大型光伏电站逆变器并网控制策略及稳定性解析

杨青林1丁雅红2

摘要：人类在这个社会赖以生存不可或缺的就是能源，能源对于当前社会经济的发展起着非常重要的作用，因此，就需要对能源加强科学合理的应用，其对于改善人们的生活以及促进人类发展起着决定性的作用。然而目前人们所使用的多数为不可再生能源如煤炭、石油、天然气等，这三种能源的消费结构分别为27%，41%和23%。光伏电站技术作为一种新型的可再生能源，拥有独特的优势，其来源广泛，使用过程中不产生污染。故对光伏发电技术的推广势在必行，具有巨大的现实意义且能产生明显的经济价值。文章从大型光伏电站逆变器并网的结构、原理等方面入手，对大型光伏电站逆变器并网的控制策略以及稳定性能进行了分析，并且针对其策略提出了一些建议，希望对我国电网系统的发展起到一定帮助作用。

关键词：大型光伏电站；逆变器；并网控制策略；稳定性；电网运行

1大型光伏电站逆变器并网的运行原理

大型光伏电站逆变器并网主要是由DC-DC和DC-AC两级的变换器所构成的！前级DC-DC变换器主要是提升该高光伏电池阵的功率转化效率，并且对最大的功率运行情况进行全面的跟踪。同时在跟踪的过程中，要不断提升电压的性能，要在最大程度上满足逆变并网中要求的直流母线电压。后级DC-AC环节的主要功能就是将直流电逆变成与电网电压同幅同频的交流电，并且并网电流与电网电压应当在相同的位置上，这样可以有效地提升电压运行的功率。

其中，前级DC-DC的电路采用的Boost电路的拓扑结构，将大型光伏电站逆变器中输出的140V直流电压进行全面的升高，其直流电压大约为400V即可。后级DC-AC的逆变器主要是利用的全桥结构为主，将400V直流电进行有效的转变，大约在220V/50Hz左右即可，这样在一定程度上保证了大型光伏电站逆变器并网的正常运行，对我国电网系统的稳定、安全的运行也起到了非常重要的作用。

2大型光伏电站逆变器并网控制稳定性的主要对策

2.1大型光伏电站逆变器并网的主要方式方法

在大型光伏电站逆变器并网控制的过程中，包括有电压源电压控制、电压源电流控制、电流源电压控制、电流源电流控制等方面，并且在电流控制中，主要分为直接电流控制和间接电流控制，主要是对电压电流的运行形式，进行全面跟踪，从而达到并网运行的效果。大型光伏电站逆变器并网控制不仅仅因其方法和流程相对较为简便，其运行的性能也相对较为稳定，在我国电网系统发展的过程中得到了有效的应用。下面就对大型光伏电站逆变器并网控制的主要方式方法进行简要的介绍：

2.1.1直接电流控制

为了保证太阳能可以稳定运行，提升附近电压的功率，就要对电流的运行过程进行全面的控制。然而直接电流控制正是针对这一问题，对电流的运行方式进行了有效的控制。直接电流控制的过程中，若是直接作为电流侧给定输出电流的幅值时，就可以起到良好的控制作用，这样不仅有效地提升了大型光伏电站逆变器并网的运行形式，对其稳定和安全等性能都起到了有效的提升作用。

2.1.2间接电流控制

在间接电流控制的过程中，主要是利用调节器输出来调节交流侧输出端的电压幅值和相位等形式，起到控制的作用。间接电流控制在应用的过程中，其操作性能相对较为简单，一般情况下是不要电流反馈控制。但是，在间接电流控制的过程中，应当对系统电流的反应速度给予足够的重视，并且对测电流中含有的电流进行全面的划分，对其参数的波动情况进行全面的分析和检查，这样才能对提升大型光伏电站逆变器并网的正常、稳定的运行，起到重要的作用和意义。

