光伏系统电压穿越控制策略研究

doi:10.11985/2023.02.024

光伏系统电压穿越控制策略研究

王小立^,¹, 张汉花^,¹, 薛飞^,¹, 徐恒山^,²

1.国网宁夏电力有限公司电力科学研究院银川 750001

2.三峡大学电气与新能源学院宜昌 443002

Research on Control Strategy of Photovoltaic System for Voltage Ride Through

WANG Xiaoli^,¹, ZHANG Hanhua^,¹, XUE Fei^,¹, XU Hengshan^,²

1. State Grid Ningxia Electric Power Research Institute, Yinchuan 750001

2. College of Electrical Engineering & New Energy, China Three Gorges University, Yichang 443002

收稿日期: 2021-12-31 修回日期: 2022-04-20

Received: 2021-12-31 Revised: 2022-04-20

作者简介 About authors

王小立，男，1980年生，硕士，高级工程师。主要研究方向为新能源并网技术、电力电子变压器。E-mail：psitstg@163.com

张汉花，女，1991年生，硕士，工程师。主要研究方向为电力系统安全稳定分析、电磁场数值计算。E-mail：zhanghh2014@qq.com

薛飞，男，1994年生，硕士，工程师。主要研究方向为新能源并网技术、电力电子变压器。E-mail：tjuxf1010@126.com

徐恒山，男，1989年生，博士，讲师。主要研究方向为新能源发电与并网、电力电子技术及应用等。E-mail：810228706@qq.com

摘要

针对两级光伏系统在电网电压穿越时难以对直流系统电压进行快速稳定调控的问题，提出一种功率-电压混合控制策略。并网电压较为稳定时，并网逆变器进行直流电压调控，升压电路工作在最大功率跟踪(Maximum power point tracking，MPPT)模式；并网电压穿越时，逆变器保持对直流电压的调控能力，升压电路由MPPT控制切换到电压控制，实现对直流电压的快速、稳定调控，降低直流电压波动量，提高直流系统的电压稳定性。为了证实提出的功率-电压混合控制策略在电压穿越时对直流系统的稳定调控能力，基于RT-LAB半实物测试平台，进行了并网光伏系统电压穿越时的动态试验。试验结果表明，相比于传统控制策略，在电压穿越时，改进的功率-电压混合控制策略能够将直流系统的电压波动量从78 V减小到7.7 V，将电压波动率从19.5%降低到1.9%，提高了直流系统的电压稳定性。

关键词： 光伏系统; 最大功率跟踪; 混合控制; 电压波动; 直流母线电压

Abstract

Aiming at the problem that it is hard to fast and rapidly regulate DC system’s voltage during grid voltage ride through in two-stage photovoltaic system, a power-voltage hybrid control strategy is proposed. When grid-connected voltage is relatively stable, inverter participates in DC voltage regulation, and boost converter works in maximum power point tracking(MPPT) mode. When grid voltage ride through happens, inverter maintains ability to control DC voltage, while boost converter switches from MPPT mode to voltage control to realize stable DC voltage regulation rapidly, with reduced fluctuation and improved DC system stability. To verify stable regulation ability of proposed power-voltage hybrid control strategy during grid voltage ride through, a dynamic experiment of grid-connected photovoltaic system under grid voltage ride through is carried out based on RT-LAB hardware-in-the-loop test platform. The results show that compared with traditional control strategy, the improved power-voltage hybrid control strategy can decrease DC voltage fluctuation from 78 V to 7.7 V, and reduce voltage fluctuation rate from 19.5% to 1.9%, which improves voltage stability of DC system.

Keywords： Photovoltaic system; maximum power point tracking; hybrid control strategy; voltage fluctuation; DC bus voltage

PDF (609KB) 元数据多维度评价相关文章导出 EndNote| Ris| Bibtex 收藏本文

本文引用格式

王小立, 张汉花, 薛飞, 徐恒山. 光伏系统电压穿越控制策略研究[J]. 电气工程学报, 2023, 18(2): 236-244 doi:10.11985/2023.02.024

WANG Xiaoli, ZHANG Hanhua, XUE Fei, XU Hengshan. Research on Control Strategy of Photovoltaic System for Voltage Ride Through[J]. Chinese Journal of Electrical Engineering, 2023, 18(2): 236-244 doi:10.11985/2023.02.024

