弱电网情况下光伏并网系统的控制策略研究

弱电网情况下光伏并网系统的控制策略
研究
摘要：在弱电网中接入光伏并网系统，可以发现控制端的稳定性被大幅削弱，要分析解决这一问题，还需明确并网控制系统的运行过程中，弱电网阻抗对其稳定性产生的具体影响。

本文以弱电网情况下，光伏并网系统的控制为探讨主题，分析并网系统控制的概念，阐述光伏并网发电系统主拓扑与控制原理，从并网点电压谐波、电网阻抗两方面总结其对控制性能的具体影响。

关键词：弱电网；光伏并网系统；控制
引言：近年来，光伏发电技术的创新发展速度显著加快，新能源发电呈现出良好的发展前景，光伏并网发电也逐渐走进大众视野。

在运行光伏并网发电系统中，其整体运行情况往往会受到环境温度、光照强度等多方面因素的影响，导致实际运行出现波动现象。

要解决此类问题，进一步拓宽光伏并网发电发展领域，还需对光伏并网系统运行稳定性的提升予以重点关注。

1光伏并网系统控制概述
我国发电系统建设规模不断扩大，接入的光伏系统占比显著上升，在实际运行过程中，电网与光伏系统间往往会相互影响。

由于我国沙漠等偏远地区内建成的光伏电站较多，且容量较大，在开展供电作业时，要想稳定地接入配电网，需要经由长距离的输电线路，以及多级的升压处理。

面对此种供电作业背景，光伏并网系统对运行控制具有更高要求，很大程度上会受到电网阻抗的直接影响。

由此可见，针对弱电情况，对光伏并网系统稳定性受电网阻抗大小的影响进行深入研究，明确合理化调整控制参数的有效方式，对提高发电供电效率、优化系统运行控制具有重要的现实意义[1]。

2光伏并网系统的控制策略
2.1光伏并网发电系统主拓扑
单极式光伏并网发电系统在实际应用中较为常见，其以LCL滤波器为基础，主拓扑包括直流母线电容、LCL滤波器以及光伏阵列，还涉及到对逆变器的使用。

在整个拓扑结构中，直流母线电容处于核心位置，除了保持电压稳定，还能够将电压谐波予以滤除处理。

无论是光伏阵列的输出功率，还是并入电网功率的平衡性，均可以借助于波动大小变化直观地反应出来。

主拓扑中，还含有LCL型滤波器，其主要由网侧滤波电感、滤波电容以及逆变侧构成。

与普通的L型滤波器相比，其在滤除电流谐波方面体现出的功能性更强。

与此同时，谐波效果一致时，与 L型滤波器的电感相比，LCL型滤波器的总电感更小，因而优先考虑对LCL型滤波器的使用，可以将造价成本予以大幅节约，滤波器占地的空间更小，为精简化设备结构提供便利。

2.2光伏并网控制策略
观察与分析光伏并网发电系统的控制流程可以发现，其主要涵盖两部分控制内容，一是最大功率跟踪控制，二是并网电流控制。

实施MPPT跟踪，核心目的在于了解并掌握运行最大功率光伏阵列工作状态下，其向电网侧输送有功功率的最大值。

利用MPPT控制器，先将光伏阵列的电流、电压值统一输入，通过一段调整时间后，形成直流母线的参考电压，从控制器内输出，其与光伏阵列的最大功率点电压相一致。

实施MPPT控制，通常可以选择两种技术手段，一是扰动观察法，二是电导增量法。

其中，对于大部分的控制实验来说，变步长的电导增量法更为适用。

运行并网逆变器，涉及到对双闭环控制原理的运用，结合电网电压矢量定向方法，这种控制方式包括两种类型，除了常见的电压外环控制，还包括电流内环控制。

若使用电压外环控制法，则主要控制直流母线电压大小，使其与MPPT输出参考电压大小的水平相同。

若涉及到对电流内环控制法的使用，则需控制并网电流与电网电压的大小，确保两者处于同相位状态下。

在这一阶段内，逆变器一般处于单位功率逆变的工作状态。

在逆变器某一域模型的不同轴间，存在电流耦合、电
压耦合现象，因而需要将电压前馈、电流前馈引入到控制端中，以达到解耦效果[2]。

3弱电网情况下光伏并网控制分析
3.1并网点电压谐波对控制的影响
弱电网下，光伏并电系统运行控制稳定性下降，因此受到电网阻抗的影响是较为显著的，尤其是在并网点采样的电压中，很可能会存留较多的谐波成分。

