王彦君
国家电投集团河北电力有限公司 河北石家庄 050000
摘要：随着我国经济快速发展，能源市场设计和可再生能源发电技术不断进步，考虑到光伏发电出力随机性大、波动较强等问题，提出了一种含混合储能的光伏并网控制策略，搭建了相应的系统模型，该模型主要由光伏发电模块、电解槽、质子交换膜燃料电池和锂电池通过直流母线并联组成，并给出每个模块的控制策略，通过PSCAD/EMTDC仿真验证了该混合系统的出力可控性，还解决了光伏功率的随机性波动导致电网电压波动的问题。
关键词：光伏发电；并网控制；混合储能
引言
并网光伏发电系统是指太阳能发电设备发出的电能通过并网设备实现与电网连接并向电网输送电能的发电系统。该系统作为光伏发电的一种主要供电单元，需要与市电电网保持相同的运行参数，使电网能安全、可靠地运行。并网光伏发电系统相比独立光伏发电系统的电气组成来说结构简单，它只需要有发电单元（光伏组件组成的方阵）、并网设备（并网逆变器）、升压设备及其他辅助设备即可。光伏电池组件利用光电效应将太阳能转变成直流电能，经逆变器逆变后，根据光伏电站接入电网技术规定、光伏电站容量确定光伏电站接入电网的电压等级，由变压器升压后接入公共电网。其技术难点主要在于：a)并网逆变器需要工作于最大功率点附近；b)跟踪电网参数并与之保持一致。目前，国家对并网光伏发电系统的管理模式分为两种：a)分布式光伏电站。它的建设地点可以是工商业及民用屋顶、农业大棚、荒山荒坡、滩涂、湖泊水面等距离用电单元较近的地方，生产出的电量可以是全额上网销售，也可以采取“自发自用、余电上网”的运行模式。b)集中式地面光伏电站。这种电站一般建在绵延的山地、戈壁沙滩、滩涂、水面、荒地等非基本农田和未利用地，一般装机容量比分布式光伏电站容量大，生产的电能经过逆变升压后并入输电电网。由于两种光伏并网类型的电价政策不同，它们的经济效益也有较大的差别。
1并网光伏发电特点和现状
太阳能光伏发电系统分为并网型和离网型两种形式。并网型光伏发电系统主要特征是该系统与常规电网直接相连，光伏电池组件接收光照后，通过光电效应把发出的直流电经过逆变器转换成交流电并入电网。并网光伏发电系统是大规模利用太阳能电池发电的主要形式和发展方向。截止2020年底，我国并网光伏装机2.53亿千瓦，同比增长23.9%。
2含复合储能的光伏并网控制策略研究
2.1 含复合储能的光伏并网优势
随着我国“碳达峰”“碳中和”目标发布，“十四五”期间，我国可再生能源发展将迎来空前机遇，“光伏+储能”应用也必将进入新阶段。储能是“源-网-荷-储”的重要组成部分，积极推动含储能并网光伏发展是构建智慧电网的基础，具有重大的现实意义。“光伏+储能”主要优势：（1）优化电能质量、提高电网稳定性。（2）减少弃光、削峰填谷，提高经济效益。（3）是坚强智能电网建设的重要组成部分。（4）可以提高电力设备运行效率。（5）可以平抑光伏功率波动,增强光伏发电可控性，提高光伏并网能力。
2.2光伏发电控制策略
PV系统采用MPPT控制策略，其控制模块主要由三部分组成，分别是最大功率点跟踪（MPPT）、Boost升压控制、逆变器控制。首先需要通过Boost升压电路来提高由于光伏发电不稳定导致的较低输出电压，然后再接入逆变器送入电网。将光伏模块的输出电压Upv和电流Ipv送入MPPT控制模块，得到光伏最大功率运行点。将输出电压Upv和参考电压Upv_ref进行比较，再通过PI控制器实现闭环控制，得到脉冲控制信号g，从而实现期望的输出电压值。
2.3电气设计
电气设计分为一次部分设计和二次部分设计。
