可调电能质量的光伏系统双层控制策略

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1、第33卷第11期可再生能源Vol.33No.112015年11月RenewableEnergyResourcesNov.2015可调电能质量的光伏系统双层控制策略李清然，张建成（华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室，河北保定071003）摘要：分布式光伏电源渗透率上升会影响电能质量。为了充分发挥分布式光伏电源调节配电网电能质量的潜力，设计了分布式光伏发电系统双层控制策略。该控制策略包含中心控制层和本地控制层，其中，中心控制层实时检测电网和分布式电源的运行状态，决定功率调整方案；本地控制层采用了超级电容器和逆变器相互配合的新方案，并在

2、超级电容器的双环控制结构中设计了功率前馈环节，提高了响应速度。仿真表明，设计方案能够使分布式光伏电源参与电网调频、调压、调度及灵活方便地调整自身储能元件能量状态，并有效保证直流母线电压稳定。关键词：逆变器；超级电容器；双层控制；功率前馈；电能质量中图分类号：TM46文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）11-1608-06DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.11.0030引言功率，从而使分布式光伏电源可以像传统电源一近年来分布式光伏的装机容量迅速上升，分样参与电网出力调节，实现VDE-

3、AR-N4015标布式光伏电源对配电网电能质量的影响日益增准规定的各项功能要求。大。高光伏渗透率的配电网轻载时容易发生潮流目前关于配备储能装置的分布式光伏系统[1]逆流，导致配电网过电压，过云等引起的光伏出控制方法的研究成果中，储能装置和逆变器的控力剧烈波动可能导致电压骤降、闪变甚至系统稳制相互独立，利用逆变器直流电压外环稳定直流[2]，[3]定问题。面对上述光伏接入引起的电压问题，母线电压。当电网故障后逆变器输出电能与光伏传统调压方式如有载调压变压器、电容器等由于电源供给的电能失衡，直流侧电压失稳，逆变器响应速度问题将失效，分布式光伏

4、系统自身的有和储能装置均无法正常工作。本文所提光伏系统[4]，[5]功无功调节能力成为可能的解决方案。为保控制策略采用双层控制结构，包括中心控制层和证电网的安全稳定和电能质量，增强分布式电源本地控制层。中心控制层监测电网和光伏发电系对电网的友好性，德国更新了分布式发电低压并统的状态，决定相应的控制策略；本地控制层中网标准VDE-AR-N4015，明确提出了分布式电超级电容器控制直流母线电压，当电网侧故障源有功管理、无功管理、电压支撑等方面的要求。时，通过超级电容器的充放电过程控制仍然能够作为分布式发电、智能配电网的支撑技术，分保证直流电

5、压稳定。逆变器采用功率外环、电流布式储能技术在系统调压、调频、平滑分布式电源内环控制，根据中心控制层的指令，逆变器功率出力波动、增强分布式电源可调度性等方面具有外环响应于电网调度指令、并网点电压的变化或[6]广阔的应用前景。文献[7]采用储能系统平抑分配电网频率的偏移，保证光伏系统出力的可控布式电源出力波动性，平滑和优化分布式电源的性。超级电容器采用直流电压外环、电感电流内有功出力。文献[8]，[9]应用超级电容器储能系统环控制，在电流内环控制中设计了功率前馈环解决双馈风力发电机和光伏系统的低电压穿越问节，与逆变器的功率外环相互配合，使

6、得超级电题。本文应用超级电容器调节分布式光伏系统的容器和逆变器的控制直接关联，以提高系统动态收稿日期：2015-03-19。基金项目：国家自然科学基金项目（51177047）。作者简介：张建成(1965-)，男，教授，博导，研究方向为新型能量储存技术、电能质量控制技术和新能源发电控制技术。通讯作者：李清然(1989-)，女，硕士研究生，研究方向为光伏发电系统运行控制技术。E-mail：qingr_li@126.com·1608·李清然，等可调电能质量的光伏系统双层控制策略响应速度、缩短PI调节到达稳定的时间，同时实由图2可知，Buck模

7、式时，高压侧等效为现超级电容器自身能量状态的调整。直流电源，能量由直流母线流入超级电容器；1分布式光伏发电系统结构与模型Boost模式时，高压侧等效为电阻负载，能量由具有储能装置的分布式光伏发电系统典型结超级电容器流入直流母线。利用状态空间平均构如图1所示。法推导出Buck/Boost变换器的交流小信号模型，得到输出方程如下：DCBusGridrlBuck模式：DC/AC光伏MPPT阵列赞U(s）Ucdc双向DC/DC超级电容器G==2（3）ud赞LCs+RCs+1d（s）ccesc图1分布式光伏系统结构Fig.1Structureof

8、distributedPVsystemBoost模式：选择双向DC/DC变换器作为超级电容器与赞U(s）dcG==逆变器间的接口电路，双向DC/DC变换器的低压ud赞d（s）侧接入超级电容器，高压侧与并网逆