研究电网阻抗大小变化可以发现，其与并网点电压谐波含有率密切相关，阻抗值越大，谐波含有率也越高，应用双闭环控制策略，需要采取电压前馈解耦处理，若谐波存在于引入的解耦量中，必然会直接影响到并网控制，严重时还会导致控制稳定性大幅降低。

要实现对此类问题现象的有效防控，可以滤波处理采样电压，将内部可能存留的高次谐波予以筛选和剔除。

在此过程中，还需考虑到采样电压相位，以及其可能受到的来自滤波器的干扰，预先校正相位，做好相关的处理工作。

按照基波分量的形式，处理前馈解耦电压，这时相比于接入理想电网，光伏接入弱电网情况下的控制效果也得到明显优化。

3.2电网阻抗对控制的影响
设计控制器参数时，往往会预先设定其为理想电网状态下，面对弱电网情况，需对电网阻抗的存在予以正确认识，明确其对系统运行控制性能产生的直接影响。

本文研究分析电网阻抗对控制的影响，以230kW光伏并网发电系统为研究对象，使用等效电感400μH的LCL滤波器。

参照电网阻抗大小不同的情况，分析控制系统性能受到的实际影响。

不断增加弱电网阻抗大小的过程中，LCL滤波器等效电感值显著加大，在此过程中，整个系统的惯性也呈现逐渐增加的变化趋势。

系统的响应受到影响，速度逐渐降低。

分析与观察电网电感和电阻不同的情况下，控制系统的具体性能指标资料可以发现，光伏并网发电系统的控制性能确实受到外部因素的干扰，与电网电抗密切相关，且这种影响是十分显著的。

不断增加电网电抗大小的过程中，控制系统的相位裕度会发生明显变化，且呈现出越来越小的变化趋势。

除此以外，逐渐加大电网电抗的过程中，系统稳定性越来越低。

观察系统控制性能与电网电阻之间的关系可以发现，两者间的影响作用基本可以忽
略不计，不断加大电网电阻的过程中，控制系统的相位裕度并未出现明显改变，且在逐渐增加电网电阻值的阶段内，整个系统的控制性能并未受到较大影响[1]。

3.3弱电网情况下控制参数的校正
在弱电网情况下，接入光伏并网，受到弱电网阻抗的直接影响，并网发电系统的控制稳定性被大幅削弱，且实际控制性能呈现显著下降的变化趋势。

要解决这一问题情况，还需以有效校正控制器参数为切入点，达到平稳控制性能的效果。

现阶段，在检测电网阻抗的技术研发方面，获得了一些创新性的研究进展。

例如以弱电网阻抗大小为基准，针对性校正控制器参数，便是一种有效可靠的校正方法。

因而与外环控制的相应速度相比较，内环控制的响应速度更高，那么只需合理化校正内环控制器参数，便可以达到优化整个系统控制性能的目的，确保其满足光伏并网系统的控制需求。

在实际控制过程中，需着重考量到弱电网阻抗下，控制器比例与积分增益，并参考光伏接入理想电网时控制器比例、积分增益，明确计及并网点谐波影响时的校正参数大小。

结束语：在弱电网情况下接入光伏并网系统，其实际控制性能往往会受到一定影响，甚至引发控制恶化等不良现象。

要解决并控制这一问题，还需通过实验探究、明确电网阻抗与并网点谐波对控制性能产生的具体影响。

结合弱电网阻抗的实际情况，精准校正控制器参数，切实优化弱电网下光伏并网系统的控制效果。

参考文献：
[1]王霖. 弱电网接入下光伏并网逆变器建模分析与控制[D].重庆大学,2019.
[2]朱晓慧. 弱电网下基于无源理论的光伏并网逆变器控制策略研究[D].哈尔滨工业大学,2018.
[3]胡宇虹. 弱电网对光伏并网系统性能的影响分析[D].重庆大学,2018.。