【精彩论文】基于混合型算法的光伏发电系统低电压穿越控制策略

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引文信息

杨春波, 王晶晶, 康鹏, 等. 基于混合型算法的光伏发电系统低电压穿越控制策略[J]. 中国电力, 2020, 53(3): 18-27, 58.

YANG Chunbo, WANG Jingjing, KANG Peng, et al. Research on lvrt control strategy of photovoltaic system based on hybrid control algorithm[J]. Electric Power, 2020, 53(3): 18-27, 58.

研究背景

太阳能作为一种清洁、高效的可再生能源得到了越来越广泛的应用。但随着大规模光伏发电系统并网，其与电网之间的交互性影响日益显著。若将大规模光伏能源瞬间切除，势必导致主网系统有功的缺失，将对主网系统安全运行造成不可忽视的影响。因此，为维持含高渗透光伏发电的主网系统的安全稳定运行，光伏发电系统应具备低电压穿越(low voltage ride-through， LVRT)能力。

论文所解决的问题及意义

针对两级光伏发电系统在电网电压跌落时，并网逆变器直流侧过压、交流侧过流的问题，提出一种基于混合型算法的光伏发电系统低电压穿越控制策略。该控制策略主要实现：

（1）该策略通过模型电流预测控制，使并网逆变器并网电流在对称与不对称故障情况下均可快速跟随参考指令，且输出设定对称电流，解决交流侧过电流问题；

（2）基于并网点电压的跌落程度及自适应非最大功率跟踪（Non Maximum Power Point Tracking，Non-MPPT）算法，调节前级Boost变换器占空比，进而降低光伏阵列输出功率，抑制故障过程中并网逆变器交、直两侧功率失衡而导致的直流侧母线过电压；

（3）基于Boost变换器控制系统，通过引入直流电压反馈项消除不对称故障时直流电压二次谐波分量。

图1 并网逆变器控制策略

论文重点内容

当电网电压不对称时，电压和电流中存在正序负序和零序分量。当并网逆变器采用预测电流模型控制时，逆变器输出对称三相电流，则逆变器输出有功为：

其中：

则电网电压不对称时，光伏发电系统并网逆变器直流侧电压为:

根据式(3)可知，当电网电压不平衡时，光伏发电系统并网逆变器直流侧电压所含纹波幅值与并网有功功率纹波幅值成正比。

光伏发电系统前级Boost变换器占空比：

当外部系统发生故障时，需将光伏发电系统输出功率P_pv调节为P^*_pv。此时，光伏阵列输出电压U_pv则需调整为：

只需将U^*_pv代替式(4)中的U^*_m可得：

可使光伏发电系统在外部发生故障时，快速、精确调节光伏阵列输出功率，保证其输出故障电流在控制范围内。而面对不对称故障时，为了能消除负序分量对并网逆变器直流侧电压的影响，即消除其二次谐波，则引入直流侧电压反馈项用于修正Boost变换器占空比，则

图2 F2处发生AB两相接地故障仿真结果：(a)并网电流，(b)直流侧电压，(c)有功功功率，(d)无功功率，(e)光伏阵列电压

研究结论

通过理论分析和仿真验证，得出以下结论：

（1）相比较于传统控制策略，采用本文提出的策略可以去除内环中PI控制器、PWM模块和正负序分离算法。

（2）在发生对称性故障和不对称性故障时，通过电流模型预测控制算法，并网逆变器能够输出对称电流，并且保持在预定值。

（3）由于自适应non-MPPT算法的作用，通过调节光伏阵列的输出功率，可以使逆变器的直流侧电压维持在设定值。另外，通过在DC/DC变换器的控制中引入前馈补偿，当发生不对称故障时，可以完全消除直流环节电压中的谐波分量。

因此，基于上述方法的优点，所提策略完全解决了阻碍光伏系统快速响应技术发展问题（如逆变器过电流、直流侧过电压、直流环节谐波等）。这为光伏系统的进一步发展奠定了坚实的理论基础。

主要作者介绍

王晶晶，女，工程师，现主要从事节能项目科技管理、综合计划管理、项目管理、招投标管理等工作。

E-mail: [e-mail]。

通信作者：郑峰，男，博士，讲师，从事微电网运行与控制研究，分布式电源故障穿越技术研究。

E-mail: [e-mail]。

 往期回顾 

编辑：杨彪

审核：蒋东方

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