基于优化FBD法的分布式光伏并网及电能质量调节的统一控制

2017第六届新能源发电系统技术创新大会

中国电工技术学会主办，2017年6月21-24日在河北省张北县举办，大会围绕新能源发展战略、系统关键技术、微电网及储能等重要议题展开交流。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。

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国网长春供电公司发展策划部、国网菏泽供电公司发展策划部、山东国研电力股份有限公司的研究人员焦明曦、李强、张旭，在2017年第2期《电气技术》杂志上撰文，为提高分布式光伏发电系统的设备利用率及性能多样化，研究了一种将光伏并网和无功补偿及谐波抑制相柔性结合的统一控制方案。

引入并优化了FBD算法，与传统瞬时无功功率理论相比，省去了复杂的反复坐标变换运算，无需锁相环及相关电路，节约了硬件成本，提高了系统检测精度及动态响应能力。在保证光伏并网的同时又改善了电能质量。仿真结果验证了所提方案的有效性和正确性。

随着近代社会在工业及经济领域的高速发展，传统化石能源的大量消耗造成的日趋枯竭和严重的环境污染问题迫在眉睫。太阳能具有储量巨大，分布广泛，绿色无污染等优点，对其进行充分的开发利用可有效缓解当前能源危机，且光伏发电属于分布式发电范畴，可减轻输电负担，提高电力系统的可靠性。但光伏发电因为昼发夜停，也存在着设备利用率低、功能过于单一、经济性差的缺点。

低压配电网用户中存在着大量的非线性负载，不可避免的产生了无功及谐波污染问题，严重影响了电网供电质量。有源电力滤波器（APF）能够实时抑制谐波，动态补偿无功功率，但因造价较高、功能单一，其在推广上受到限制。

鉴于分布式光伏发电系统和APF在拓扑结构及控制策略上存在着较高的相似性，如将两者功能结合以扬长避短，既可提供有功电能，又能进行滤波和无功补偿，改善电能质量，且不增加额外设备投资，则该课题的研究具有非常积极的意义。

图1  主电路拓扑及控制原理框图

为了实现三相光伏并网和无功补偿及谐波抑制的一体化控制，一般多会采用电压型逆变电路作为研究对象，其主电路拓扑结构及控制原理如图1所示。

图1中，光伏列阵在一定的光照和温度条件下输出直流电能，根据太阳能电池列阵的特性，通过最大功率点跟踪单元MPPT结合电压调节控制器AVR得到与电网电压同频同相位的基波有功电流Ipv。基于相关算法对采集到的电流电压信号进行运算，检测出需要补偿的无功及谐波电流，并与光伏有功分量合成统一控制的复合指令电流，经电流跟踪单元形成电流内环控制，控制逆变器的输出以获得理想的电网电流。

系统主要技术包括最大功率点跟踪、无功及谐波检测、指令电流的合成及跟踪控制。因本文研究焦点在于光伏并网及电能质量调节的柔性结合，所以对最高效率利用太阳能的MPPT不做赘述。

结论

为了综合分布式光伏并网和电能质量调节功能，实现一机多用，提高经济效益，本文基于FBD法提出了改进，省去锁相环等模拟电路，减少了硬件成本，提高了精准度；以电流均值理论代替低通滤波器，增强了动态响应能力；采用滞环电流法构成电流内环控制，对光伏并网和无功及谐波指令电流进行了快速准确的跟踪；与常用的瞬时无功功率法相比，减少了计算量，降低了软件开销；最后通过Simulink仿真，验证了本文统一控制方案的可行性及有效性。