1 引言

当电网发生电压穿越或光照量突变时，光伏系统直流电压会随之发生较大波动，不仅损害直流电容的寿命^[1-2]，也会影响并网光伏系统的输出特性，进而导致并网电压和频率发生偏移，危害电网的稳定运行。因此，当电网发生电压穿越时，维持光伏系统的电压稳定性尤为重要^[3⇓-5]。

针对光伏系统的电压稳定控制，国内外学者展开了大量研究。文献[6 ⇓⇓-9]将电压反馈引入逆变器控制中，实现了光伏直流系统电压的稳定控制，但在电压穿越时，电网电压波动会被传递到直流母线上，导致直流电压发生振荡；文献[10]提出了改进占空比调制法，有利于两级光伏系统的母线电压稳定运行，但计算量较大，对控制器的采样精度和计算速度要求更高；文献[11]将附加功率环路引入逆变器控制中，提高了功率波动下电压的调控能力，但未探讨电压穿越时逆变器对直流电压的调控能力；文献[12]将比例-谐振(PR)控制与LC型滤波结合，形成软-硬件双回调控策略，提高了光伏系统的鲁棒性，但PR控制对非设定频率的故障或扰动响应特性较差，而电压穿越可能使并网点频率发生变化，导致上述策略失效；文献[13]提出了一种改进的电流反馈和电压前馈控制策略，能有效对交流小扰动进行稳定调控，但在面对电压穿越等大扰动故障时，该方法依然无法保证直流系统的稳定运行。综上所述，现有研究大多从逆变器角度对并网光伏直流系统进行稳定控制，鲜有关注前级升压电路对直流系统电压稳定控制的潜在价值。

基于上述研究现状，本文提出一种改进的功率-电压混合控制策略。当系统发生小扰动时，利用逆变器对直流系统电压进行稳定控制；当系统发生电压穿越等大扰动时，将升压电路切换到电压控制模式，利用双侧(光伏侧和网侧)变流器对直流系统的电压进行快速稳定调控。

2 并网光伏结构

两级光伏系统的典型结构如图1所示，光伏阵列PV发出的电能经升压电路得到稳定直流电压u_b，C_b为母线电容。并网逆变器将u_b变换为高频方波电压，经滤波器形成交流电压并与电网并联运行。

图1

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图1 典型两级并网光伏系统的结构图

图2为光伏系统的典型电路图，i_pv为PV的输出电流，u_pv为PV的端口电压，C_pv为稳压电容，L为Boost电路(升压电路)电感，i_L为流过L的电流，Q₁~Q₅为开关器件，g₁~g₅为Q₁~Q₅的控制信号，D₁为二极管，L_g和C_g为滤波电感和电容，i_g和u_g为并网电流和电网电压。

图2

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图2 两级并网光伏系统的典型电路图

图3为光伏阵列的等效电路，其中，光生电流i_ph与光照强度J近似呈线性关系。等效串联电阻R_s和并联电阻R_sh与光伏阵列的材料和工艺有关，D_ph和i_D分别表示PN结及其电流，i_sh为R_sh的电流。

图3

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图3 光伏阵列的等效模型

光伏输出功率p_pv=i_pvu_pv可表示为

(1)

p_{pv} = (R_{s} - R_{sh}) i_{pv}^{2} + (q I_{sat} + i_{ph}) R_{sh} i_{pv} + \frac{L a m b e r t W (O)}{a k q T R_{s}}

(2)

\begin{matrix} O = \frac{e R_{s} R_{sh} I_{sat} i_{pv}}{a \cdot k \cdot T} \cdot \\ \exp [\frac{q R_{s} i_{pv} (R_{sh} I_{sat} + R_{sh} i_{ph} + R_{s} i_{pv} - R_{sh} i_{pv})}{a \cdot k \cdot T}] \end{matrix}

式中，LambertW()表示朗伯W函数；I_sat、a、k、q和T分别为反向饱和电流、品质系数、波兹曼常数、电荷量和温度。p_pv与u_pv存在如图4所示的非线性关系，以型号为APM36P40W67x58多晶硅为例，当u_pv=U_p=23 V时，U_p为光伏输出峰值功率P_p时的电压。因此，为了高效率利用光伏功率，需要将u_pv调节为U_p。

图4

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图4 光伏单元功率-电压的关系曲线

3 控制策略

3.1 传统控制策略

图5展示了光伏系统的传统控制策略^[14-15]，升压电路的采样信号包括u_pv(k)和i_pv(k)，k为采样序列，其控制器仅能工作于最大功率跟踪(Maximum power point tracking，MPPT)模式，通过u_pv(k)和i_pv(k)的采样结果，计算升压电路的控制信号，驱动光伏工作在最大功率点，该方式下升压电路不能对u_b进行控制。逆变器的采样信号包括u_g、i_g和u_b，根据i_g和u_g计算开关器件的控制信号，通过调节i_g的大小对输出功率进行调控，进而实现对u_b的控制^[16]。