2.2大型光伏电站逆变器并网控制的主要途径

在大型光伏电站逆变器并网控制的过程中，DC-DC、DC-AC变流器具有独立的结构以及变换的方式。因此在控制的过程中，应当将最大的功率进行全面的跟踪，并且在控制的过程中，应当从不同的运行环节进行控制。下面就对大型光伏电站逆变器并网控制途径进行了简要的分析和阐述：

2.2.1最大功率跟踪控制

在最大功率跟踪和控制的过程中，Boost电路在电流连续状态运行中，应当满足以下的关系：

式中：Vpc为光伏阵列输出电压；Vdc为逆变器出入侧直流母线电压。

在大型光伏电站逆变器并网控制的过程中，通过利用逆变器输出电力的形式，也就是反馈电网功率，进行全面控制。同时在控制的过程中，应当在最大程度上满足直流母线电压Vdc的稳定性能，并且通过利用D的调节形式，对光伏方阵的电流电压，进行全面的调节，Vpc输出电压，提升附近电压的功率，有效地实现了最大功率跟踪的控制性能，并且也在最大程度上保证了大型光伏电站逆变器并网控制的运行性能。

2.2.2并网逆变器控制

电压外环控制的作用是保证母线电压的稳定，实现输出电能和输入电能的平衡。在两级式拓扑中，实现前级和后级的完全解耦，最终达到模块化控制。当光伏阵列的输出电能大于并网电能时，直流母线电容充电，母线电压升高；当光伏阵列输出电能小于并网电能时，直流母线电容放电，此时母线电容和光伏阵列一起给电网提供电能，母线电压降低。由于实际控制系统中，电流内环的动态响应速度远远大于电压外环的响应速度，因此可以假设并网电流Iac与给定电流是无静差的。电压外环采用PI控制，由于PI控制器跟踪阶跃信号不存在静态误差，可很好实现外环控制。在电压外环和锁相环作用下，得到了内环所需的并网电流瞬时值指令信号，此时问题就转化为如何无差的跟踪电流瞬时指令。

目前，系统控制器比较流行的的控制方式有滞环控制、PI控制及比例谐振（PR）控制等。滞环控制属于实时控制，动态响应快。控制算法简单，但其控制的开关频率不固定，输出电流谐波难以控制。比例谐振控制在固定的频率点能实现无静差控制，对谐波能够有效抑制。但实际设计中，比例谐振控制器由于电子元器件精度及控制芯片采用精度等问题，导致其较难实现。而且当电网频率波动时，控制器并不能有效放大基波信号，抑制电网谐波信号。PI控制器控制简单、易于实现，在工业控制中得到广泛应用。PI控制器对直流信号能够实现无静差跟随，对正弦信号的控制效果相当较弱。但综合系统精度、实现难易度、控制性能等，电流内环控制器采用PI控制器。

电网电压前馈补偿是利用开环方式来补偿扰动信号，其不会改变系统本身特性。如果不采用前馈补偿，控制器必须增大比例系数来提高系统增益，但这样可能导致系统不稳定。而采用电网电压反馈控制的系统则可以选取较小的增益，增加系统的稳定性。

3结语

通过以上的综合论述，大型光伏电站逆变器并网控制作为我国电网系统运行过程中非常重要的一项技术形式，对可再生能源进行了有效的利用和转化。通过有效的途径和方式方法，不仅有效地提升了大型光伏电站逆变器并网控制的稳定性，而且在最大程度上保证了我国电网系统运行的稳定、安全等性能。换而言之，大型光伏电站逆变器并网控制的不断发展和广泛利用，不管对我国经济的发展、我国电网系统的稳定运行，还是人们的日常用电，都起到了不可替代的作用。

参考文献：

[1]赖良发，苏建徽，刘芳，等.交错反激式光伏并网逆变器控制策略研究[J].低压电器，2012，（9）.

[2]吴春华，陈国呈，丁海洋，等.一种新型光伏并网逆变器控制策略[J].中国电机工程学报，2014，（33）.