大型光伏電站并網(wǎng)特性和運(yùn)行控制技術(shù)研究

張磊

（中廣核新能源內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

大型光伏電站并網(wǎng)特性和運(yùn)行控制技術(shù)研究

張磊

（中廣核新能源內(nèi)蒙古分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

針對(duì)大型光伏電站并網(wǎng)特征以及運(yùn)行控制技術(shù)相關(guān)問(wèn)題，從并網(wǎng)運(yùn)行需要解決的問(wèn)題方面入手，做了簡(jiǎn)單的論述。光伏電站并入電網(wǎng)運(yùn)行，將會(huì)對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)造成一定的影響，比如孤島效應(yīng)與諧波污染無(wú)功補(bǔ)償?shù)?，這些均是光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行所需要解決的問(wèn)題。光伏發(fā)電輸出具有不連續(xù)性以及不確定性，因此加強(qiáng)并網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)的研究，有著現(xiàn)實(shí)的意義。

大型光伏電站；并網(wǎng)特性；運(yùn)行控制技術(shù)；不確定性

隨著能源資源緊缺問(wèn)題的日益突出，使得清潔能源的開(kāi)發(fā)與利用成為全球研究的重點(diǎn)內(nèi)容。我國(guó)大力推廣可再生的清潔能源發(fā)電技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)低碳運(yùn)行。電網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，將會(huì)不斷地朝向光伏并網(wǎng)發(fā)電以及大型化光伏發(fā)電等方向發(fā)展。光伏并網(wǎng)發(fā)電能夠提高發(fā)電的效率，提高并網(wǎng)容量，有助于實(shí)現(xiàn)低碳電網(wǎng)運(yùn)行，前提需要解決各類負(fù)面影響。

1 光伏并網(wǎng)發(fā)電概述

新能源中，光伏發(fā)電具有較強(qiáng)的安全性以及無(wú)污染，在發(fā)電的過(guò)程中無(wú)噪聲，而且光伏資源較為豐富，進(jìn)而被廣泛的應(yīng)用。光伏電站并網(wǎng)化以及大型化，使得電站的發(fā)電效率與容量等得到了極大的提升，實(shí)現(xiàn)了低碳運(yùn)行?，F(xiàn)階段，我國(guó)已經(jīng)建設(shè)了10MW、50MW級(jí)的光伏電站，正在著力研究100MW級(jí)光伏電站。

2 大型光伏電站并網(wǎng)特征

2.1 并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

大型光伏電站并網(wǎng)系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要分為單級(jí)結(jié)構(gòu)以及兩級(jí)結(jié)構(gòu)。單級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)指的是光伏電站輸出的直流電，其直接經(jīng)由DC/AC逆變器，進(jìn)而逆變?yōu)楹碗娋W(wǎng)系統(tǒng)電壓幅值與頻率相同的電能。兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)則是將大型光伏電站所輸出的直流電，先經(jīng)由DC/ AC轉(zhuǎn)換器升壓，再利用二級(jí)DC/AC逆變器，將其逆變?yōu)橹付ǖ慕涣麟姡罱K實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。大型光伏電站并網(wǎng)，因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)較為復(fù)雜，為了能夠降低電能損耗，所以多采用單級(jí)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

2.2 輸出特性

就光伏陣列數(shù)學(xué)模型分析情況能夠得知，光伏電站出力，其受到環(huán)境條件影響較大，若太陽(yáng)輻射照度以及環(huán)境溫度變化，則電站光伏陣列輸出電壓也將會(huì)隨之變化，同時(shí)輸出功率也將會(huì)發(fā)生變化。就P-U特性能夠了解，基于特定時(shí)刻環(huán)境參數(shù)，光伏電站輸出功率具有最大功率點(diǎn)，而且是唯一的。為了能夠全面的提升光伏電站的發(fā)電效率，使用MPPT，當(dāng)環(huán)境因素發(fā)生變化時(shí)，確保光伏電站能夠始終處于最大功率點(diǎn)運(yùn)行。通常情況下，不同環(huán)境下光伏電站輸出有著較大的區(qū)別，若為晴天，則光伏電站的最大發(fā)電量時(shí)刻在中午段。若為陰天，則難以預(yù)測(cè)發(fā)電最大值，光伏電站的功率輸出具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，功率輸出相對(duì)較少。就季節(jié)條件而言，冬天光伏電站的發(fā)電量相對(duì)較小，因?yàn)槠骄庹諘r(shí)間較少，加之環(huán)境溫度相對(duì)較低。

圖1 大型光伏電站并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3 大型光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行控制技術(shù)

3.1 逆變器控制技術(shù)

3.1.1 逆變器

大型光伏電站建設(shè)，主要是接入光能源，因?yàn)榧夹g(shù)與設(shè)備等各種因素的影響，使其對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響較大，負(fù)面影響主要包括孤島效應(yīng)的產(chǎn)生以及諧波污染等，此類問(wèn)題已經(jīng)成為光伏電站運(yùn)行控制技術(shù)研究的主要內(nèi)容，對(duì)逆變器控制策略也提出了新的要求。因?yàn)槟孀兤鲬?yīng)具有功率控制功能以及諧波電流補(bǔ)償功能等，能夠減少光源接入對(duì)電網(wǎng)的不利影響。大型光伏電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多為單級(jí)結(jié)構(gòu)，因?yàn)榻橛趦杉?jí)結(jié)構(gòu)中由DC/DC轉(zhuǎn)換器承擔(dān)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制，需要由逆變器控制實(shí)現(xiàn)。基于此需要使用具備多種控制模式的逆變器來(lái)實(shí)現(xiàn)光伏變電站并網(wǎng)運(yùn)行，而結(jié)合有功功率控制功能、MPPT控制功能、無(wú)功與諧波電流補(bǔ)償控制功能的控制模式，是最佳的選擇。

