三峡新能源清水发电有限公司 甘肃天水 741400
摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，光伏发电也有了很大进展，并在配电网中的比率也会不断增加，本文分析了分布式光伏发电集成点的电压特点。光伏电源发电后，配电网的电压分布特性、输入点和配电网电压分布，指出了光伏电源发电涉及压力控制的支持功能。电压问题进一步分为光伏问题：功率输出波动缓慢、外部负载扰动大等问题。建议光伏电源参与、结合当地控制和全球控制的电压调节策略，利用全局静态信息、局部动态信息，对每个周期的采样计算时间实现无功功率输出和配电网的实时管理。通过电力模拟证明，提高配电网电压质量的电压管理策略的稳定作用。
关键词：光伏发电；主动参与；频率调节；控制
引言
光伏电站以电力电子逆变器作为光伏发电系统与大电网的接口装置，电力电子装置具有快速性、灵敏性的特点，但却缺乏传统旋转电机的惯量特性和阻尼特性，而惯量特性和阻尼特性对于同步机抑制频率波动、优化动静态响应具有重要意义。当光伏发电装机容量达到一定比例时，必然威胁电网系统的安全稳定运。随着光伏发电渗透率不断提高，系统的转动惯量逐渐减少，电网调节能力严重下降，因此迫切需要光伏发电主动参与电网频率调节。目前，国内外学者围绕光伏发电的减载控制、直流侧配置储能电池等已展开研究。
1光伏发电参及电网频率调节控制的现状
随着大型光伏电站与电网连接，光伏电源在电网系统中的比率不断增大，因为太阳能的波动性与不稳定性，并网光伏发电对系统频率的稳定性具有更严重的影响。考虑到电网系统频率的稳定性，由各个国家或地区制定的光伏发电系统的电网互连指南要求，光伏发电的有功功率和频率控制光伏需要具有一定的有功功率储备能力，因此，需要参与进行一次调频和电力系统的改进，降低光伏发电波动对电网的稳定性的影响频率。国内外光伏有功功率和频率控制的研究有许多种，大致方向可以分为以下三种：第一种是光伏电池有功功率输出的对照研究，第二种是光伏电站的内部有功功率研究，第三是光伏电源和储能或其他能量补充的有功功率和频率控制的研究。当前，对于光伏发电参及电网频率调节控制的研究，最主要的是进行最大功率的追踪控制，常用的方法包括恒压法，扰动观测法等其他方法，也具有较大的弊端。光，只有通过这些特别的控制手段，才能达到预期所需的配电网电压及保证电伏电源发电具有很大的不确定性，因为其主要依靠太阳来发电，所以会在极大程度上受到天气因素的影响，在阴天和其他情况下会发生波动，从而使配电网的电压也发生波动，所以就需要采用一些特别的控制手段来达到这个目的。例如：添加调节配电网的装置，对分布式光伏电源进行无功补偿等手段压质量。目前，主要研究光伏电源高占比率下的配电网电压、配电网调节设备及光伏发电功率补偿的协调控制及本地电压控制等。但这些方法都受到本地信息的限制，很难协调光伏电源在化学过程中的控制效果。根据改变响应频率减载率来调整功率输出参数，变减载控制通过拟合光伏电池的输出数据，得到减载率和功率在电压中的变化，然后通过改进的爬山法实现电压控制，进而实现系统的有功和频率控制。对光伏电源的模型进行了改进，可以从反面知道光照和输出电压的关联。建立了光伏并网系统的模型。通过仿真验证了光伏发电系统降负荷控制的准确性。验证了调频控制策略的可行性。最后，电网存在光伏的情况下，与光伏调频系统相连，验证了有效性。
2光伏阵列工程应用模型
单个光伏电池产生的功率很小，往往会将电池经过合理串并联形成能够输出较大功率的光伏阵列。由于光伏组件输出功率与端电压之间的关系为典型的非线性特征，在实践中往往采用给出关键点参数的形式对光伏组件输出特性进行描述。设一个光伏阵列光伏电池串并联个数为NP、NS，当NP、NS确定后，会得到光伏阵列UPV/IPV的特性方程以及输出功率PPV和光伏组件的标称短路电流、光伏组件的标称开路电压有关。由光伏阵列输出特性可知，光伏阵列输出电压和功率曲线是一个先增后减的函数。
在一定的工作环境下，电池具有唯一的最大功率点，因此为了使电池输出功率最大，应实时调节电池的工作点，一般跟踪光伏阵列最大输出功率的过程称为MPPT（MaximumPowerPointTracking）。一般采用自寻优类MPPT方法进行最大功率跟踪，通过程序对工作点进行搜索以找到某一环境下的最大功率点。光伏发电系统基本工作方式为多片光伏面板串联形成一个光伏组串，再由多个组串并联接入一台大功率逆变器进行电能变换，最后经变压器进行升压与隔离，将电能送入电网。
3光伏发电系统参与电网频率调节
3.1有功功率-频率下降控制
若是想要在很大的程度上降低光伏发电接入对整个电力系统频率特性的影响，就要参见同步发电机组有功功率-频率静态特殊性，根据一定的有功功率储备，依靠对升压变换器的控制结构进行修改，建立有功功率-频率下降专用的图线，实现光伏发电在电网频率中主动参与的调节。
3.2二次频率调节控制策略
电网侧AGC通过调整选定机组的输出功率，使电网频率恢复到指定的正常值以及保证控制区域间的功率交换为给定值，也称之为负荷-频率控制（LFC）。通常情况下，AGC系统通过在调速器的负荷设定值上增加复归或积分控制，将频率恢复到给定值。
3.3通过多个光伏电源来对电网频率进行控制
配电网应尽量减少光伏电源的无功输出之和，确保电压恢复到设定值，这样就能够对电网进行优化。但是根据相应的推导公式可以求解不同的输电线路节点电压，反映Q变化的程度，其在公式中表示为圆切线。因此配电网也应根据不同的节点电压对功率变化的敏感度实现了无功功率支持项的分配，从而优化分销网络。从以上分析可以看出，太阳能光伏分布电源与合并点后的网络节点和合并点前的网络具有线性关系，网络节点的电压效应是非线性的。
3.4光伏发电系统有功备用
由于光伏阵列不能吸收能量，因此在高于基准频率的调频事件中只能通过降低发电量来调节电网频率，其调频效果要弱于直流侧配置储能电池系统，因此该方法主要应对低于基准频率的调频事件。光伏发电系统工作在MPPT模式时，没有功率调节能力，所以需要根据备用容量来确定光伏阵列工作电压，使其有调频能力。在电压区间[0，Uoc]内，只有唯一的最大功率点，需要有备用容量时输出功率低于最大功率点，会出现两个功率相同的运行点A和B，并且对应于不同的输出电压。以最大功率点为界，在左半平面dP/dU＞0，在右半平面dP/dU＜0。在左半平面功率和电压关系为正反馈，右半平面功率和电压关系为负反馈。对于同步发电机组的转子运动特性而言，正反馈意味着不稳定，负反馈意味着稳定。为保证系统稳定运行，有功备用运行状态下需保证运行电压大于最大功率点电压，即在右平面。
结语
总而言之，对光伏发电主动参与电网频率调节控制策略，可以通过对升压变换器的控制结构进行改变来对电网频率进行改变，也可以利用对虚拟惯量进行改变来调节电网频率，最后是要让每一数据都经过仿真，对每一个策略进行论证，使其能够调节电网频率。
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