李風洲，李永富

（深能南京能源控股有限公司，江蘇 南京）

引言

低壓配電網(wǎng)電壓跳變是一種局部的、相互聯(lián)系的現(xiàn)象，單純的有功控制和無功控制在電壓調(diào)控方面所起到的作用非常有限，現(xiàn)有的控制手段在很多時候都無法適應大規(guī)模分布式光伏并網(wǎng)的運行需求[1-2]。近年來，隨著儲能技術日趨成熟、成本不斷下降，分布式儲能在提高低壓配電系統(tǒng)電壓品質(zhì)、促進新能源消納等方面受到廣泛關注。為深化分布式光儲系統(tǒng)的推廣應用，下文將對此展開研究。

1 建立分布式光伏系統(tǒng)并網(wǎng)模型

在儲能系統(tǒng)中，直流變換器（DC-DC）所發(fā)揮的作用是十分重要的，通常情況下，在使用中，將直流變換器劃分為兩種類型，其中一種為隔離式變換器，另一種為非隔離式變換器，相比前者，后者的結(jié)構(gòu)更為簡單，且更容易操作、控制，因此，在綜合考慮后，選擇非隔離式變換器作為儲能系統(tǒng)的主要構(gòu)成[3-4]。其中非隔離式變換器的拓撲結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 非隔離式變換器的拓撲結(jié)構(gòu)示意

通常情況下，非隔離式變換器的運行模式有兩種，分別為升壓模式、降壓模式，根據(jù)變換器的拓撲結(jié)構(gòu)，在Simulink 中，輔助計算機，進行光儲系統(tǒng)變換器模型中元件參數(shù)的設置，如表1 所示。

表1 光儲系統(tǒng)變換器模型中元件參數(shù)設置

在此過程中，應明確光儲系統(tǒng)變換器模型中直流變換器雙向控制的目的是維持負載一側(cè)，直流電壓的輸出穩(wěn)定，因此，可以將控制環(huán)的外環(huán)稱之為電壓環(huán)，為實現(xiàn)對電感電流的有效控制，并確保電感電流在有效、合理范圍內(nèi)波動，將電感電流控制環(huán)稱之為內(nèi)環(huán)，通過對內(nèi)環(huán)、外環(huán)的結(jié)合控制，實現(xiàn)直流變換器的雙向控制，控制邏輯如圖2 所示。

圖2 直流變換器的雙向控制邏輯

將圖1 與圖2 所示的內(nèi)容進行結(jié)合，將其在Simulink 中進行模型的構(gòu)建，即可生成分布式光伏系統(tǒng)并網(wǎng)模型[5]。

2 電壓協(xié)調(diào)控制策略

2.1 基于光伏逆變器剩余容量的電壓控制策略

在低壓配電網(wǎng)中分布式光儲系統(tǒng)的光伏逆變器有功功率輸出可以起到電壓提升的作用。另外，光伏逆變器輸出的無功既可以像無功補償裝置那樣提升電壓，又可以像負荷那樣從電網(wǎng)中吸收無功，進而降低電壓。所以，對于電壓越限，即電壓不在規(guī)定的允許范圍內(nèi)，要綜合考慮降低調(diào)壓成本的因素，優(yōu)先利用光伏逆變器自身的可用剩余容量，調(diào)節(jié)電壓[6]?？紤]到目前大部分戶用光伏并網(wǎng)逆變器都具有通信調(diào)度的特性，通過外部方式實現(xiàn)光伏逆變器的無功外環(huán)控制。在此基礎上，針對光伏逆變器的剩余容量，采用電壓控制策略對其進行控制，從而產(chǎn)生無功指令Qref 及有功指令Plim。在控制過程中，首先對光伏逆變器并網(wǎng)的電壓、電流值進行采集。其次，在電壓控制裝置中，判斷電壓是否在規(guī)定的范圍內(nèi)出現(xiàn)了越限情況[7]。隨后，通過電壓控制策略得到調(diào)節(jié)電壓在合理范圍內(nèi)所需有功功率限值和無功功率。最后，將得到的參數(shù)傳遞給光伏逆變器，以此達到調(diào)節(jié)電壓的目的。

無功功率中包含兩個分量，分別為 Qref 1和 Qref2。在電壓出現(xiàn)越上限的情況時，此時無功功率 Qref1為0，因此最終的無功功率 Qref的輸出設定為兩個分量之和。同理，當電壓出現(xiàn)越下限的情況時，此時無功功率 Qref 2為0，因此最終的無功功率 Qref 輸出也可設定為兩個分量之和。通過這種方式可以有效降低控制的難度。結(jié)合上述邏輯，繪制無功功率隨電壓變化的曲線圖，如圖3 所示。

