光伏并网发电系统的低电压穿越控制策略

裴小娜

太阳能最为一种清洁能源，不仅对环境不会产生污染，也是一种可再生资源，因此对其进行开发利用十分重要。光伏并网发电系统的应用，就是太阳能利用的典型代表。光伏并网发电系统应用过程中，会涉及到低电压穿越控制问题，该控制能力越强大，光伏并网发电系统作用发挥程度越高。因此相关学者都对低电压穿越控制策略研究比较重视。

现阶段，我国对低电压穿越控制策略的研究，注重集中在风电领域，光电领域还比较少。正是因为如此本文以光伏并网发现系统为研究对象，对低电压穿越控制策略进行了探讨分析。笔者认为可以采取电压定向矢量控制的方法，来提高低电压穿越控制能力，以此达到有功与无功解耦。本文首先对光伏并网发电系统及其低电压穿越要求进行了分析，其次对光伏并网发电系统的低电压穿越控制策略进行了探讨，仅供参考借鉴。

一、光伏并网发电系统及其低电压穿越要求

光伏发电系统主要应用的物质是光伏电池，该设施最重要的价值就是将太阳能转换成电能，最终完成发电任务。光伏并网主要是指两大系统连接，分别为光伏系统、电力网系统。两大系统连接之后，不必再借助蓄电池，初期成本比较低，而且更容易维护，后期检修成本也比较低，可以说是现阶段最为经济实用的发电系统。光伏并网发电系统形式依据场合差异而不同，现阶段应用最为广泛的应该是逆潮与无逆潮并网系统、地域并网系统等。早期应用的是光伏发电系统，存在着比较多的缺陷，比如逆充电现象、电网电压波动过于明显等现象，因此在应用的过程中比较麻烦。正是基于此，光伏并网发电系统优势更加突出。但是光伏并网发电系统在应用的过程中，则需要满足非常重要的条件，即低电压穿越要得到控制。这主要是因为发电系统运行过程中，会出现并网点电压跌落情况，此时要求光伏设备依然能够实现并网，如果条件允许，还能够为电网提供无功功率，确保电网在短时间内就可以恢复。

现阶段我国针对光伏并网发电系统的低压电压穿越能力要求已经出台了相应的技术规范，该技术规范中对光伏电站的低电压穿越能力标准要求进行了明确的规定，具体标准如图1所示。

依据图1中显示可知，如果光伏并网电点电压正好处于在轮廓线或者高于轮廓线，同时处于区域之间，此时光伏电站并网运行必须要保证畅通，但是如果并网点电压处于在轮廓线之下，则可以出现线路送电暂停的情况。世界上很多国家都依据自己国情制定了光伏并网低电压穿越要求，其中比较典型的就是德国制定的E.ON标准。该标准对低电压穿越控制要求更加的详细，其中最为重要的是该标准对低压穿越过程中，无功电流比重与电压跌落深度之间的呈现的关系进行了规定。电压跌落过程中，光伏并网发电站一定要为系统提供无功电流，如果子电压跌落深度超过了50%，但是没有超过90%，则无功电流应该满足线性输出条件，而如果电压跌落深度未能超過50%，此时无功电流必须达到100%。

二、光伏并网发电系统的低电压穿越控制策略

光伏并网系统电压跌落过程中，逆变器既要始终处于并网运行状态，同时还需要对有功与无功功率进行有效的协调，以便此时能够提供无功功率，保证光伏并网发电系统能够有足够的电压恢复正常运行，达到低电压穿越要求。

如果光伏并网发电系统电压处于正常状态，逆变器要遵循有功优先的原则，对最大功率进行始终都进行跟踪控制，换言之，就是最大程度的达到有功电流要求，而有功电流值则需要根据电压外环来取得，同时利用最大功率跟踪算法获得相应的信息数据。该信息数据可以作为参考值，其与直流侧电压会出现一定的误差，但是利用PI进行调节之后，误差信号会及时的得以纠正。如果电网电压处于跌落期间，因为逆变器具有限流功能，不能继续遵循有功优先控制原则，否则逆变器状态会发生变化，呈现出功率现幅状态，不能对光伏并网发电系统提供有效的无功支持，所以此时你逆变器遵循的是无功优先控制原则。

在无功优秀控制期间，有关需要借助相应的公式计算出无功电流给定值，之后再按照国家规定的内容：逆变器输出电流可以高于额定电流，但是不能高于1.1倍。

当电网电压发生跌落时，要根据电网电压跌落的深度来调节逆变器的无功电流给定值，改善电压跌落情况，进而提高光伏并网发电系统的低电压穿越能力。低电压穿越期间所需的无功电流百分比的表达式如下：

i*q为所需的无功电流；UN、IN分别为电网的额定电压、电流；U为跌落之后测得的电网电压有效值。在电网电压发生跌落时，可以根据上述公式式得出跌落深度和无功电流之间的关系。光伏并网发电系统的控制流程图如图2所示。当电网电压发生跌落时，根据2中所示的步骤光伏逆变器提供无功给电网，让电压恢复，实现低电压穿越。

三、结语

综上所述，可知借助光伏逆变器来实现低电压穿越控制，此种控制策略属于定向矢量控制。通过调查分析，应用逆变器之后，光伏并网发电系统在电压跌落过程中，能够实现并网运行，同时能够为系统提供无功功率，可以使电网在最短实践脱离故障，继续运行。本文所研究的光伏并网发电系统属于大型系统，其他规模类型的光伏并网发电系统，还需要有关学者进一步研究。

（作者单位：廊坊师范学院）

项目编号：Z2012030，河北省教育厅指导项目，项目名称为：基于DSP的三相光伏并网系统的研究。