图5

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图5 传统MPPT算法的原理

图5所示的这种控制方式只能通过逆变器调节C_b的放电功率实现对u_b的调控，在电压穿越时，将导致升压电路的充电功率在短时间内高于逆变器的输出功率，使u_b急速上升。

图6给出了u_b的控制环路^[17-18]，U_b,ref为u_b的参考信号，i_ref为i_g的参考信号，θ为u_g的相位角，PLL为锁相环。电压控制器1和电流控制器均采用PI控制器，电压控制器1的比例和积分参数记为k_v1,p和k_v1,i，电流控制器的比例和积分参数记为k_c,p和k_c,i。

图6

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图6 传统策略下u_b的控制环路

电压控制器1的传递函数G_v1(s)为^[19]

(3)

G_{v1} (s) = k_{v1, p} + \frac{k_{v1,i}}{s}

u_b和i_ref的关系可表示为

(4)

i_{ref} = (U_{b, ref} - u_{b}) (k_{v1, p} + \frac{k_{v1,i}}{s}) \sin θ

i_ref与u_g的关系为

(5)

i_{ref} = \frac{p_{g}}{u_{g}}

式中，p_g为瞬时并网功率。结合式(4)、式(5)可知u_b与u_g的关系为

(6)

u_{b} = U_{b,ref} - \frac{p_{g}}{u_{g} \sin θ} \frac{s}{k_{v1,p} s + k_{v1,i}}

由于p_g=i_gu_g，式(6)可改写为

(7)

u_{b} = U_{b,ref} - \frac{i_{g}}{\sin θ} \frac{s}{k_{v1,p} s + k_{v1,i}}

当u_g发生突变时，i_g也随之变化，进而导致u_b发生波动。仿真参数设置如下：U_b,ref=400 V、u_g的有效值U_g=220 V、u_g的频率f_g=50 Hz、光伏系统开关频率f_s=20 kHz、C_b=2 000 μF、L=60 mH，在图5所示的控制策略下，当u_g发生穿越时，如图7a所示，并网控制器来不及调控u_g，导致u_b随之发生剧烈扰动，在C_b上形成如图7b所示的电压冲击，对光伏系统的稳定运行造成危害。当t=1.0 s时，u_g从220 V(峰值311 V)穿越到286 V(峰值404 V)，由于网侧逆变器的控制器不能在短时间内对u_b进行快速调控，导致u_b从400 V突升到445 V，且出现振荡。在t=1.2 s时，u_g从286 V恢复到220 V，因为逆变器的控制器不能对u_b进行快速调控，导致u_b突降到354 V。

图7

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图7 传统控制策略下电网电压穿越时直流电压的波形

3.2 改进的电压-功率混合控制策略

为了应对电压穿越时u_b随之剧烈波动的问题，本文提出了一种电压-功率混合控制策略。当u_g不发生波动时，升压电路采用MPPT控制，逆变器参与直流电压控制。当u_g发生穿越时，升压电路由MPPT控制切换到电压控制，协同逆变器对u_b进行快速、稳定调控。

图8展示了电压-功率混合控制策略的原理，S_m为MPPT控制与电压协同控制的模式切换信号。

图8

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图8 提出的电压-功率切换控制策略的原理图

u_g信号判断模块检测出u_g未发生波动的情况下，升压电路进入MPPT控制，S_m信号切换到①位置，u_b的稳定调控仅依靠逆变器实现。当u_g信号判断模块检测出u_g发生大扰动且波动量超过阈值时，S_m信号切换到②位置，升压电路协同后级逆变器对u_b进行快速稳定调控。当扰动消失后，升压电路重新切换到MPPT控制。u_g信号判断模块的理论阈值为Δu_g,lim，可表示为

(8)

Δ u_{g, \lim} = h_{Δ, u} \max |u_{g} (k) - u_{g} (k - 1)|

式中，k为采样序列，u_g(k)和u_g(k-1)分别表示u_g在第k和k-1个采样周期内的采样值，h_Δ,u为功率-电压切换的动作系数。h_Δ,u取较小值时，控制系统对电网电压波动感应较为灵敏；反之，则较为迟缓。u_g(k)可表示为

