一种光伏低电压穿越控制方法仿真研究

之前我们已经介绍过两种光伏并网在交流电压发生变化后的控制（光伏低电压穿越控制仿真研究），在目前来看，大多数相关标准及文献主要的关注点集中在高低穿期间并网换流器的控制，但前级由最大功率跟踪切换到低穿间期的控制关注的相对较少，本文提出一种前级基于附加直流电压偏差的控制方法，供大家一起探讨学习。

建模思路

我们知道光伏逆变器在交流侧电压跌落时，由于逆变器控制电流的限幅作用，并网电流不会有大幅增加，导致交流侧功率减小，但由于直流侧光伏一直以最大功率输出，进而导致交直流侧功率不平衡，造成直流侧电容电压升高。如果可以将直流侧电压反馈到前级控制，在电压升高时，反馈到前级boost电路的占空比，电压boost电路的占空比也同时变化，直至到达boost的占空比限幅值；在直流电压正常时，直流电压与给定电压偏差为0，此时附加占空比也接近0，对正常控制不产生影响。

为验证提出控制方法的正确性，搭建如下matlab仿真模型，具体模型如下。并网逆变器在低穿时的控制策略仍然按照之前篇章提到的《光伏发电站接入电力系统技术规定 GB/T19964-2012》规定的方法进行进行公式计算。

仿真模型

其主要的参数包括：光照强度 =1000 ，温度 =25 ，光伏模块输出功率P=100kw，直流侧的母线电压 =500V，直流侧的稳压电容C=12mF，交流电网的线电压U=260V，电网频率f=50HZ，滤波电感L=0.5mH。

整体仿真模型

 

 

并网逆变器控制模型

前级boost电路控制部分如下图所示，附加直流电压偏差控制通过给定电压与实际直流电压作差，除以一个基准值后归一化到0~1的范围，将归一化的值作为附加控制，加到最大功率跟踪控制产生的占空比上，当之和超过允许的占空比时，则被限幅钳位在占空比的最大或最小值，否则，根据功率平衡关系，会自动重新合成出一个合适的占空比，此时虽然直流电压会升高，但由于占空比限幅作用，直流电压不会一直上升，根据占空比限幅值，最终会稳定在一个合适的值。

前级直流电压偏差附加控制

仿真结果

分别进行电网电压跌落到额定电压的10%、20%和50%不同情况下的测试，每种工况电压跌落时间均为1s，模型仿真结果如下

（1）电压跌落至10%额定电网电压

 

 

光伏出口电压、电流、功率

 

光伏逆变器直流侧电压

光伏并网电压、电流、功率

（2）电压跌落至20%额定电网电压

 

 

光伏出口电压、电流、功率

光伏逆变器直流侧电压

光伏并网电压、电流、功率

（3）电压跌落至50%额定电网电压

光伏出口电压、电流、功率

光伏逆变器直流侧电压

光伏并网电压、电流、功率

通过上述仿真结果可以看出，在电网电压正常时，附加控制不会影响光伏电池以最大功率运行在额定状态；在电压跌落到10%和20%额定电压时，由于逆变侧控制计算出有功功率均为0，此时计算出的占空比到达占空比的限幅，达到最高的直流电压，光伏电池工作在开路电压状态，光伏电流为0，输出功率也为0；当电压跌落到50%额定电压时，逆变侧控制计算出有功功率不为0，直流侧根据功率匹配关系自动计算合成相应的占空比，得到合适的直流电压，控制效果符合预期。

审核编辑：汤梓红