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摘要：本文结合多端输入光伏并网系统运行中各输入端的光伏阵列光照强度差异所导致的功率不平衡问题，设计一种针对多端输入光伏并网系统变换器调制量进行补偿控制的策略，以对系统运行中各直流端的电压平衡进行控制，并对该运行控制策略通过模型构建进行验证分析。
关键词：新型 多端输入 光伏并网 系统运行 控制策略
太阳能资源是一种具有较大开发与利用价值的可再生能源，对太阳能资源的持续开发与利用实现，进行具有友好型、灵活型以及安全型特征优势的光伏并网系统开发与研究的价值意义更加显著。根据当前对光伏并网系统的开发与研究应用现状，主要以集中式、集散型与组串式三种光伏并网系统结构形式为主，其中，对基于级联多电平变换器的多端输入集散式光伏并网系统及其结构的研究和开发近年来关注更多。这种光伏并网系统结构在实际设计运用中，能够通过对直流侧各输入端口的DC/DC变换器设计运用，以实现对系统运行中各光伏阵列单元的MMPT控制，从而促进太阳能资源的利用效率提升。值得注意的是，这种多端输入光伏并网系统在实际设计运用中也存在着各光伏阵列光照强度不一致的情况下，会导致整个系统运行的功率不平衡问题发生，是其系统开发与设计研究关注的重点。下文将对多端输入光伏并网系统的运行控制策略进行研究，以供参考。
1、多端输入光伏并网系统的结构组成及功能特征分析
如下图1所示，即为基于DAB（双主动全桥）变换器的多端输入光伏并网系统结构示意图。根据该图可以看出，其系统结构主要包括多光伏阵列以及DAB变换器、多级联多电平DC/AC变换器等。其中，系统运行中，通过将DAB变换器低压直流端和光伏阵列进行连接，同时其高压直流端和级联多电平DC/AC变换器进行连接，从而实现多端输入的光伏并網运行支持。此外，该系统结构中，通过多端输入实现较大规模的集中式光伏阵列的分布式连接以及对各光伏阵列模块运行实现独立控制，其控制模式为MPPT控制，以促进系统运行中对太阳能资源的利用效率提升，从而满足多端输入光伏并网运行的需求。
根据上图1所示的多端输入光伏并网系统结构情况，其中，DAB转换器作为该系统的基本结构单元，一般是由全桥变换器以及直流电容、辅助电感、高频变压器等组成，如下图2所示，即为多端输入光伏并网系统中DAB变换器的网络拓扑结构形式。其中，C1和C2即为DAB变换器的直流电容，分别为该变换器低压与高压端的直流电压;而L1为辅助电感，T为高频变压器，、为二极管，、为开关管。多端输入光伏并网系统中的DAB变换器工作运行中是采用移相控制策略，其工作运行中两侧全桥开关频率设置为相同频次，而对角开关管为交替导通状态，其导通角度为180?，同时两侧全桥逆变输出电压为占空比50%的方波电压，因此，该变换器工作运行中通过方波相角的控制就能够对电感两端电压以及相位进行控制，从而实现变换器工作运行的功率大小及流向控制，对其工作运行进行支持。
上图1所示的多端输入光伏并网系统中，DAB变换器主要用于光伏阵列MPPT控制，其控制运算的主要方法为电导增量法，即在变压器变比以及开关频率、高压端直流电压、电感等参数确定情况下，通过对移相比取值进行改变能够实现不同的低压端直流电压值计算求取，从而可获取光伏阵列的输出电压，并且在情况下即能满足对光伏阵列的MPPT控制。总之，根据上述分析可以看出，DAB变换器在多端输入光伏并网系统运行中的具体控制策略为：通过DAB变换器对光伏阵列的MPPT控制方式，在经过MPPT控制后产生相应的电压参考值，同时将电压误差通过PI控制器进行放大并获取有关移相角，在脉宽调制作用下形成驱动脉冲输送到两侧的全桥变换器中，对系统运行进行支持。
此外，该多端输入光伏并网系统中，多级联多电平DC/AC变换器是以单相DC/AC变换器作为基本单元构成的，通过多个完全相同的DC/AC变换器的交流输出端进行串联后经电感接入到电网系统中，同时在直流端与DAB变换器的高压直流端进行独立连接。多级联多电平DC/AC变换器控制一般有空间矢量PWM控制和优化PWM控制、载波移相正弦脉宽调制控制等不同方法，本文为便于研究开展以载波移相正弦脉宽调制控制为例，通过相邻的DC/AC变换器子单元载波移相角的相差以及相电压输出波形变化进行控制。其中，对级联多电平DC/AC变换器可以与两个正频正弦交流电源相等效在电感两端进行连接应用，并通过对该电源之间的相位及幅值变化进行调节，实现其传输功率调节。如下图3所示，即为级联多电平DC/AC变换器的网络拓扑结构示意图。
