蔡行行 白田田
中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司 河南郑州 450000
摘要：随着节能减排和气候改善的需要，光伏发电的应用越来越广泛。由于我国能源分配的特点，光伏逆变器往往远离主电网，且长线路传输使得接入点的感性阻抗较大，因此配电网可能较弱，影响系统的稳定性。新能源并网标准要求并网逆变器在弱电网中运行良好，且最小短路比(SCR)为10。因此，电网阻抗对并网逆变器稳定性的影响引起了许多学者的关注。光伏电站技术作为一种新型的可再生能源，具有独特的优势，其来源广泛，使用过程中不产生污染。因此，推广光伏发电技术势在必行，具有重大的现实意义，能够产生明显的经济价值。
关键词：弱电网；功率前馈；光伏并网逆变器；稳定性
引言
随着不可再生能源的日益枯竭和生态环境的不断破坏，节能减排和新能源技术已成为研究热点。太阳能作为一种可再生能源，因其资源丰富、安全、无污染等优点而得到广泛的应用。近年来，以光伏逆变器为核心的太阳能光伏发电系统得到了快速发展。然而，国内光伏产业仍处于起步阶段。如何提高光伏逆变器系统的稳定性，快速跟踪外部环境变化引起的光伏功率变化，降低并网电流畸变率，已成为光伏逆变器的研究热点，具有重要意义。
1.光伏系统工作原理
普通光伏并网系统主要由无变压器结构的DC-DC变换器和并网逆变器组成的两级功率转换系统组成。
光伏系统分为可调度系统和不可调度系统。对于对电能要求较高的负荷，需要选择可调度系统。其内部储能装置能不断地提供负载所需的电能。作为一个不间断电源,只要足够容量的储能设备可以选择,可分派光伏发电系统可以调整自己的输出功率根据电网的实际运行,以发挥作用调节电网峰值。逆变器在光伏并网系统中起着重要的作用。只有通过不断优化选择合适的控制方法、高效的转换方法和高质量的功率输出方法，才能在一定程度上提高光伏并网系统的整体性能。
一般并网逆变器可分为四种控制方式:电压源电压控制、电流源电压控制、电压源电流控制和电流源电流控制。如果并网逆变器的输入端选择电流源,它需要连接一个电感器,输入侧的参数,以确保稳定的电流,但是这将减少整个系统的动态响应,因此,输入端通常会选择电压源。逆变器输出控制方式有两种:电流控制原理和电压控制原理。如果输出电压控制原理用于实现互连,因此网格系统的能力可以被视为无穷大,那么光伏系统及光伏(pv)网格可以相当于电网两个电压源来实现并行,这样逆变器必须确保它的输出电压在工作的过程中作为标准的一部分(电网电压和频率、持续阶段),以确保电网的稳定性。因此，有必要对逆变器进行严格控制，否则在并网过程中可能会出现循环等问题，影响整个逆变器系统的稳定性，最终使并网失效。利用电流控制原理实现输出端并网相对简单，因为只需要考虑相位和频率的一致性。所以并网逆变器的输出端一般是通过电流控制来实现的。
2.光伏并网逆变器控制策略
系统采用 12 串 2 并的光伏阵列，光伏开路电 压 Uoc≈270 V，光伏短路电流 Isc≈10.8 A。由于光伏开路输出电压仅为 270 V，而电网电压范围为 200~ 240 V，要实现逆变器和电网的直接并网，直流侧须进行升压控制，故在光伏输出侧和逆变器输入侧添 加 Boost 升压电路。单相光伏并网逆变器由典型的DC/DC 升压斩波电路和 DC/AC 单相全桥逆变电路 构成，逆变器输出经 LC 滤波电路后由并网继电器并入电网，详细控制框图如图 1 所示。图中：Cpv为光伏输出侧储能电容器，用于稳定光伏板块输出直流电压；Cdc为逆变电路直流侧储能电容；iC为流 过 Cdc 的电容电流；idc 为 DC/DC 变换器输出电流；Ls为逆变器输出电感；Rs为其电感等效电阻；C 为逆变器输出电容，构成 LC 滤波器，滤除逆变器输