3.1.2 逆變器的控制

大型光伏電站并網(wǎng)控制研究中，逆變器控制技術(shù)是重點(diǎn)內(nèi)容，逆變器控制主要分為以下形式。

（1）電流瞬時(shí)控制。在實(shí)際控制中，主要通過(guò)電流滯環(huán)瞬時(shí)控制形式，或者利用開(kāi)關(guān)頻率控制形式。電流瞬時(shí)值控制多采取雙閉結(jié)構(gòu)形式，外環(huán)形式為直流電壓反饋控制環(huán)，而內(nèi)環(huán)形式為交流電流控制環(huán)。逆變器并網(wǎng)控制是利用電壓調(diào)節(jié)器，來(lái)輸出電流幅值，并且和網(wǎng)壓?jiǎn)挝粚?shí)現(xiàn)連接，進(jìn)而獲得電壓信號(hào)。當(dāng)電流誤差與固定電環(huán)寬度相比較大時(shí)，則滯環(huán)比較器將會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)，借助逆變器形式，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流的控制，促使電流能夠回到滯環(huán)內(nèi)。為了確保并網(wǎng)控制的效率，需要對(duì)逆變器電流并網(wǎng)運(yùn)行加強(qiáng)控制，以確保并網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（2）雙閉環(huán)電路控制。對(duì)于大型光伏電站逆變器并網(wǎng)控制，多采取雙閉環(huán)電路，實(shí)現(xiàn)逆變器控制，多采取電流側(cè)交流電壓形式、電壓同步環(huán)節(jié)控制形式、PWM調(diào)制環(huán)節(jié)控制形式等，利用電壓交流逆，來(lái)確保逆變電流運(yùn)輸過(guò)程的穩(wěn)定性，以輸出功率為主要控制形式，來(lái)確保并網(wǎng)控制運(yùn)行的安全性以及穩(wěn)定性。

（3）無(wú)差拍控制。主要是采取系統(tǒng)狀態(tài)方程，將電流零誤差作為控制標(biāo)準(zhǔn)，反饋電流運(yùn)行情況。大型光伏電站逆變器控制采取無(wú)差拍控制形式，能夠?qū)顟B(tài)方程以及輸出反饋信息等，做出全面的推算。在進(jìn)行推算時(shí)，需要綜合考慮以及分析電流環(huán)寬度，以此確保運(yùn)算的精準(zhǔn)度，確保逆變器并網(wǎng)控制的性能。在實(shí)際控制期間，若系統(tǒng)電壓偏離，則需要作出全面跟蹤，以提升區(qū)域運(yùn)行的穩(wěn)定性，以此避免電力系統(tǒng)出現(xiàn)不必要振動(dòng)。

3.2 最大功率控制技術(shù)

為了能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行最大功率跟蹤控制，在電流連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)中，Boost電路需要滿足其中Vpc指的是光伏陣列輸出電壓，而Vdc指的是逆變器出入側(cè)的直流母線電壓。大型光伏電站逆變器，在并網(wǎng)控制期間，主要是利用反饋電網(wǎng)功率，而實(shí)現(xiàn)的全面控制。實(shí)際控制的過(guò)程中，要確保直流母線電壓運(yùn)行的穩(wěn)定性，利用D調(diào)節(jié)模式，實(shí)現(xiàn)電流電壓調(diào)節(jié)，采取VPc輸出電壓來(lái)提高電壓功率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)跟蹤控制，確保并網(wǎng)控制性能。

3.3 低碳調(diào)度

大型光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行控制中，需要兼顧電能生產(chǎn)，并且要最大程度上控制電力生產(chǎn)過(guò)程中CO2的排放，即低碳調(diào)度控制，屬于智能電網(wǎng)調(diào)度控制的主要模式。低碳調(diào)度的最佳狀態(tài)是電站并網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，由光伏電站盡可能的承擔(dān)多數(shù)供電任務(wù)，促使并網(wǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)低碳調(diào)度，也就是實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電最優(yōu)調(diào)度，借助儲(chǔ)能系統(tǒng)。大型光伏電站并網(wǎng)生產(chǎn)中，多使用儲(chǔ)能電池，利用低碳效益評(píng)估數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行并網(wǎng)調(diào)度評(píng)估?？偟膩?lái)說(shuō)，為了能夠促使大型光伏電站實(shí)現(xiàn)低碳調(diào)度，進(jìn)而獲得最佳的低碳效益，可以借助復(fù)雜控制系統(tǒng)，采取控制儲(chǔ)能系統(tǒng)與逆變器等方式，來(lái)確保并網(wǎng)點(diǎn)處的電網(wǎng)運(yùn)行安全，以及電能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電量最大化，實(shí)現(xiàn)發(fā)電量最優(yōu)，確保其可以終止保持在較低的水平。低碳調(diào)度是智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的主要途徑，發(fā)揮著積極的作用，但是能夠?qū)崿F(xiàn)低碳調(diào)度，還需要綜合考慮各種因素的影響，以探索最佳的低碳調(diào)度模式。

4 結(jié)語(yǔ)

大型光伏電站并網(wǎng)特征，主要表現(xiàn)在并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與輸出特征等方面。大型光伏電站并網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要是多單級(jí)結(jié)構(gòu)，以降低電能損耗。光伏電站并網(wǎng)控制技術(shù)的研究重點(diǎn)是逆變器控與輸出功能，基于此進(jìn)行研究與探索，以提升光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行的效率。

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