2、多端输入光伏并网系统的运行控制策略
根据上述对多端输入光伏并网系统结构及各结构单元工作运行特点的分析，结合该系统实际设计运用情况，为实现系统运行的各直流端电压平衡控制，本文研究中通过将三相多端光伏并网系统结构与三相逆变器相等效，在此基础上根据三相并网电流及电压、各相级联多电平变换器的输出电压、系统各DAB变换器高压端直流电压平均值等参数进行计算确定后，通过构建系统微分方程，并进行dq解耦获取对应方程式后，如下（1）所示。
以上述系统结构中每相设置有3个DC/AC变换器，那么即可获取级联多电平DC/AC变换器的dq解耦控制策略。具体控制过程为：在直流电压误差经PI控制器进行放大形成d轴参考电流，同时q轴参考电流为0，那么dq轴的电流误差信号在通过PI控制器放大并解耦形成相应的调制量，通过载波移相对各DC/AC变换器调制量进行获取，将各调制量与三角载波进行对比，即可得到开关管的驱动脉冲，同时针对系统运行中的每相直流电压平衡问题，通过级联多电平百年换器调制量补偿控制，通过对各DC/AC变换器调制比进行改变来实现直流电压平衡保证。如下图4所示，即为多端输入光伏并网系统运行的控制策略。
3、实例验证
根据上述所设计的系统运行控制策略，为对其实际设计运用的可行性及有效性进行验证，通过构建以PSCAD/EMTDC系统为支持的仿真模型，将各单元光伏阵列额定输出功率设定为500kw，交流电压有效值设置为10kv，DAB变换器高压端直流电压设定为3kv、开关频率设置为10kHz、辅助电感设置为5.76μH、单元直流电容设置为5000μF，同时设定每相DAB变换器数量为3、级联单元DC/AC变换器数量也为3，高频变压器变比为1：5。在此基础上开展仿真实验分析，结果显示通过级联多电平变换器调制量补偿控制能够实现各直流端电压平衡，具有较好的运行控制效果，如下图5所示。
4、结束语
总之，对多端输入光伏并网系统的运行控制策略研究，有利于促进多端输入光伏并网系统及运行控制的开发应用，促进电网建设与电力事业发展，具有十分积极的作用和意义。
参考文献
[1]高玉华.面向光伏配电网监控系统的安全性监测评估[J].信息技术，2019（03）：59-64.
[2]马静，刘青，吴佳芳，等.高比例变流型电源并网的输电系统三相短路电流计算[J].电力系统自动化，2019，43（05）：83-91+113.
关键词：新型 多端输入 光伏并网 系统运行 控制策略
太阳能资源是一种具有较大开发与利用价值的可再生能源，对太阳能资源的持续开发与利用实现，进行具有友好型、灵活型以及安全型特征优势的光伏并网系统开发与研究的价值意义更加显著。根据当前对光伏并网系统的开发与研究应用现状，主要以集中式、集散型与组串式三种光伏并网系统结构形式为主，其中，对基于级联多电平变换器的多端输入集散式光伏并网系统及其结构的研究和开发近年来关注更多。这种光伏并网系统结构在实际设计运用中，能够通过对直流侧各输入端口的DC/DC变换器设计运用，以实现对系统运行中各光伏阵列单元的MMPT控制，从而促进太阳能资源的利用效率提升。值得注意的是，这种多端输入光伏并网系统在实际设计运用中也存在着各光伏阵列光照强度不一致的情况下，会导致整个系统运行的功率不平衡问题发生，是其系统开发与设计研究关注的重点。下文将对多端输入光伏并网系统的运行控制策略进行研究，以供参考。
1、多端输入光伏并网系统的结构组成及功能特征分析
如下图1所示，即为基于DAB（双主动全桥）变换器的多端输入光伏并网系统结构示意图。根据该图可以看出，其系统结构主要包括多光伏阵列以及DAB变换器、多级联多电平DC/AC变换器等。其中，系统运行中，通过将DAB变换器低压直流端和光伏阵列进行连接，同时其高压直流端和级联多电平DC/AC变换器进行连接，从而实现多端输入的光伏并網运行支持。此外，该系统结构中，通过多端输入实现较大规模的集中式光伏阵列的分布式连接以及对各光伏阵列模块运行实现独立控制，其控制模式为MPPT控制，以促进系统运行中对太阳能资源的利用效率提升，从而满足多端输入光伏并网运行的需求。
