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摘要：太阳能光伏发电自从上世纪七十年代以来在全世界范围内受到了广泛的关注，与传统的集中式发电系统相比不同的是，分布式发电系统具有与用户距离较近的特点，可以直接向附近的负载供电，当主电网的电力供应处于比较紧张的情况下，分布式发电还可以向电网输送电能。然而分布式光伏发电在发挥经济作用、环境性能等化势的同时，分布式光伏发电系统在网和离网两种状态下的不恰当切换会对电力系统的正常运行和稳定带来许多问题和挑战。为了协调电网与分布式发电间的矛盾，文章重点研究分布式光伏发电系统在并网运行和离网运行之间的协调控制。
关键词：分布式光伏发电系统；协调控制；瞬时电流直接控制
分布式光伏发电系统距离用户较近，既能够直接向附近的负载供电，也可以回馈电网，并可以解决一些特殊电力用户的用电需求，支持原有配电网的经济运行特性。分布式光伏发电系统在并网和离网两种状态下的不恰当切换会对电为系统的正常稳定运行带来许多挑战和问题。因此探究分布式光伏发电系统在并网和离网两种大的状态下的协调控制十分必要。
一、系统协调运行状态设计
为了更好更稳定的协调分布式光伏发电系统各工作状态的运行情况，改进一种协调控制策略，更有效的协调分布式光伏发电系统在并网、离网两种大的状态下协调控制。全面协调并网运行模式、离网状态下最大功率跟踪模式、离网状态下负载功率匹配运行模式、离网状态下遇限切除模式共四种模式的平滑切换。分布式光伏发电系统协调控制需要实现以下目标：（1）在并网模式下保持运行在最大功率跟踪状态，输出的电压、电流、频率和电网保持一致，尽最大可能的发挥光伏发电的作用，实现能源的有效利用。（2）在离网模式下根据负载的需要以及储能装置剩余容量，使光伏发电系统分别运行在最大功率跟踪、负载功率匹配运行、遇限切除三个状态，并能够实现平滑切换，减少储能装置充放电次数，避免过充过放电。
二、系统能量协调控制策略
根据光伏发电出力、负载需求状况，能量协调控制下光伏发电系统运行方式
主要分为三种运行控制模式：最大功率跟踪、负载功率匹配运行、遇限切除。
（一）并网模式
电网运行正常。并网模式的原理是无论光伏输出功率大于负载需求功率还是小于负载需求功率，光伏发电系统都运行在最大功率跟踪状态，保证最大出力。储能装置则是当光伏发电功率大于负载需求功率时，进入充电状态，直至被充满；当光伏发电功率小于负载需求功率时，剩余部分由电网补充。
根据上述原理，设定光伏发电直流侧电压扰动量为△，vdc（k）为光伏阵列k时刻直流侧采样电压，1（k）为光伏阵列k时刻直流侧采样电流，ppv（k）为光伏阵列k时刻直流侧功率，此处忽略逆变损耗，ploud为负载需求功率，设计如下算法实现上述目标，获得求取并网模式的光伏发电功率的直流电压的参考值v*。
（二）离网状态下最大功率跟踪模式与电网断开
光伏发电功率大于负载功率、储能装置未充满电时，优先给负载供电，多余的电能给储能装置充电，减少储能装置充放电次数，光伏电池工作在最大功率跟踪状态。光伏电池发电功率小于负载需求功率、储能装置剩余容量高于设定下限时，储能装置放电，光伏电池工作在最大功率跟踪状态。
根据上述原理，设定光伏发电直流侧电压扰动量为△，vdc（k）为光伏阵列k时刻直流侧采样电压，1（k）为光伏阵列k时刻直流侧采样电流，ppv（k）为光伏阵列k时刻直流侧功率，此处忽略逆变损耗，ploud为负载需求功率，设计如下算法实现上述目标，获得求取离网状态下最大功率跟踪模式的光伏发电功率的直流电压的参考值v*。
（四）离网状态下遇限切除模式
此时光伏发电功率小于负载需求功率，储能装置剩余容量达到设定下限，切除负载，光伏电池发电功率只给储能装置充电。
根据上述原理，设定光伏发电直流侧电压扰动量为△，vdc（k）为光伏阵列k时刻直流侧采样电压，1（k）为光伏阵列k时刻直流侧采样电流，ppv（k）为光伏阵列k时刻直流侧功率，此处忽略逆变损耗，ploud为负载需求功率，设计如下算法实现上述目标，获得求取离网状态下遇限切除模式的光伏发电功率的直流电压的参考值v*。
三、能量协调控制策略的具体实现
能量供需平衡是本文提出协调控制策略的本质，目标是实现太阳能、储能、电网、负载之间的动态能量供需平衡。因此可以采用控制功率平衡的方法实现能量的协调控制。
并网状态下，无论光伏发电功率大于负载需求功率与否，光伏发电系统均运行在最大功率跟踪状态。
离网状态下最大功率跟踪模式。当光伏发电功率大于负载需求功率、储能装置未充满电时，光伏发电多余负载需求的能量注入直流母线，造成直流母线电压升高，储能装置充电，降低直流母线注入电流，直流母线电压随之降低。当光伏发电功率小于负载需求功率、储能装置剩余容量高于下限时，由于直流母线上存在的电容会放电，引起直流母线电压下降，因此储能装置放电给直流母线，直流母线上电容充电，直流母线电压随之提升。
离网状态下负载功率匹配运行模式。储能装置充电完成，光伏发电功率大于负载需求功率，光伏发电多余负载需求的能量注入直流母线，造成直流母线电压抬升，调整光伏发电装置，降低光伏出力，使光伏发电功率等于负载需求功率，稳定直流母线电压，实现能量供需平衡。
离网状态下遇限切除模式。光伏发电功率小于负载需求功率，直流母线上电容放电，母线电压下降。储能装置剩余容量低于下限，停止出力。此时为平衡能量供需，切除负载，光伏发电装置只向储能装置充电。
并网状态下当光伏发电功率大于负载需求时，剩余功率输入电网。当光伏发电功率小于负载需求时，不足部分由电网补充。
（1）当光伏发电功率小于负载需求功率时，当母线电压下降至e点时，储能装置放电，释放能量，抬高母线电压。
（2）当光伏发电功率大于负载需求功率时，光伏发电多余负载需求的功率注入直流母线，抬升直流母线电压。母线电压上升到c点时，储能装置充电，吸收多出的光伏发电功率，母线电压回落。
（3）光伏发电功率持续增加，大于负载需求，并且储能装置充满电，开始调节光伏出力，运行负载功率匹配运行模式，避免储能装置出现过电压。
（4）光伏发电功率小于负载需求功率，不足以维持恒定的母线电压，且储能装置剩余容量低于下限，母线电压下降至g点后，切除负载。
总之，文章首先进行系统整体控制策略架构设计。然后对并网运行模式、离网状态下最大功率跟踪模式、离网状态下负载功率匹配运行模式、离网状态下遇限切除模式四种协调运行状态进行分析，分别对四种协调运行状态进行详细分析最后提出能量协调控制具体实现方法，以便于更好的实现分布式光伏发电系统的功能。
参考文献：
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[3]吴丽群，杨俊华，杨梦丽，曾君，吴捷.基于petri网分布式发电系统的能量协调控制[J].广东电力，2012，（07）
论文作者:李文静
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/23
标签：光伏论文; 功率论文; 负载论文; 母线论文; 电压论文; 分布式论文; 需求论文; 《电力设备》2017年第21期论文;