2.2 儲能參與調(diào)壓的控制策略

在上述基于光伏逆變器剩余容量的電壓控制邏輯基礎上，若光伏逆變器當中的可用剩余容量存在無法將電壓越限問題完全消除的情況，再選擇利用儲能實現(xiàn)電壓控制調(diào)節(jié)。將儲能荷電狀態(tài)變化量定義為△ S OC，△ SOC 為一致性變量。這一變量的應用不僅能夠充分考慮到儲能安裝容量的差異問題，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)對儲能功率與SOC 的同步控制。

當光伏逆變器的剩余電量用完后，若主導節(jié)點的電壓超過上限值問題仍未解決，那么就會把減少的有功部分存儲到儲能電池中，對儲能進行充電，從而提高SOC。當系統(tǒng)中的主導節(jié)點電壓超出下限的問題仍未得到解決時，系統(tǒng)將會釋放能量，從而使系統(tǒng)的SOC 降低。相應的主導節(jié)點儲能SOC 計算為：

式中：S OCmin代表儲能SOC 下限值；S OCmax代表儲能SOC 上限值。

2.3 光伏逆變器與儲能協(xié)調(diào)的電壓控制策略

在充分考慮經(jīng)濟因素的前提下，當?shù)蛪号渚W(wǎng)發(fā)生電壓越限時，優(yōu)先選擇使用光伏逆變器的剩余容量來調(diào)節(jié)電壓。當電網(wǎng)剩余容量較小，且過壓現(xiàn)象仍然存在時，可在電網(wǎng)中引入蓄電系統(tǒng)，通過蓄電系統(tǒng)的充電和放電，使電網(wǎng)的電壓保持在一個合理的范圍。在此部分中，提出一種以光伏逆變器和鋰離子電池為基礎的協(xié)同電壓控制方法。本文提出的電壓協(xié)調(diào)控制方法分兩個階段進行，在發(fā)現(xiàn)有過高電壓時，從經(jīng)濟角度進行研究。對光伏逆變器進行電壓控制的研究，如果光伏逆變器的剩余容量已用完，但過壓問題仍然沒有得到有效的解決，再進行能量儲存的電壓控制，實現(xiàn)對電壓的有效控制。具體如下：

第一階段：當電壓超過下限值時，此時光伏逆變器的有功一直處于MPPT 狀態(tài)。除此之外，光伏逆變器還會輸出電容式無功。這個時候，就會使用Qmax進行限制，如果剩余容量耗盡，仍然會出現(xiàn)電壓過下限的問題。其次，引進鋰離子電池的儲能，將這些儲能釋放出來，通過兩者的配合，來實現(xiàn)對電壓的調(diào)整。

第二階段：當電壓超過上限值時，光伏逆變器輸出感性無功，非必要不減少有功功率。此時，以Spv限幅，如果剩余容量耗盡，仍然存在電壓越上限問題，則削減其有功功率，給儲能電池充電，將其儲存到鋰離子電池中備用，通過協(xié)調(diào)來滿足電壓調(diào)節(jié)需求。

3 電壓協(xié)調(diào)控制效果分析

繪制某一測試時段內(nèi)的電壓協(xié)調(diào)控制前、電壓協(xié)調(diào)控制后的光儲系統(tǒng)儲能電池輸出電壓波形圖，如圖4 所示。

圖4 某一測試時段內(nèi)的電壓協(xié)調(diào)控制前、電壓協(xié)調(diào)控制后的光儲系統(tǒng)儲能電池輸出電壓波形

結(jié)束語

根據(jù)此次研究，得到如下所示的結(jié)論：根據(jù)圖4光儲系統(tǒng)儲能電池輸出電壓波形圖中的兩條曲線變化趨勢可以看出，在測試時段內(nèi)，協(xié)調(diào)控制前的系統(tǒng)儲能電池輸出電壓整體波動趨勢較大，而協(xié)調(diào)控制后的系統(tǒng)儲能電池輸出電壓整體波動趨勢較小，基本可以在光儲系統(tǒng)運行中將儲能電池的輸出電壓控制在一個相對穩(wěn)定數(shù)值，由此可見，本文設計的電壓協(xié)調(diào)控制方法可以在應用中達到預期效果，實現(xiàn)對輸出電壓的協(xié)調(diào)控制。