光伏发电并网控制策略研究

范斌

（国网三门峡供电公司河南三门峡472000）

摘要：太阳能是理想的可持续发展绿色能源，也是21世纪最重要的能源之一。随着全球范围内一次能源的逐渐枯竭以及经济社会发展对能源的需求，太阳能光伏并网发电商业化已是不可避免。因此太阳能光伏并网发电已是全球新能源领域的研究热点。

关键词：光伏发电；并网控制；策略

1最大功率跟踪(MPPT)控制

1.1MPPT控制的基本原理

太阳能电池最大功率跟踪的目的就是将光伏组件产生的直流电能及时地尽可能多地加以利用，使系统的能量利用率尽可能高。MPPT的任务主要是寻找合适的控制算法，找到光伏阵列在确定日照和温度条件下输出最大功率时对应的工作电压.同时能在快速变化的天气条件下有效地跟踪最大功率点，控制电池板尽可能地工作在最大功率点上.MPPT的实现实质上是一个动态自寻优过程。

1.2主要的MPPT控制的方法

1)恒压跟踪法.当温度一定时，不同光强下太阳能电池板的最大功率点几乎落在同一条垂直线的两侧临近.因此可以使太阳能电池板工作于某一个固定电压，即可实现最大功率跟踪，这实际上是把MPPT控制简化为稳压控制。

但是，这种跟踪方式忽略了温度对光伏阵列的伏安特性的影响，实际上是一种近似的最大功率跟踪方法，在温度变化剧烈的环境，跟踪的误差很大。

2)爬山法.爬山法是通过将本次光伏方阵的输出功率和上次的相比较来确定增加或减少光伏方阵工作电压来实现MPPT.若ΔP>0，说明电池板工作于上坡段，需继续增大工作电压，若ΔP<0，减小工作电压，若ΔP=0，电池板工作于最大功率点附近，于是工作电压在光强变化之前时保持不变.此法的最大优点在于结构简单，被测参数少，因而正在得到较普遍地应用。

2光伏发电并网控制策略的研究

要实现并网，不仅要使逆变器侧的输出电流在频率和相位上与电网电压保持同步，并能够很好地跟踪电网电压参数变化，且电流总畸变率THD要很小，这样可将对电网谐波的影响降到最低，而且还要使逆变器侧输出有功功率达到最大值，即功率因数接近1。因此，控制并网逆变器是光伏并网发电控制系统的关键所在，选用何种逆变器控制策略也会影响整个系统的效率。

由于光伏发电系统的输出不具有同步发电机那样的外特性曲线，为了使光伏并网逆变器输出设定要求的电压、频率、相位的电能，需要对光伏并网逆变系统进行相关的控制，一般是对光伏并网逆变器的输出电流进行控制。并网逆变器的电流控制方法其实就是从采用来的电网电压中分析有无变化和何种变化，然后输出反映了该变化的指令信号，使得逆变器的输出电流实现对电网电压的跟踪。逆变器依据控制对象的不同，可以将逆变器分为电流源型与电压源型两类。直接电流控制与间接电流控制是两种常用的逆变器控制策略。间接电流控制无需电流反馈，控制算法相对比较简单，但是间接电流控制对系统参数敏感，电流动态响应慢。而直接电流控制需要电流反馈，且电流的响应速度快，输出电流的质量较好，适合进行精密控制。本文中对常用的瞬时值滞环比较控制、定时比较控制、三角波比较控制、滑模变结构控制、无差拍控制等是较常用的电流控制方式进行了分析比较，重点分析PI控制和重复控制，PI控制的参数较少，简单可靠，易于实现，减小系统的稳态误差，但是并不能完全消除稳态误差，PI控制的抗干扰能力也较差。重复控制则可以实现对参考信号进行无差跟踪，实时控制效果较差。

近年来，随着数字控制技术的快速发展，已渐渐取代了模拟控制技术。数字化PWM控制算法因其算法简单、控制效果好、硬件调试电路比较简单，这样使得硬件成本下降不少，因而得到了不断发展，应用前景广阔。为了使并网逆变器侧输出单位功率因数且无谐波的正弦电流，世界各国的研究人员经过不断的摸索与实验，提出了多种有效的数字控制方案。针对并网电流控制，仅仅采用常见的控制策略有重复控制、滞环控制、无差拍控制、PI控制等实现单位功率因数运行是不够的，我们应当根据不同情况下的不同控制目标，来采取多种控制策略的转换来实现。

为了改善逆变器输出波形，针对以上的一系列并网控制策略，国内外的专家学者进行了一些改进。将扰动观测器加入无差拍控制中去，通过观测器发出扰动可以实时观测负载电流，增强了负载适应性。滑膜变结构控制是一种非线性控制方法，鲁棒性较强，因为具有固有的开关特性非常适合应用到逆变器的控制中去。利用重复控制技术对逆变器输出波形进行谐波抑制。重复控制技术的特点是输出特性相对稳定，谐波含量较少，系统稳定性强，但是对误差的跟踪性能较差，会延迟一定时间。在控制系统中加入PID控制方法，可以对开关周期进行追踪通过较为精密的参数设置可以是系统获得良好的性能，弥补波形输出质量不高这一缺点。彭传彪等人提出滞环电流控制是一种优越的非线性控制，控制简单，易于实现，但是因为环宽的局限性导致开关频率不稳定，谐波种类较多。针对这一问题提出了自适应滞环电流控制策略，采用基于滞环电流控制的的复合控制策略，通过改变环宽来实现开关频率的固定，减少输出波形的畸变率，抑制谐波。引入频率反馈环节，考虑开关频率的周期性变化，通过PI控制器调整滞环控制器的环宽值，使用模糊推理在线整定比例参数，提高了系统的动态特性。通过对比传统正弦脉宽调制技术的优缺点和应用方法，在此基础上提出一种改进方法―反相载波交点式采样法，该方法的调制效果接近自然采样法而优于不对称规则采样法，因此利用该调制方法产生的SPWM波更接近正弦波，控制点时刻的计算只需求解简单的直线交点方程，控制算法简单，节省了微处理器的储存空间，易于在DSP系统中实现。

结语

世界各国都将目光转向了绿色清洁的可再生能源，太阳能发电就是众多可再生能源利用方式中一种，日益成为各国在新能源利用方面的研究热点。而光伏并网发电是大规模利用太阳能资源的必由之路，光伏发电在能源结构中扮演着越来越重要的角色，加强对并网控制策略的研究也至关重要。

参考文献：

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