分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

李瓊

摘 要：本文從分布式儲能光伏的并網(wǎng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)的應(yīng)用探討，以期優(yōu)化分布式儲能模式，實現(xiàn)并網(wǎng)環(huán)節(jié)對于能源的優(yōu)化利用。

關(guān)鍵詞：分布式光伏;并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng);控制技術(shù)

引言

分布式光伏并網(wǎng)環(huán)節(jié)，由于需要利用儲能技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)應(yīng)用可能受到環(huán)境因素影響，導致并網(wǎng)環(huán)節(jié)存在功率波動，不平衡的波動能夠影響電網(wǎng)運行安全。儲能單元屬于對于風能和光能暫時存儲重要裝置，能夠?qū)⑾到y(tǒng)電能吸收，且電能釋放也較為靈活，維持再生能源并網(wǎng)階段功率平滑?？稍偕茉刺幱诠聧u運行狀態(tài)時，通過儲能單元就可自動完成系統(tǒng)功率缺額的調(diào)節(jié)，維持電壓、頻率等穩(wěn)定性。

1.控制系統(tǒng)硬件

按照分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)控制需求，選擇硬件電路，系統(tǒng)控制重點參數(shù)內(nèi)容如下：

（1）大電網(wǎng)的額定功率運行標準為 50Hz; （2）大電網(wǎng)的頻率偏差在 ±0.5Hz; （3）光儲系統(tǒng)存在的電壓偏差應(yīng)該不超過 5%; （4）光儲系統(tǒng)內(nèi)三相電流的斜波要求應(yīng)該在 5% 內(nèi);（5）光儲系統(tǒng)的直流側(cè)電壓處于 300～800V 直之間。由于硬件系統(tǒng)屬于分布式儲能光伏并網(wǎng)基礎(chǔ)系統(tǒng)，電路組成部分有主要電路，還有采樣、控制、驅(qū)動等電路，并網(wǎng)運行階段，能夠采集電網(wǎng)實時電流、電壓，還能明確儲能單元荷電狀態(tài)，下文使用“SOC”表示，在控制電路當中生成啟動信號 （PWM），使變流器產(chǎn)生動作，完成對系統(tǒng)控制。分布式光伏系統(tǒng)運行階段，變流器驅(qū)動環(huán)節(jié)，驅(qū)動電路需要借助反激式方式完成，維持變流器正常運行。運用反激式驅(qū)動，需要先采集系統(tǒng)信號，按照硬件功能需求而展開，采集信號能夠為硬件模塊提供算法數(shù)據(jù)。信號采集階段，為了確保數(shù)據(jù)精準，還需要對電流、電壓等信號采取處理措施，使其能夠經(jīng)過隔離電路，進而完成高電壓、電流信號向低電壓、電流信號的處理，生成電壓、電流等信號能快速進入 DSP 芯片當中，輔助控制過程順利進行。

2.控制電路設(shè)計

在分布式光伏控制線路中，應(yīng)該注意母線電壓的合格率，應(yīng)該達到指標要求，這樣采集的母線電壓數(shù)據(jù)才能處于合理范圍之內(nèi)。對于電流信號進行采集，需要利用芯片運放采樣電流，保持運放階段電流信號可滿足 ADC 芯片電流要求。電流、電壓等采集線路設(shè)計完成以后，還需要對于系統(tǒng)采取保護設(shè)計，具體包括欠電壓、過電壓、過電流等保護設(shè)計。本研究根據(jù)分布式光伏電網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運行這一要求，完成保護電路的設(shè)計，為了保證電路能夠平穩(wěn)運行，可設(shè)計電源電路。按照電力電子原理可知，當 IGBT 電路柵極受到正向電壓沖擊，并且產(chǎn)生觸發(fā)脈沖時，那么驅(qū)動電路就會導通。驅(qū)動芯片通常選擇具備欠壓保護、電壓檢測多種功能的產(chǎn)品。除此之外，還可以利用CAN 總線對于分布式控制、串行通信之間的通信網(wǎng)絡(luò)采取實時控制措施。

3.控制軟件設(shè)計

控制系統(tǒng)利用 TMS320f2812 作為核心芯片，融合微機控制、DSP 等技術(shù)特點，因此控制能力強，對于復雜算法能夠有效處理。利用分布式儲能并網(wǎng)系統(tǒng)展開軟件設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容包括 DSP 程序框架、主程序、中斷子程序等。第一，主程序的設(shè)計作為基礎(chǔ)內(nèi)容，需要在系統(tǒng)正式運行以前完成各項初始化操作，對于不同控制模塊工作模式進行設(shè)置。系統(tǒng)啟動之時，需要先將內(nèi)部中斷關(guān)閉，之后開始初始化操作，完成以后中斷開啟，等待中斷端信號，如果系統(tǒng)內(nèi)存在該信號，那么可按照中斷優(yōu)先級別、類型等自動進入子程序控制當中。主程序控制整個流程，中斷子程序有三個，一是 ADC 中斷，二是保護中斷，三是外部中斷。ADC 中斷主要負責 AD 轉(zhuǎn)換、檢測畸變量、輸出PWM算法等，保護中斷的功能。系統(tǒng)如果出現(xiàn)故障，能夠快速將脈沖封鎖，并且將 PWM 輸出停止;外部中斷是在同步坐標發(fā)生變化時，能夠?qū)τ诔跏枷辔徽归_校對。