(9)

u_{g} (k) = \sqrt{2} U_{g} \sin (2 π f_{g} t_{s} k)

式中，t_s为采样周期，t_s=1/f_s，采样频率等于开关频率，均为f_s。当U_ac=220 V、f_g=50 Hz、h_Δ,u=1时，图9给出了当f_s=10 kHz、20 kHz和30 kHz时，Δu_g,lim与时间t的关系曲线。f_s越大，t_s越小，Δu_g,lim的峰值越小。

图9

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图9 当U_ac=220 V，f_g=50 Hz时Δu_g,lim与t的关系曲线

当f_s=10 kHz时，Δu_g,lim的峰值约为9.76 V；当f_s=20 kHz时，Δu_g,lim的峰值约为4.89 V；当f_s=30 kHz时，Δu_g,lim的峰值约为3.26 V。f_s越高，光伏系统的开关周期越小，相邻开关周期的时间越短，而Δu_g,lim通过u_g在相邻开关周期的实时值计算得到，因此，f_s越高，由式(8)计算得到的Δu_g,lim越小。

为了保证控制系统对u_g的可靠响应，阈值设计应留有一定余量，可将Δu_g,lim的峰值ΔU_g,lim,pk设计为动作阈值。

传统控制方式中，过压保护(Over voltage protection，OVP)可防止C_b因过压而被击穿，但OVP的动作会关闭两侧继电器，出现功率断续。为了避免此问题，改进的功率-电压混合控制策略在对u_b进行调控的同时，还可保证功率连续输出，设定u_b的过压保护值为U_b,ov，当u_b超过U_b,ov时，升压电路切换到电压控制模式；反之，升压电路进入MPPT模式。通过上述逻辑可进一步对u_b进行稳定控制，同时保证光伏功率的连续输出。

图10给出了混合控制策略的流程图，包含5个执行步骤。

图10

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图10 功率-电压混合控制策略的流程图

第一步：对光伏进行采样，采样信号包括u_pv、i_pv、u_b、u_g和i_g。

第二步：根据响应灵敏度需求设计h_Δ,u，h_Δ,u应大于1，为了提高响应灵敏度，可将h_Δ,u设计为较小值，本文将h_Δ,u设置为1.5。

第三步：根据式(8)、式(9)计算u_g信号判断模块的动作阈值，并将理论阈值Δu_g,lim的峰值ΔU_g,lim,pk设计为实际阈值。

第四步：在第三步中，如果|u_g(k)-u_g(k-1)|< ΔU_g,lim,pk，进一步判断u_b是否处于过压状态，即判断u_b(k)≥U_b,ov是否满足要求，如果满足要求，升压电路进入电压控制；反之，升压电路进入MPPT控制。

第五步：将执行流程跳转到第一步，执行上述循环。

图11给出了电压-功率切换控制策略下u_b的控制环路，电压控制器2的比例和积分参数分别记为k_v2,p和k_v2,i。

图11

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图11 电压-功率切换控制策略下u_b的控制环路

S₁为升压电路的调制信号。电压控制器2的传递函数G_v2(s)可表示为

(10)

G_{v2} (s) = k_{v2, p} + \frac{k_{v2,i}}{s}

此时，S₁与u_b的关系为

(11)

S_{1} = G_{v2} u_{b} = (k_{v2, p} + \frac{k_{v2,i}}{s}) u_{b}

从式(11)可知

(12)

u_{b} = S_{1} \frac{s}{k_{v2, p} s + k_{v2,i}}

将光伏侧和网侧的控制综合考虑，结合式(6)和式(12)，可得u_b为

(13)

u_{b} = U_{b,ref} - \frac{i_{g}}{\sin θ} \frac{s}{k_{v1,p} s + k_{v1,i}} + \frac{S_{1} s}{k_{v2, p} s + k_{v2,i}}

从式(13)可以看出，通过调控信号S₁，可抵消由i_g的波动引起u_b的波动。图12展示了改进控制策略下光伏系统的仿真结果，为了增加对比性，仿真参数设置与图7一致。当t=1.0 s时，PV的光照强度为1，处于图4所示的高功率区域，u_g从220 V突升到286 V，u_b的波动量低于2 V，相比于传统控制策略下(图6)的结果，图12的波动量得到大幅减小。当t=1.2 s时，u_g从286 V恢复到220 V，u_b的波动量依然被控制在2 V以内。

图12

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图12 高功率区改进控制策略下电网电压突变时直流母线电压的波形

