基于蓄电池储能的光伏并网发电功率平抑控制研究

2012-08-12 07:25

　　本文针对光伏发电因光照强度与温度变化而导致的发电功率波动问题，提出一种储能型光伏并网发电系统，以抑制并网功率的波动。

以光伏发电最大功率跟踪和并网逆变控制为基础，引入蓄电池储能系统，实现对发电功率削峰填谷、平抑的功能。光伏发电系统采用两级功率变换结构，以最小化逆变器容量，解耦最大功率控制与逆变并网控制。在逆变器直流母线上并接双向DC/DC变换器，对储能电池充放电予以管理。

在功率平抑控制中，储能系统采用双环控制，内环控制储能电池电流，外环则分两种情况：1）电网正常时为功率外环；2）电网故障时为电压外环。系统不仅具有最大功率跟踪和并网发电功能，还具有并网功率平抑功能。当电网因故障而断开时，系统将光伏发电能量储入蓄电池，提高了发电效率，确保了直流母线电压稳定。对整个系统建立仿真模型和实验样机，仿真和实验结果验证了所提出的控制方法可行、有效。

　　0 引言

　　光伏发电无污染、无噪音、运行成本低，是理想的可持续能源，发展前景好。据预测，到2050年太阳能在能源结构中的比例将达到13.5%，是未来化石能源的主要替代能源之一[1-2]。

　　经过多年的发展，光伏发电正逐渐从过去的小规模离网系统，向大规模并网发电方向发展。基于最大功率跟踪控制[3-5]（Maximum Power Point Tracking， MPPT）和各种并网逆变控制[6-8]的光伏并网发电技术得到了广泛研究。但是，由于光照和温度变化无常，光伏发电站输出的功率并不稳定，导致电压波动[9]。当前，光伏发电站在电力系统中所占比例很小，功率波动对电网影响不大。可是随着兆瓦级光伏电站的建设，其规模将不断增大，当发电功率达到一定比例时，功率波动会给电网运行带来危害[10]。另外，当电网故障断开时，光伏阵列将停止发电，降低了系统效率。

　　本文研究基于蓄电池储能的光伏并网发电功率平抑控制，以解决上述问题。提出了控制方法，并通过仿真和实验验证了其可行性和有效性。

　　1 储能型光伏并网发电系统

　　为实现最大功率跟踪、并网逆变和功率平抑等功能，采用图1所示的系统结构。Boost变换器主要用于实现最大功率跟踪，同时把光伏阵列较低的电压升到较高的电压，供三相逆变桥使用；三相逆变桥用于实现并网逆变；由双向DC/DC变换器和蓄电池构成的储能系统用于实现并网功率平抑控制，以及电网故障时存储光伏阵列发出的能量。