源为主的方式，这是因为电流源逆变器需要串联一大电感提供直流电源输入这个缺点。

常见的单向正弦逆变器住店里有三种不同的结构，分别是半桥、全桥以及推挽，我们经常可以看见的是全桥逆变器。

半桥逆变器相对于其他两种逆变器来说，开关器件不多并且结构相对简单，但是相对来说，他的输出电压幅值相对较少，只有滞留二段输入电压的一半，这就是说在相同容量的条件下，全桥逆变器的额定电流是小于半桥逆变器的。但是因为分压电容的存在，导致该电流存在不平衡康电压的能力，但是半桥逆变器的器件比较少，成本也较低，即使存在一定的缺点也会被经常采用。

逆变器的输出电流变化相比较于开关频率来说是比较慢的。开关切换的动作区间中的输出电流是变的，但是当开关切换动作发生的时候，逆变器的输出电流就会发生变化，电流会从半个绕组转移到另外半个绕组，期间如果绕组一起的，在转移的过程中是不会出现任何能量的流逝，但是实际上变压器是存在漏抗的，因为漏抗的存在，在开关动作的时候就会出现部分的能量消耗，这是因为逆变器需要保护开关来阻断电路。

1.2 光伏并网系统逆变器控制方式

逆变器和市电并联运行输出控制可以分为两种，一种是电压控制，一种是电流控制。当光伏并网逆变器的输出使用电压控制时，城市电力系统就可以被视为具有无穷大定制的交流电压源，这是一个电压源与电压源并行的系统，但是这种系统会存在不够稳定的问题，在运行的时候必须要使用锁扣相控制技术，只有这样才可以实现同步稳定运行，可以通过调整逆变器输出电压的大小以及相位控制其输出，但是因为锁相系统相对来说反应速度较慢，很难被精准的控制，这个时候就会出现环流的问题，这需要使用一些特殊手段来处理。

逆变器在输出的时候采用电流来惊醒控制就没有这个问题，只需要控制逆变器的输出电流就可以达到并联运行的效果，这个控制方法相比较于电源控制来说相对简单，因此广泛被使用。

1.3 输出电流的控制方式

如果要实现对电网电压的实时跟踪就需要使逆变器的输出电流和电网的电压同频同向，跟踪的方法不是使用信号博对载波进行调制，是将电流波形作为指示信号进行输出，在过程当中以实际电流波为反馈信号，再对比两个的瞬时值来决定是否将其中的开关器件进行通断，常用的并网逆变器输出电流控制有三角波比较方式、滞环比较方式和定时比较方式三种。三角波比较方式是指将指令电流和并网电流进行实时对比，得到两者的偏差值后再与三角波进行对比，其中可以使用放大器采用比例和比例积分放大器来进行对比，这种电流方式跟随误差比较大，软硬件比较复杂，其中输出电压中还存在与三角载波相同频率的谐波，三角波方式的放大器增益比较有限，功率相比较固定地来说比较少，电流响应想对比瞬时值比较方式为慢。定时比较方式使用时钟定制比较器。这种方式首先设置一个固定的时钟来设置周期，这样可以定期进行指令信号和对被控制量进行采样，这种方式可以避免元器件开关的频率过高，这种功率器的最高开关频率为时钟频率的一般，但是这种方式也存在一定的缺陷，就是在电流控制误差没有一定的环宽，需要将控制精度降低。滞环比较方式则是将指令电流和实际并网电流进行比较，两者比较的偏差值作为滞环比较器的输入来说需要控制主电路的开关通断信号，这个通断信号可以控制电流并网的电流变化。这种控制方式存在以下几个特点，第一就是硬件电路简单易控，有超快的响应电流，可以进行实时控制，不需要载波，对比计算法和调制法来说具有较高的谐波含量，相对比滞环的宽度来说，电流跟随的误差范围是固定的。

2 并网控制策略

太阳能官府并网系统采用双闭环控制策略进行并网控制。其中双闭环的外环为电压环，这样可以使直流输出端电压在并网控制的时候稳定电压，内环则为电流环，这样可以使输出电流和电网电压同频同向，输送到电网的功率也因数也会趋近1。

在实际检测当中可以将电容电压和给定的电容电压来进行比较，期间的差值可以通过贴节气来得到电流环的并网电流幅值，这个幅值可以通过锁相环节得到电网电压的频率和相角同步信号结合，其中可以得到并网的电流信号，这样就可以与实际检测的并网电流相对比，这个差值可以通过对比得出滞环比较环节的差值，从而得到其中的数值，使并网电流在指定环宽以内变化。

3 并网发电系统并网控制策略

太阳能光伏发电系统可以分为独立系统和并网系统两大类，独立系统是由太阳能电池直接提供功率，这是太阳能发电的最基本形式，但是这种形式并不适用于市区，只能在远离市区的地方实施。目前在市区中应用最为广泛的是并网发电系统，这是通过控制逆变器直接将太阳能电池中的直流电转换为交流电，接着输向电网。并网发电系统有大型联网光伏电站和小型光伏联网系统两种，大型光伏联网因为耗资巨大因此发展速度不快，现在并网的大多数是分散的小型光伏联网系统，在最近几年小型光伏联网系统得到了飞速的发展。

并网发电系统中的太阳能电池阵列可以始终在最大功率的前提下进行工作，从而吸收来自太阳能电池板发出的全部能力，这样可以提高太阳能发电的效率，可以取消蓄电池，降低蓄电池充放电的能量损耗，这样可以降低蓄电池对于环境带来的污染，从而加强供电的稳定性和可靠性。

4 结束语

本文研究的主题是基于光伏并网发电系统并网控制策略分析，从能量转换的角度来看，太阳能光伏发电的转换系数比较高，可以通过检测太阳能电池板的输出电压和输出电流以及逆变器输出的并网电流，可以将这些检测信号输入到控制器中，这样可以通过调节并网电流的幅值控制太阳能电池的输出功率从而实现最大功率的并网发电。光伏并网发电系统因为自身的优势得到广泛的认可，在保护环境的情况下可以实现最大功率的发电。