表1对比了两种控制策略的仿真结果，传统控制策略下，u_b波动范围为354~445 V，u_b的最小值u_b,min和最大值u_b,max分别为354 V和445 V，波动量Δu_b和波动率δ分别为91 V和22.8%；在改进的功率-电压混合控制策略下，u_b的波动范围为389~409 V，u_b,min和u_b,max分别为389 V和409 V，Δu_b和δ分别为20 V和5%。结果表明，相比于传统控制策略，改进的功率-电压混合控制策略在u_b的稳定性控制上具有更好的特性。

表1 传统策略与功率-电压混合控制策略的仿真对比

对比项目	传统控制策略	功率-电压切换控制策略
u_b,min/V	354	389
u_b,max/V	445	409
Δu_b/V	91	20
δ(%)	22.8	5

试验条件：1. t=1 s时，u_g从220 V突然上升到286 V；2. t=1.2 s时，u_g从286 V突然下降到220 V；3. u_b的参考值U_b,ref=400 V

新窗口打开| 下载CSV

图13展示了当光照强度为0.1，即PV工作于低功率区域时的仿真波形，由于光伏系统功率较小，因此，u_b的纹波很小(小于2 V)，t=1.0 s时，u_g突升，导致u_b突升，但u_b的最大值仅为409 V；t=1.2 s，u_g突降，导致u_b突降，但u_b的最低值约为385 V。因此，在u_g突升和突降的过程中，u_b的波动量约为24 V，波动量约为6%，结合图12可知改进控制策略在高功率区对u_b的稳定控制效果优于低功率区。

图13

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图13 低功率区改进控制策略下电网电压突变时直流母线电压的波形

4 试验验证

为了验证改进控制策略在电压穿越下对u_b的稳定调控作用，基于图14所示的RT-LAB半实物测试平台进行了并网光伏系统的动态试验，控制器芯片型号为TI DSP 28335。

图14

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图14 RT-LAB半实物测试平台

表2给出了测试模型的参数设置情况，光伏型号为APM36P40W67x58，短路电流I_sc、开路电压U_oc、峰值电压U_p、峰值电流I_p和峰值功率P_p分别为2.91 A、21.5 V、17.5 V、2.29 A和40 W。光伏阵列的单元并联数N_para和串联数N_ser分别为50和3，f_s=20 kHz，U_b,ref=400 V，U_g=220 V，h_Δ,u=1.5。

表2 测试模型的参数

参数	数值与型号
光伏板型号	APM36P40W67x58
光伏板短路电流I_sc/A	2.91
光伏板开路电压U_oc/V	21.5
光伏板峰值电压U_p/V	17.5
光伏板峰值功率P_p/W	40
光伏板峰值电流I_p/A	2.29
光伏板并联数N_para	50
光伏板串联数N_ser	3
系统开关频率f_s/kHz	20
u_b的参考值U_b,ref/V	400
并网电压U_g/V	220
功率-电压切换的动作系数h_Δ,u	1.5

新窗口打开| 下载CSV

为了便于分析，在测试时仅通过示波器调取u_b的交流分量u_b,ac。图15展示了传统控制策略下当u_g发生高电压穿越时u_b和u_g的测试波形，t=0.2 s时，u_g的峰值由311 V突升到404 V，u_b,ac由0 V上升到32 V。t=0.4 s时，u_g的峰值由404 V恢复到311 V，u_b,ac从0 V降低到-46 V，因此，u_b的波动量Δu_b≈8 V，波动率δ 约为19.5%。δ 较大主要是因为传统控制策略仅依靠电压控制器1对u_b进行调控，当u_g突然变动时，电压控制器1来不及对u_b进行快速调控，导致u_b发生较大波动。由于并网电流i_g无法在电压穿越下得到快速调控，导致U_b,ac,max和U_b,ac,min均远离其参考值U_b,ref，发生较大波动。

图15

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图15 传统控制策略下的动态测试波形

图16展示了改进功率-电压切换控制策略下当电网电压穿越时u_g和u_b的测试波形。t=0.2 s时，u_g的峰值由311 V突升到404 V，u_b,ac由0 V上升到4 V；t=0.4 s时，u_g的峰值由404 V恢复到311 V，u_b,ac从0 V降低到-3.7 V，因此，u_b的波动量Δu_b≈7.7 V，波动率δ约为1.9%。综合图15和图16的测试结果可知，在相同的试验条件下，相比于传统控制策略，改进的功率-电压切换控制策略能够有效地降低u_b的电压波动率。由于所提控制方法能够及时对前级功率进行调控，i_g只需要在较小范围内保持稳定即可保证u_b的稳定性，降低了并网逆变器的控制难度。