一次部分设计应包括电力电量平衡、建设的必要性及其在配电网中的地位和作用、电压等级与接入电网方案、潮流计算、短路电流计算、无功补偿、电能质量、方案技术经济分析和电气参数要求等。二次部分设计应包括系统继电保护、自动控制装置、调度自动化、电能量计量装置及电能量远方终端和通信系统。技术指标应符合现行国家标准GB/T?29319—2012《光伏发电系统接入配电网技术规定》的有关规定。光伏电站监控设备是电站运行的统一管理平台，它将光伏电站的逆变器、汇流箱、辐照仪、气象仪、电表等设备通过数据线连接起来，对这些设备进行数据采集，并将数据上传到网络服务器或本地电脑，使用户可以在电脑或者手机上实时查看相关数据，方便电站管理人员和用户对光伏电站运行数据的查看和管理，无需到现场逐台查看设备状况，大量节约人力成本，更有利于进行数据汇总、曲线生成、数据分析等，便于远程管理。
2.4电流内环控制
电流内环控制通过对并网指令电流的跟踪实现光伏并网发电系统的并网，控制对象是并网逆变器交流侧的输出电流。并网电流瞬时有效值指令ig*是周期信号，其频率受网侧负载的影响。ugrid-i为前馈电网电压瞬时有效值，G2(s)为电流内环控制器，Gd(s)是逆变器等效传递函数；Gf(s)为滤波设备的等效传递函数。并网型光伏发电系统需实时根据当前工况调整输出电压，并实时跟踪电网频率完成并网，这就要求控制器有足够快的响应时间，尤其是电流内环控制环节，此环节影响光伏发电系统的功率因数和电能质量能否达到并网要求，光伏并网逆变器的实现不仅要求有优良的硬件构成，更需要控制实现无差跟踪并网电流指令。针对光伏并网逆变器电流内环控制策略，目前应用较多的是PI控制和PR控制，控制器的传递函数如式为：由自动控制原理可知，PI控制器在跟踪周期信号时存在幅值误差和相位误差；PR控制器可在控制器谐振率w0下稳定良好的跟踪给定值，但当被跟踪频率发生偏移时控制性能变差。而且为了保证谐振频率点的精确，PR控制器对元器件的精度等级要求很高。基于重复控制的思想，当光伏发电系统位于电网末端或电能质量较差地区时，采用PI-PI控制器应用于光伏并网发电系统，即串联两个PI控制器使用，不仅可以实现稳定跟踪，还可抑制电网频率偏移对系统输出的影响。
2.5?并网过程中容易出现孤岛效应
并网过程中的孤岛效应指的是电网中某个区域中设置有电流通路，但是实际运行时没有电流通过，比如，电网系统维修不当或故障一直没有解决而导致电力失压，用户端不能及时消除该故障导致用户端的供电系统切出市政电网，使得光伏发电系统与电网形成了一个供电孤岛。孤岛效应发生的主要原因和光伏发电的总容量太大而影响了用户端的供电质量，孤岛区域会产生较强的电压和额冲击电流，在电压和电流的作用下会损坏电力设备，还会影响配电系统的整体运行。所以，一般会设置预防孤岛效应的设施措施，包括对电网的电压、频率变化装置进行检测、加强对电网频率移位、流过电流的阻抗、相位跳跃、相位谐波和不稳定电流等的监控等。光伏发电的增多会对电力系统孤岛效应产生越来越多危害，只有研究从根本上可以解决孤岛效应的技术措施，才能确保电力系统的稳定运行。
3.建议
（1）建立储能优先调峰调度机制。（2）鼓励按市场化、多元化原则积极推动储能光伏发电产业。（3）加大对大容量储能技术研发支持力度。（4）出台支持储能发展的具体政策，如：储能价格补偿政策。(5)积极推广宣传储能光伏并网示范项目。
结语
本文给出了含混合储能的光伏系统结构，并搭建了每个模块的控制模型和系统模型，通过仿真结果之间的比较可以充分验证所构建集成系统各单元模型的准确性以及所提控制策略的有效性。结果表明，使用PV、EL、FC和LIB混合电网连接可以实现集成系统的可控输出，维持电网功率平稳，使直流母线电压保持恒定，还可以降低光抑制率，保证系统安全可靠运行。
参考文献
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