- 頭條一種提高光伏發電系統故障穿越能力的混合型控制策略2021-06-02 作者：葉韜 鄭峰 楊威 | 來源：《電氣技術》 | 點擊率：導語基于不同故障工況下光伏發電系統的輸出暫態特性，福州大學電氣工程自動化學院、武漢大學電氣與自動化學院的研究人員葉韜、鄭峰、楊威，在2020年第4期《電氣技術》雜志上撰文，提出一種混合型控制策略增強其暫態性能及其故障穿越能力。 該策略依據故障工況下光伏發電系統并網電壓跌落程度，采用Non-MPPT算法調節光伏陣列輸出功率，解決光伏發電系統并網逆變器直流過壓、交流過流問題；利用磁通耦合限流器抑制光伏發電系統故障沖擊電流，并與光伏發電系統輸出無功電流相配合，進一步抬高光伏發電系統并網電壓。在不對稱故障情況下，該控制策略還能降低光伏發電系統并網電壓不平衡率，減少其并網逆變器直流側電壓所含二倍頻諧波分量，整體提高光伏發電系統故障穿越能力。
能源危機與環境問題加快了全球能源結構調整，使可再生能源得到飛速發展。太陽能作為一種清潔、高效的可再生能源，在世界范圍內得到了廣泛關注。然而隨著高滲透率光伏發電系統并入主網，若在主網故障期間光伏發電系統采用被動式自我保護而與系統解列，則會增加電力系統的故障恢復難度，甚至會加劇電力系統故障，最終導致電力系統崩潰。因此，光伏發電系統必須采取有效的故障穿越（fault ride-through, FRT）控制措施，保障電力系統安全穩定運行。
如何抑制光伏并網逆變器直流側過壓、交流側過流是光伏電站實現FRT的關鍵問題所在。而目前針對分布式電源（distributed generation, DG）故障穿越問題，主要采用軟、硬件兩種模式。其中，硬件模式主要包括撬棒電路（chopper circuit）、STATCOM、動態電壓調節器（dynamic voltage regulator, DVR）以及超導故障限流器（superconducting fault current limiter, SFCL）等。
撬棒電路通過吸收故障期間并網逆變器直流側過剩功率，進而抑制直流側過壓，但并網逆變器過流問題并未被充分計及，且電阻型設備投入增加系統功率損耗。STATCOM與DVR均通過抬高逆變器并網點電壓，削弱過壓、過流對系統的影響，但其結構復雜、投入成本較高，且由于其自身容量問題，電壓提升效果有限。
SFCL在故障期間呈現高阻抗特性，抬高并網點電壓，抑制故障電流，緩解直流過壓問題，但其需失超觸發條件，且存在有功損耗。軟件模式主要通過采用合適控制策略，抑制并網逆變器過壓、過流，并向系統提供無功支撐電網電壓。
- 有學者通過對比例積分（proportional integral, PI）控制器限幅，避免故障電流對并網逆變器的損壞，但該策略未考慮逆變器直流側過壓問題。
- 有學者基于模型電流預測控制方法使逆變器的輸出電流迅速地跟隨參考電流指令，并向電網提供無功支撐，整體提升系統暫態性能，但該控制策略也未計及逆變器直流側過壓問題。
- 有學者提出一種Non-MPPT控制算法，該算法以逆變器輸出電流為約束條件，在系統故障期間，通過調節光伏陣列輸出功率，并向系統提供無功支撐電網電壓，較好解決并網逆變器過壓、過流問題，但該算法卻忽略光伏發電系統動態恢復性能，且其輸出有功的減少將會弱化主系統的暫態性能。
因此，研究設計一種既可解決光伏電源并網逆變器過壓、過流問題又能兼顧光伏發電系統暫態性能及主網運行可靠性的故障穿越控制策略就顯的十分必要。
福州大學電氣工程自動化學院、武漢大學電氣與自動化學院的研究人員，依托于兩級三相光伏發電系統，根據不同故障工況下光伏發電系統的輸出暫態特性，提出一種軟硬件相結合的混合型控制策略來提高光伏發電系統暫態性能及其故障穿越能力。
其中，軟件部分利用Non-MPPT算法調節光伏陣列輸出功率，實現對光伏發電系統并網逆變器直流過壓、交流過流的抑制。硬件部分利用磁通耦合限流器（flux-coupled current limiter, FCL）電感特性，抑制光伏發電系統在不同故障工況下的沖擊電流，并與光伏發電系統輸出無功電流相配合，進一步提高光伏發電系統并網點電壓，減少光伏陣列在Non-MPPT運行模式時輸出功率的調節量，增強光伏發電系統動態恢復性能。并且伴隨著光伏發電系統并網電壓的提升，當外部系統發生不對稱故障時，該控制策略還能降低并網點電壓的不平衡率，減少并網逆變器直流側電壓二倍頻諧波分量。
通過Matlab/Simulink仿真軟件搭建光伏發電系統模型，根據仿真結果，充分驗證所提算法正確性、有效性，為光伏發電系統工程實際應用提供相關理論研究基礎，后續將根據現有研究基礎搭建實驗平臺。
以上研究成果發表在2020年第4期《電氣技術》，論文標題為“一種提高光伏發電系統故障穿越能力的混合型控制策略研究”，作者為葉韜、鄭峰、楊威。