出的高频谐波；uinv为逆变器输出电压；is 为逆变器输出电流；us为电网电压。
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图 1 单相并网逆变器控制框图
3.光伏并网发电系统的稳定性研究
3.1电能质量
在并网过程中，光伏系统与电网必然会相互影响。逆变器在运行过程中，其微小的波动也会对电网造成一定的冲击。同样，电网的不稳定因素也会降低光伏系统的安全性。因为数量的网格光伏(pv)网格系统越来越多,电网将自己的外部冲击电能质量下降,为了保证输出功率的质量和光伏系统的稳定运行,我国分别从电压波动、频率和谐波失真限制几个方面,如并网逆变器的具体技术要求。目前，由于设备在制造过程中仍有待完善，光伏电池板在使用过程中的效率相对较低，一般只有10%-18%，即使在实验过程中测试值也最高在20%左右。因此，有必要考虑如何提高光伏系统的能量转换效率。传统电力电子转换装置通常认为其转换效率在最佳工作状态,同时极大地受到光照强度和光伏系统并网逆变器的负载端是随机的和不可控的,所以转换效率的考虑应该在许多方面全面衡量。
3.2弱电网接入条件对光伏并网发电系统稳定性的影响
总的来说，基于理想电网条件设计的网络化光伏逆变器系统对这些谐波有很好的抑制效果。然而,对于大型光伏电站,弱电网的现实情况下,电网阻抗的存在将降低谐波抑制性能的光伏(pv)电网发电系统,导致电网电流谐波含量增加,与此同时,电网阻抗和网格系统很容易形成共振形成一定频率较高的谐波,最终会导致电网电流总谐波失真率不能满足电网的要求。同时，谐波电流在电网阻抗上形成谐波电压，导致并联点电压质量恶化，进而影响并网逆变器的控制精度。严重者，并网逆变器可能会断开，限制光伏发电系统并网规模。指出电网阻抗主要来自于三个方面:电网内部阻抗、传输线阻抗和变压器阻抗。电网阻抗与逆变器输出阻抗之间的相互作用及其对输出滤波器的影响可能会导致系统的稳定性问题。对于弱电网条件下的单相联网光伏逆变器，由于电网阻抗的存在，公共接入点的电压波形畸变使得电压过零检测不准确，导致锁相链路出现错误。对考虑电网阻抗的网络化光伏逆变器系统进行了小信号建模。利用特征值分析系统的稳定性，利用参与因子分析系统状态变量的敏感性，通过特征值轨迹分析设计控制器参数。总之,如何分析网格访问阻抗值的影响在并网光伏发电系统的运行稳定,如何放松联网光伏逆变器的控制策略来提高网络逆变器系统的稳定裕度是一个值得研究的问题。
3.3短路保护
当逆变器输出短路故障发生时，流经逆变器的电流可能超过逆变器电路所能承受的最大电流，从而导致逆变器烧坏。所以需要逆变器设置相应的过流保护电路,电流短路保护主要是在逆变器的集成电路,根据网格系统的可靠性要求,在逆变器的设计应确保当工作电流小于额定电流的120%,可以继续维持一分钟工作,至少在工作电流在额定电流的120% - 150%之间,至少可以工作10秒左右，但一旦超过额定电流的150%，应在0.1秒内迅速切断与电网的连接。
4.结束语
综上所述，从逆变器本身的角度来看，逆变器的输出滤波器、锁相环和数字延迟对系统的运行稳定性有显著的影响。从提高系统稳定性的角度出发，通过滤波器参数的优化设计、锁相环锁相精度的提高以及数字控制延时调整的优化，可以有效解决光伏并网所面临的稳定性问题。考虑到电网阻抗对逆变器各环节的影响，从接入电网情况的角度提出有针对性的解决方案是非常重要的。
参考文献
[1]吴雅静.光伏发电系统多功能逆变器控制策略研究[D].河北工程大学,2017.
[2]王川川.两级三相式光伏并网发电系统控制策略的研究[D].安徽理工大学,2017.