背景

由于光伏等分布式能源容易受外部環境的影響，存在較大的不確定性，造成其輸出功率具有波動性。通過在光伏并網系統直流側增加儲能，能夠保證光伏電池在外部負荷波動較大時仍可以運行在穩定輸出水平，改善系統輸出電壓和系統頻率，提高用戶電能質量。同時在光伏并網直流側加裝儲能系統可以穩定直流母線電壓，提高光伏故障穿越能力。

其實我們之前已經介紹過此種拓撲及相關結構，(分布式光儲互補系統建模與仿真介紹(2))但之前偏向于光伏儲能功率互補，因此，控制上采用的是光伏控直流母線電壓，儲能控功率，實現整體功率與給定值匹配。但此種方法的問題是，當交流側出現故障或要求高低電壓穿越時，控制上不夠靈活或存在多種控制的切換，容易造成較大波動。如果改為由儲能控制流電壓，光伏仍然采用最大功率跟蹤控制，將光伏和儲能看作一體，并網逆變器采用PQ控制，也不失為一種很好的選擇。

模型搭建

本文所搭建整體光儲一體結構如下圖所示，主要包括光伏電池、boost電路、儲能及雙向DC/DC、并網逆變器等結構。

圖1 光儲一體系統結構

模型中儲能采用定直流電壓控制，直流電壓參考值設置為500V，光伏前級boost升壓部分始終以MPPT模式運行，并網逆變器采用PQ控制，給定額定功率100kW。當光伏輸出功率小于100kW時，由儲能補充缺額功率，當光伏輸出功率大于100kW時，多余的功率給充能進行充電。

圖2 整體模型

并網逆變器采用PQ雙閉環控制，外環為功率控制，內環為電流環，外環逆變側直流電壓與給直流電壓進行比較，誤差經過PI，作為內環d軸電流環參考值id_ref，id_ref與d軸電流實際值id進行比較，經過PI，得到脈沖生成信號Ud;電流環q軸參考值iq_ref與實際值iq進行比較，經過PI，得到脈沖生成信號Uq，另外，為使并網效率最高，一般iq_ref給定為0。在電壓跌落時，切換為基于內環id、iq給定的控制(光伏低電壓穿越控制仿真研究)，整體控制部分模型如下：

圖3 逆變器并網控制部分

其中Udc_ref為設定(參考)電壓，Udc為DC-DC高壓側實際測量電壓，給定電壓與實際電壓經過PI調節器得到換流器電感電流參考值iref，將iref與電感電流測量值iL進行比較得到誤差信號，經PI調解后得到最終調制波，將該參考波與一定頻率的三角載波進行比較，得到雙向換流器的PWM脈沖信號。通過該電路及控制可實現高壓側和低壓側儲能電池功率的雙向流動，即儲能電池充電或放電運行。

圖4 儲能控制結構

圖5 儲能部分控制模型

整體系統運行時，大體可實現以下兩種工況的功能：

1)電網正常工況：電網電壓正常時，光伏電池輸出功率由于會隨著外部條件的變化而變化，通過儲能的平衡，當光伏輸出功率大于設置的參考功率時，儲能充電吸收功率，反之，儲能放電發送功率可，通過儲能充放電，使光伏并網點的功率輸出保持恒定;

2)電網故障工況：當外部條件不變，交流測電網發生短路或接地故障造成電網電壓一定程度跌落或抬升時，直流側電壓會急劇上升，通過直流側儲能，可以吸收多余的能量，避免因為直流電壓過高觸動過壓保護造成換流器閉鎖停機。

仿真結果

1)在給功率為100kW條件下，通過改變光照，驗證光儲一體系統的工作情況：在0-1s，給定光照800，1-2s給定光照1000，2-3s給定光照1200，3-4s光照恢復到1000，仿真結果如下圖所示：

圖6 光伏電池電壓、電流、功率

圖7 逆變器直流側電壓

圖8 并網點電壓、電流、功率

圖9 電池SOC、電流、電壓

通過結果可以看出，隨著光照強度的變化，雖然光伏電池輸出功率雖然發生變化，但由于儲能電池的作用，逆變器并網點的功率始終保持在100kW恒定。通過電池SOC、電池端口電壓、電流可以看出，當光伏電池功率不足100kW時，電池放電，當光伏電池功率超過100kW時，電池充電，當光伏電池功率在100kW左右時，電池電流為0，SOC基本保持不變，電池既不充電也不放電。

2)在光伏外部條件不變的情況下，交流電網側三相電壓在t=1s時發生三相對稱跌落到0.2pu和0.35pu，持續時間0.625和1s，仿真結果如下圖所示：

圖10 光伏電池電壓、電流、功率

圖11 逆變器直流側電壓

圖12 并網點電壓、電流、功率

圖13 電池SOC、電流、電壓

圖14 光伏電池電壓、電流、功率

圖15 逆變器直流側電壓

圖16 并網點電壓、電流、功率

圖17 電池SOC、電流、電壓

通過上圖仿真結果可以看出，當電壓發生跌落時，由于交流測電壓降低，功率急劇減小，電流達到電流限幅值，但此時交流側功率仍然遠小于光伏電池的最大功率，多出的功率對電池進行充電，故障消失后，光伏功率在100kW左右，此時電池既不充電也不放電，SOC維持恒定。

總體來看，光儲一體系統可以實現在光照強度或溫度變化時，使逆變器并網側所給的功率維持恒定，另外，儲能電路的加入，能夠在網側電壓跌落期間可以將直流側多余的能量儲存起來，輔助實現低電壓穿越的同時，減少了能量的浪費，整體光儲一體系統達到設計要求。

審核編輯：湯梓紅