郭鹏
山西省长治沁县供电公司，山西省长治市046000
摘要：太阳能作为无污染、无损耗、可持续利用的新型能源，近年来得到迅速的发展。其大量接入配电网系统，也改变了电网传统的运行方式。因光伏发电系统受天气因素的影响较大，输出功率具有间歇性和强烈波动性等特点。特别是在光照比较充足的情况下，光伏发电输出的功率较高，在光伏发电占比较大的配电网系统中极易引起过电压现象，严重影响电能质量。本文提出采用基于BP（误差反向传播算法）神经网络的预测模型预测输出功率，然后通过调节光伏阵列模块和调节并网逆变器2种方法控制并网容量，进而达到抑制光伏入网功率和电压越限的问题。
关键词：光伏发电并网；有功功率；控制策略
1现有光伏电站并网有功功率控制方法概述
当前光伏电站中使用的有功功率调节基本采用人工手动调节的方式。由光伏电站值班人员将调度的有功功率目标值与光伏电站此时的有功功率实发值进行差值比较，借助光伏电站中的控制装置手动控制光伏逆变器启/停，升/降功率，从而控制光伏电站并网点的有功功率达到调度要求的目标值。这种方式存在下述缺陷。
1）由于该方式是通过操作人员手动来完成的，即操作人员接到调度调节要求后，通过差值计算手动控制光伏电站内的逆变器启/停、升/降功率，时间上有一定的滞后，因而存在误差大、响应速度慢等问题，操作速率和效率都比较低。
2）这种调节方式没有结合光伏电站内各逆变器的具体运行状况，如逆变器运行时间，而是由操作人员较为随机地进行操作。因此，该方式不仅高度依赖相应逆变器工作的可靠性，而且还因随机地操作会使某些逆变器长时间一直在运行，而另一些逆变器则长时间停机，从而导致逆变器故障率提升。同时，光伏逆变器频繁地启/停本身不仅会影响其稳定性和安全性，而且也会降低光伏逆变器的使用寿命。
考虑到手动控制调节光伏电站有功功率的诸多弊端，近年来有学者提出了一些新的控制调节方法，如在光伏电站中增加储能电池设备以进行有功功率调节；光伏电站设计时配置具有转向功能的光伏板件支架，通过调整光伏板件的角度实现有功功率的调节等。通过调研发现，储能电池系统在光伏电站中的应用目前还处于试点阶段，且储能电池具有危险性高，污染环境的缺点，在储能电池技术尚未成熟的情况下利用储能电池设备实现对光伏电站进行有功功率控制的可行性不大；考虑到设备成本及可靠性等问题，国内已建成的光伏电站中大多采用固定支架形式的光伏发电组件，且光伏电站支架数量非常多，如果通过调整光伏板件角度来调节光伏电站有功功率将增加监控系统的系统资源开销，影响电站的运行安全，因此这种方式也不具有推广价值。
2并网功率控制的实现方法研究
方案1光伏列阵的P－U输出曲线是一一对应的，BP神经网络预测出的输出功率与发生馈线过电压的实际功率确定了需要削减的功率，通过改变光伏阵列的端口电压，进而改变输出功率。根据馈线电压确定需要削减的功率，调节光伏列阵输出功率实现功率削减。削减功率的多少可以通过改变光伏列阵端口电压来实现。方案1的控制原理如图1所示。
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在确定光伏列阵的输出功率PLv1后，控制系统可以通过改变端口电压vLv，改变输出功率。根据Boost升压钳制电路的原理，DC/DC电路的输入电压与输出电压的关系为vPv＝（1－D）v0，v0保持不变，可以通过调节占空比D来实现对端口电压的vLv调节。由于光伏列阵的输出方程为超越方程，根据环境的不断变化，很难通过理想输出功率PLv1来推算出端口电压ULv1，也就是通过传统的开环控制无法实现对光伏列阵输出功率的改变。因此，采用闭环控制、运用PID控制器来进行电压的调整。在本节的应用中，受控源为光伏列阵的输出功率，控制变量DC/DC电路的占空比，执行机构是Boost的主电路。控制原理如图2所示。
首先，采集光伏阵列的实时输出电压、电流，进而得出光伏阵列的输出功率，通过对比实际输出功率和理想功率的数值控制控制器调节驱动信号进而调整端口电压，最后，通过PＷＭ发生装置改变占空比，来调整光伏列阵的输出功率。控制结构图如图3所示。
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方案2根据调节并网逆变器的输出功率实现功率削减，方案设计如图4所示。考虑到光伏发电并网运行时，端口电压是不能改变的，而并网逆变器的功率因数一般为1，并网电流的相位和频率也是不能改变的，因此，为了实现输出功率的减小只能对并网电流的幅值进行改变。单相逆变器带Lc滤波的拓扑结构如图5所示。
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由式（4）可知，通过调整sL0可以实现并网电流的改变。其中，sL0的选择、并网电流的改变以及削减功率变化：L0→Z0→I0→Pc。LCL滤波器的基本参数：桥侧电感为2.1mH，滤波电容为3.6μF。将L0的值在0～10mH之间变动可以实现电流的减少。逆变电源的控制器是关键部分，会影响整个系统的静态和动态稳定、性能参数和抗扰动能力，该文考虑使用双环控制的控制器，即输出电压控制外环，滤波电感电流控制内环。滤波器使用常规的Lc型滤波器。控制框图设计如图8所示。
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图8并网控制系统框图
通过仿真来证明方案2的可行性。如图9所示，t1＝0.1s时出现过电压预警，削减有功功率算法介入，并网电流幅值相应的减小，△I＝Pc/v，Pc为预测出来的削减功率，v为配网电压，并且保证并网电流的频率和相位不变。方案2的控制结构如图10所示。
根据2种方案的结果证明对控制光伏发电系统的输出功率都有很好的效果。方案1是通过改变光伏发电系统的端口电压进而改变输出功率，这种调控方法调控范围很广，但是算法相对复杂，并且对光伏列阵输出方程的精度要求很高。方案2只需要对并网逆变器的控制系统进行调整就可以很好地实现。
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3结语
光伏电站有功功率控制策略的应用与实现，能够为电网对于光伏电站的调度提供有效的有功功率调节工具，从而提高了电网接纳光伏发电的能力，满足大型光伏电站并网的技术要求，进一步保证电网的安全稳定运行。
参考文献
[1]廖波，晁阳，李根富．并网光伏逆变器无功控制策略[J]．南方电网技术，2013，7（6）：94－98．
[2]李娟．光伏发电系统建模及其对配电网的影响研究[D]．济南：山东大学，2014．
[3]张贵涛，龚芬，夏向阳，等．光伏并网逆变器电能质量控制策略[J]．电力科学与技术学报，2017，32（4）：50－56