图16

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图16 采用功率-电压切换控制策略时u_g的测量波形

将C_b由1 mF提高到10 mF时，图17展示了当C_b=10 mF时传统控制策略下的实测波形。t=0.2 s时，u_g的峰值由311 V突升到404 V，u_b,ac由0 V上升到15 V；t=0.4 s时，u_g的峰值由404 V恢复到311 V，u_b,ac从0 V降低到-14 V，因此，u_b的波动量Δu_b≈29 V，波动率约为7.25%。即使增加电容容值C_b，在传统控制策略下，i_g的变化也较大，进而导致母线电压随之波动。u_g突升时，由于前级电路不能降功率控制，而i_g需要的调控量不能及时得到保证，导致U_b,ac,max增大；u_g突降时，前级电路功率保持恒定，i_g需要的调控量依然无法快速得到满足，导致U_b,ac,min较低。

图17

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图17 传统控制策略下C_b=10 mF时u_b和u_g的测量波形

结合图15和图17的测试结果可知：增大C_b值有利于降低传统控制策略下u_b的波动率，因而，Δu_b由图15中的88 V减小到了图17中的29 V，δ也由图15中的19.5%减小到了图17中的7.25%。

在改进的电压-功率混合控制策略下，当C_b=10 mF时，测试结果如图18所示，无论是在t=0.2 s时，u_g的峰值由311 V突升到404 V，还是在t=0.4 s时，u_g的峰值由404 V恢复到311 V，u_b的波动量均可被忽略。由于前级电路对功率的控制，加上并网逆变器对并网电流的调控，以及大电容对直流电压的稳定作用，当u_g发生突升或突降时，u_b基本无变化，具有良好的稳定性。

图18

新窗口打开| 下载原图ZIP| 生成PPT

图18 电压-功率混合控制策略下当C_b=10 mF时u_b和u_g的测量波形

结合图17和图18的测试结果，可以进一步得出如下结论：相比于传统控制策略，在母线电容值相等的情况下，改进的功率-电压混合控制策略在电压穿越时能够提高直流母线电压的稳定运行能力。

表3展示了两种控制策略下当C_b=10 mF时的对比结果，试验条件设置如下：t=0.2 s时，u_g发生高电压穿越，t=0.4 s时，u_g发生低电压穿越。当u_g发生穿越时，传统控制策略下u_b的交流分量u_b,ac上升到32 V，改进控制策略下u_b,ac上升到4 V；当u_g发生电压突降时，传统控制策略下u_b,ac跌落到-46 V，改进控制策略下u_b,ac跌落到-3.7 V。在高电压穿越和电压突降过程中，传统控制策略下u_b的波动量Δu_b为78 V，电压波动率δ为19.5%，改进的混合控制策略可将Δu_b减小到7.7 V以内，将电压波动率δ减小到1.9%以内。对比结果表明，改进的功率-电压混合控制策略能够提高电网电压穿越时直流系统的稳定性。

表3 两种制策略的实测结果对比情况

对比项目	传统控制策略	功率-电压切换控制策略
u_b,ac,min/V	-46	-3.7
u_b,ac,max/V	32	4
Δu_b/V	78	7.7
δ(%)	19.5	1.9

注：对比条件：① t=0.2 s时，u_g(峰值)从311 V突然上升到404 V；② t=0.4 s时，u_g(峰值)从404 V突然下降到311 V；③ u_b的参考值U_b,ref=400 V。

新窗口打开| 下载CSV

5 结论

针对电压穿越或突变时并网光伏的直流系统电压难以维持稳定运行的问题，提出了改进的功率-电压混合控制策略，仿真和试验结果表明：相比于传统控制策略，改进的功率-电压混合控制策略能够在电压穿越和电压突变时将直流电压波动量从78 V减小到7.7 V、将直流电压波动率从19.5%降低到1.9%。在改进控制策略下，并网光伏系统的直流电压对电压穿越和电压突变故障具有良好的免疫作用，能够为直流系统的稳定运行提供保障。

参考文献

原文顺序

文献年度倒序

文中引用次数倒序

被引期刊影响因子

[1]

曹斌, 刘文焯, 原帅, 等.

基于低电压穿越试验的光伏发电系统建模研究

[J]. 电力系统保护与控制, 2020, 48(18):146-155.