大型光伏电站并网特性和运行控制技术研究

2017-07-18张磊

中国设备工程 2017年13期

关键词：系统结构控制技术电站

张磊

（中广核新能源内蒙古分公司，内蒙古呼和浩特 010020）

大型光伏电站并网特性和运行控制技术研究

张磊

（中广核新能源内蒙古分公司，内蒙古呼和浩特 010020）

针对大型光伏电站并网特征以及运行控制技术相关问题，从并网运行需要解决的问题方面入手，做了简单的论述。光伏电站并入电网运行，将会对电网系统造成一定的影响，比如孤岛效应与谐波污染无功补偿等，这些均是光伏电站并网运行所需要解决的问题。光伏发电输出具有不连续性以及不确定性，因此加强并网运行控制技术的研究，有着现实的意义。

大型光伏电站；并网特性；运行控制技术；不确定性

随着能源资源紧缺问题的日益突出，使得清洁能源的开发与利用成为全球研究的重点内容。我国大力推广可再生的清洁能源发电技术，以实现低碳运行。电网未来的发展趋势，将会不断地朝向光伏并网发电以及大型化光伏发电等方向发展。光伏并网发电能够提高发电的效率，提高并网容量，有助于实现低碳电网运行，前提需要解决各类负面影响。

1 光伏并网发电概述

新能源中，光伏发电具有较强的安全性以及无污染，在发电的过程中无噪声，而且光伏资源较为丰富，进而被广泛的应用。光伏电站并网化以及大型化，使得电站的发电效率与容量等得到了极大的提升，实现了低碳运行。现阶段，我国已经建设了10MW、50MW级的光伏电站，正在着力研究100MW级光伏电站。

2 大型光伏电站并网特征

2.1 并网系统结构

大型光伏电站并网系统，其网络拓扑结构主要分为单级结构以及两级结构。单级网络结构指的是光伏电站输出的直流电，其直接经由DC/AC逆变器，进而逆变为和电网系统电压幅值与频率相同的电能。两级网络结构则是将大型光伏电站所输出的直流电，先经由DC/ AC转换器升压，再利用二级DC/AC逆变器，将其逆变为指定的交流电，最终实现并网。大型光伏电站并网，因为控制系统较为复杂，为了能够降低电能损耗，所以多采用单级结构，如图1所示。

2.2 输出特性

就光伏阵列数学模型分析情况能够得知，光伏电站出力，其受到环境条件影响较大，若太阳辐射照度以及环境温度变化，则电站光伏阵列输出电压也将会随之变化，同时输出功率也将会发生变化。就P-U特性能够了解，基于特定时刻环境参数，光伏电站输出功率具有最大功率点，而且是唯一的。为了能够全面的提升光伏电站的发电效率，使用MPPT，当环境因素发生变化时，确保光伏电站能够始终处于最大功率点运行。通常情况下，不同环境下光伏电站输出有着较大的区别，若为晴天，则光伏电站的最大发电量时刻在中午段。若为阴天，则难以预测发电最大值，光伏电站的功率输出具有较强的随机性，功率输出相对较少。就季节条件而言，冬天光伏电站的发电量相对较小，因为平均光照时间较少，加之环境温度相对较低。

图1 大型光伏电站并网系统结构示意图

3 大型光伏电站并网运行控制技术

3.1 逆变器控制技术

3.1.1 逆变器

大型光伏电站建设，主要是接入光能源，因为技术与设备等各种因素的影响，使其对电网产生的影响较大，负面影响主要包括孤岛效应的产生以及谐波污染等，此类问题已经成为光伏电站运行控制技术研究的主要内容，对逆变器控制策略也提出了新的要求。因为逆变器应具有功率控制功能以及谐波电流补偿功能等，能够减少光源接入对电网的不利影响。大型光伏电站系统结构多为单级结构，因为介于两级结构中由DC/DC转换器承担的最大功率点跟踪控制，需要由逆变器控制实现。基于此需要使用具备多种控制模式的逆变器来实现光伏变电站并网运行，而结合有功功率控制功能、MPPT控制功能、无功与谐波电流补偿控制功能的控制模式，是最佳的选择。

3.1.2 逆变器的控制

大型光伏电站并网控制研究中，逆变器控制技术是重点内容，逆变器控制主要分为以下形式。

（1）电流瞬时控制。在实际控制中，主要通过电流滞环瞬时控制形式，或者利用开关频率控制形式。电流瞬时值控制多采取双闭结构形式，外环形式为直流电压反馈控制环，而内环形式为交流电流控制环。逆变器并网控制是利用电压调节器，来输出电流幅值，并且和网压单位实现连接，进而获得电压信号。当电流误差与固定电环宽度相比较大时，则滞环比较器将会做出相应的反应，借助逆变器形式，实现对输出电流的控制，促使电流能够回到滞环内。为了确保并网控制的效率，需要对逆变器电流并网运行加强控制，以确保并网运行的稳定性。

（2）双闭环电路控制。对于大型光伏电站逆变器并网控制，多采取双闭环电路，实现逆变器控制，多采取电流侧交流电压形式、电压同步环节控制形式、PWM调制环节控制形式等，利用电压交流逆，来确保逆变电流运输过程的稳定性，以输出功率为主要控制形式，来确保并网控制运行的安全性以及稳定性。

（3）无差拍控制。主要是采取系统状态方程，将电流零误差作为控制标准，反馈电流运行情况。大型光伏电站逆变器控制采取无差拍控制形式，能够对状态方程以及输出反馈信息等，做出全面的推算。在进行推算时，需要综合考虑以及分析电流环宽度，以此确保运算的精准度，确保逆变器并网控制的性能。在实际控制期间，若系统电压偏离，则需要作出全面跟踪，以提升区域运行的稳定性，以此避免电力系统出现不必要振动。

3.2 最大功率控制技术

为了能够实现电网运行最大功率跟踪控制，在电流连续运行状态中，Boost电路需要满足其中Vpc指的是光伏阵列输出电压，而Vdc指的是逆变器出入侧的直流母线电压。大型光伏电站逆变器，在并网控制期间，主要是利用反馈电网功率，而实现的全面控制。实际控制的过程中，要确保直流母线电压运行的稳定性，利用D调节模式，实现电流电压调节，采取VPc输出电压来提高电压功率，进而实现跟踪控制，确保并网控制性能。

3.3 低碳调度

大型光伏电站并网运行控制中，需要兼顾电能生产，并且要最大程度上控制电力生产过程中CO2的排放，即低碳调度控制，属于智能电网调度控制的主要模式。低碳调度的最佳状态是电站并网运行的过程中，由光伏电站尽可能的承担多数供电任务，促使并网运行的过程中，实现低碳调度，也就是实现光伏发电最优调度，借助储能系统。大型光伏电站并网生产中，多使用储能电池，利用低碳效益评估数学模型，进行并网调度评估。总的来说，为了能够促使大型光伏电站实现低碳调度，进而获得最佳的低碳效益，可以借助复杂控制系统，采取控制储能系统与逆变器等方式，来确保并网点处的电网运行安全，以及电能质量，实现光伏发电量最大化，实现发电量最优，确保其可以终止保持在较低的水平。低碳调度是智能电网实现可持续发展的主要途径，发挥着积极的作用，但是能够实现低碳调度，还需要综合考虑各种因素的影响，以探索最佳的低碳调度模式。