根据上图1所示的多端输入光伏并网系统结构情况，其中，DAB转换器作为该系统的基本结构单元，一般是由全桥变换器以及直流电容、辅助电感、高频变压器等组成，如下图2所示，即为多端输入光伏并网系统中DAB变换器的网络拓扑结构形式。其中，C1和C2即为DAB变换器的直流电容，分别为该变换器低压与高压端的直流电压;而L1为辅助电感，T为高频变压器，、为二极管，、为开关管。多端输入光伏并网系统中的DAB变换器工作运行中是采用移相控制策略，其工作运行中两侧全桥开关频率设置为相同频次，而对角开关管为交替导通状态，其导通角度为180?，同时两侧全桥逆变输出电压为占空比50%的方波电压，因此，该变换器工作运行中通过方波相角的控制就能够对电感两端电压以及相位进行控制，从而实现变换器工作运行的功率大小及流向控制，对其工作运行进行支持。
上图1所示的多端输入光伏并网系统中，DAB变换器主要用于光伏阵列MPPT控制，其控制运算的主要方法为电导增量法，即在变压器变比以及开关频率、高压端直流电压、电感等参数确定情况下，通过对移相比取值进行改变能够实现不同的低压端直流电压值计算求取，从而可获取光伏阵列的输出电压，并且在情况下即能满足对光伏阵列的MPPT控制。总之，根据上述分析可以看出，DAB变换器在多端输入光伏并网系统运行中的具体控制策略为：通过DAB变换器对光伏阵列的MPPT控制方式，在经过MPPT控制后产生相应的电压参考值，同时将电压误差通过PI控制器进行放大并获取有关移相角，在脉宽调制作用下形成驱动脉冲输送到两侧的全桥变换器中，对系统运行进行支持。
此外，该多端输入光伏并网系统中，多级联多电平DC/AC变换器是以单相DC/AC变换器作为基本单元构成的，通过多个完全相同的DC/AC变换器的交流输出端进行串联后经电感接入到电网系统中，同时在直流端与DAB变换器的高压直流端进行独立连接。多级联多电平DC/AC变换器控制一般有空间矢量PWM控制和优化PWM控制、载波移相正弦脉宽调制控制等不同方法，本文为便于研究开展以载波移相正弦脉宽调制控制为例，通过相邻的DC/AC变换器子单元载波移相角的相差以及相电压输出波形变化进行控制。其中，对级联多电平DC/AC变换器可以与两个正频正弦交流电源相等效在电感两端进行连接应用，并通过对该电源之间的相位及幅值变化进行调节，实现其传输功率调节。如下图3所示，即为级联多电平DC/AC变换器的网络拓扑结构示意图。
2、多端输入光伏并网系统的运行控制策略
根据上述对多端输入光伏并网系统结构及各结构单元工作运行特点的分析，结合该系统实际设计运用情况，为实现系统运行的各直流端电压平衡控制，本文研究中通过将三相多端光伏并网系统结构与三相逆变器相等效，在此基础上根据三相并网电流及电压、各相级联多电平变换器的输出电压、系统各DAB变换器高压端直流电压平均值等参数进行计算确定后，通过构建系统微分方程，并进行dq解耦获取对应方程式后，如下（1）所示。
以上述系统结构中每相设置有3个DC/AC变换器，那么即可获取级联多电平DC/AC变换器的dq解耦控制策略。具体控制过程为：在直流电压误差经PI控制器进行放大形成d轴参考电流，同时q轴参考电流为0，那么dq轴的电流误差信号在通过PI控制器放大并解耦形成相应的调制量，通过载波移相对各DC/AC变换器调制量进行获取，将各调制量与三角载波进行对比，即可得到开关管的驱动脉冲，同时针对系统运行中的每相直流电压平衡问题，通过级联多电平百年换器调制量补偿控制，通过对各DC/AC变换器调制比进行改变来实现直流电压平衡保证。如下图4所示，即为多端输入光伏并网系统运行的控制策略。
3、实例验证
根据上述所设计的系统运行控制策略，为对其实际设计运用的可行性及有效性进行验证，通过构建以PSCAD/EMTDC系统为支持的仿真模型，将各单元光伏阵列额定输出功率设定为500kw，交流电压有效值设置为10kv，DAB变换器高压端直流电压设定为3kv、开关频率设置为10kHz、辅助电感设置为5.76μH、单元直流电容设置为5000μF，同时设定每相DAB变换器数量为3、级联单元DC/AC变换器数量也为3，高频变压器变比为1：5。在此基础上开展仿真实验分析，结果显示通过级联多电平变换器调制量补偿控制能够实现各直流端电压平衡，具有较好的运行控制效果，如下图5所示。
4、结束语
总之，对多端输入光伏并网系统的运行控制策略研究，有利于促进多端输入光伏并网系统及运行控制的开发应用，促进电网建设与电力事业发展，具有十分积极的作用和意义。
参考文献
[1]高玉华.面向光伏配电网监控系统的安全性监测评估[J].信息技术，2019（03）：59-64.
[2]马静，刘青，吴佳芳，等.高比例变流型电源并网的输电系统三相短路电流计算[J].电力系统自动化，2019，43（05）：83-91+113.