4.系統(tǒng)控制流程

ADC 中斷控制流程需要按照分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)運行特點，利用 DSP 內(nèi) AD 采樣引腳，實時獲取電壓、電流等信號，之后利用固定算法，獲得 PWM 脈沖、指令信號等，以此對于變流器進行驅(qū)動，產(chǎn)生有功功率。當中斷服務(wù)程序開啟以后，應(yīng)該先將中斷關(guān)閉，后對采樣信號進行讀取，之后按照協(xié)調(diào)控制這一算法，將系統(tǒng)的功率缺額計算出來，最后利用協(xié)調(diào)控制，保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行。保護中斷程序運行期間，如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，那么就會將脈沖封鎖，確保系統(tǒng)能夠處于環(huán)境下運行。如果系統(tǒng)內(nèi)部存在故障，那么就會發(fā)出指令，將 PWM 輸出信號停止，以免系統(tǒng)當中存在過高電流，沖擊開關(guān)，導致功率開關(guān)受損。AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束之后，對于其采集數(shù)據(jù)進行讀取，之后對系統(tǒng)故障加以檢測，如果故障存在，那么就要將脈沖封鎖，否則系統(tǒng)就會持續(xù)運行。

外部中斷主要通過變換同步坐標完成初始相位的校對，和系統(tǒng)控制準確度有直接聯(lián)系。系統(tǒng)運行階段，中斷尚未開始時，就可以對相位校準，若沒有發(fā)現(xiàn)錯誤，那么就可繼續(xù)計算，如果發(fā)生錯誤，那么可自動校正，之后將中斷標志清除，并退出中斷。

5.控制策略驗證

分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)控制實驗環(huán)節(jié)選擇電網(wǎng)參數(shù)為電壓AC380V，電流 200A，頻率 50Hz。電池使用磷酸鐵鋰型，每個電壓為 3.2V，容量 10kWh。逆變器處于并網(wǎng)下，為三相四線制，輸出功率 50kW，額定電壓 380V，額定頻率為 50Hz;離網(wǎng)模式下，額定電壓為 380V，輸出頻率為50～60Hz。直流電壓 350～850V，直流紋波在 5% 以內(nèi)，穩(wěn)壓精度在 ±1%，轉(zhuǎn)換效率能夠超過 95%。選擇多晶硅組成的光伏發(fā)電系統(tǒng)，其中額定功率 10kW，額定輸入電壓 640V，電壓變化區(qū)間在 200～800V，逆變啟動的電壓是120V，最高直流功率為 13000W，通過分布式儲能的并網(wǎng)系統(tǒng)控制系統(tǒng)運用，對于控制策略加以驗證，檢驗過程，儲能放電使用光伏負載 SOC（70～85%），充電利用 SOC（15～30%） 和 SOC60%，對于控制策略實效進行驗證。利用實驗平臺，其光伏列陣的有功功率輸出為 2kW，負載側(cè)的功率 1kW，實驗過程可按照時間的變化轉(zhuǎn)換投切，控制交流側(cè)的輸出電壓為 380V，利用交流母線對于光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)進行并聯(lián)，之后和大點網(wǎng)絡(luò)進行連接，在負載一側(cè)需要利用阻值可調(diào)節(jié)電阻箱。實驗區(qū)域（街）的容載量 30MW，而園區(qū)容載量 1MW，二者之間未設(shè)置隔離變，所以，實驗環(huán)節(jié)還需要增設(shè) IT 及 Delay 環(huán)節(jié)，以便將電池本身存在的問題導致 SOC 出現(xiàn)不穩(wěn)定變化的問題消除，確保實驗過程 PCS 功率具有連貫性，以免 SOC 突變對于實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。

結(jié)語

總之，經(jīng)上文分析，將儲能單元作為控制基礎(chǔ)，對于儲能單元控制策略展開研究，探討分布式儲能并網(wǎng)系統(tǒng)的控制要求，對于分布式光伏的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)展開協(xié)調(diào)控制，控制系統(tǒng)調(diào)控有效，期待為后續(xù)分布式光伏儲能并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)控制提供實踐支持，實現(xiàn)安全并網(wǎng)，讓電網(wǎng)生產(chǎn)更加安全。

參考文獻

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