光伏并网系统稳定性分析及优化分析

於立峰 吴序芳 许文杰 路清博

1.浙江浙能兰溪发电有限责任公司

2.浙江浙能长兴发电有限公司

3.华能（浙江）能源开发有限公司玉环分公司

0 引言

随着世界工业规模的不断扩大，能源的消耗也越来越高，传统的不可再生的化石能源的大量开采已导致能源危机日益严重，而太阳能作为地球来源最广泛的可再生能源，正得到越来越多的研究和快速发展，光伏并网在大力推进，相信不久的将来将得到极大的普及。

由于光伏发电产生的是直流电，因此要送到交流电电网中去的话，在并网过程中需对电能进行处理和控制，目前采用最为普遍的方法是脉宽调(PWM)技术。但由于光伏发电系统的变换器中有大量的元器件，脉宽调(PWM)技术在控制过程中会产生较多的谐波，对元器件工作的可靠性和稳定性造成很大的干扰，使发电并网质量较差。为了解决上述问题，许多研究采用LCL型拓扑结构控制系统以减小谐波的干扰，但由于LCL型拓扑结构存在阻尼项的缺失，使系统在某一频率发生谐振现象，降低了系统的稳定性。

针对该问题，本文提出了一种全新的单位延时反馈等效阻抗并网发电系统控制策略，有效拓宽了阻尼区，在解决谐波干扰问题的同时提升系统运行的稳定性。

1 全新光伏并网系统控制策略

1.1 控制策略拓扑结构

本文建立的全新控制策略模型为单位延时反馈等效阻抗模型，见式(1)～(3)，其中为HPF 截止频率，为HPF 增益系数，为变换器增益系数。

根据上述原理，本文采用的控制拓扑结构见图1，等效电路图见图2。

图1 光伏并网系统控制拓扑结构

图2 等效电路图

根据自控理论，将有源阻尼策略回路通过恒等变换可得主电路中的，即阻抗模型，以无源性角度可更直观地分析有源阻尼。

延时表达式为［1］：

本文采用的控制策略实现步骤为：

1.2 控制策略的对比分析

传统方法中，Req 的正区间为(fs/6，fs/3)，如图3 所示。而本文设计的控制策略，当反馈系数时，Req的正区间为(fs/4，fs/2)，见图4，其中fs为采样频率，是采样周期Ts 的倒数；当时，由于和的区间临界值存在不确定性，故需对初相位θ的取值进行讨论。当和时，Req 的正区间均为(0，fs/4)，见图5和图6。

图3 传统控制策略Req的正区间

图4 本文采用的控制策略Req的正区间

图5 时Req的正区间

图6 时Req的正区间

2 仿真结果分析

图7、图8 为采用本文控制策略及传统控制策略的实验对比验证。图7为采用传统控制策略时并网变换器的并网三相电流及并网点A相电压，其中：为并网电流，为并网A相电流，为并网点电压为并网点A相电压。图8为采用本文控制策略对应的电流、电压波形。由图7、图8 可看出，在采用本文控制策略后，电流波形更趋于正弦化，并网电流得到明显改善，通过设计单位延时反馈系数，取，有效阻尼区(稳定区)为，比传统策略更宽，达到了最大、最优阻尼区间，使电网在呈弱感性或主电路参数不确定导致谐振频率大范围变化时，增强了系统的稳定性和鲁棒性。

图7 传统控制策略时并网电流及A相电压

图8 本文控制策略时并网电流及A相电压

3 结束语

光伏并网是未来解决能源短缺的重要手段，但随着应用的不断深入，传统的控制策略存在的有效阻尼区局限问题暴露了出来，限制了光伏的应用。为了绿色能源全面应用战略更好地推进，本文提出了一种新的单位延时反馈等效阻抗并网发电控制策略，以改善有效阻尼区局限问题，仿真结果显示，本文设计的控制策略可有效地增强系统的稳定性和鲁棒性。