（河北省电力勘测设计研究院河北省石家庄市050031）
摘要：基于光储微电网系统并针对低电压的穿越问题，本文进行了控制方法策略上的探究。低电压时，光伏系统应用最大功率进行控制和跟踪，储能系统则应用恒压的控制方法来保持母线的电压，在储能系统已达到功率极限但是仍不能维持保证母线的电压在允许的界限内时，光伏系统就变成恒压控制模式。在控制上，考虑到光储微电网负荷的变动量大的情况，本文使用了一种不仅适用于光储微电网而且还有无功补偿的控制方式微电网提供电压的支撑。
关键词：光储微电网；低压穿越；控制方法
近来，分布式电源和微网的发展态势迅猛，光伏系统因自身的优势在电网中的比重日益增多。太阳能随机性强，资源间歇性无规律，出力的波动幅度较大，而采用光储联合微电网可以使光伏发电能力平顺，调节因功率波动造成的电压等的变化，这将有助于降低配套的电路的电容量需求，还能减缓电网的调峰压力。
光储微电网低压穿越指的是由于故障造成的并网点电压下降时，微电网可以在一定的范围中保持并网，甚至还可以向电网供给部分无功功率，支撑电网的电压。本文针对光储微电网系统提出了一种新的控制策略，借助储能电池在网侧故障中的协调控制，来保证母线电压恒定，是光伏阵列在MPPT模式下工作，并充分利用光伏能量将储能电池充满电，再将光伏阵列变为恒压状态来保证母线的电压恒定。本文为光储微电网提供了无功补偿功能的限流控制策略，从而保护了电网避免输出过电流，同时也为电网电压提供了支撑。
1．光储微电网的拓扑
在本次研究中的光储电网采用两级式光伏并网结构，此结构由单相变换电路、光伏阵列、直流负载、二极管、滤波电感、储能电池、并网逆变器等器件构成。此拓扑结构的原理如下：光伏发电系统和与储能系统经过单向变换电路升高电压、然后通过逆变器逆变为三相电与电网连接。连接时，光伏系统使用最大功率跟踪；储能系统采用充放电优先的原则，如果光伏系统中的总能量超过需求量，则对储能电池充电直到电池的电量达到预定值为止；如果光伏系统中的总能量小于需求量，那么储能系统中的能量将对外释放，以此来减小微电网和大电网的功率交换。如果网侧发生故障，逆变器控制将采用单环限流控制的方式，用储能系统维持母线电压的恒定；当储能系统处于满电状态时，光伏阵列变为恒压控制。
2．逆变器控制策略
逆变器控制策略通过判断电网的电压来进行网侧的有、无功功率的控制。如果电网的电压处于正常状态，那么在对有功和无功进行电流限幅时，优先对有功电流进行输出即为有功优先的逆变控制；如果电网的电压降低时，因为网侧的限流作用，若果这时候采用有功优先控制，那么网侧的变流器就处于功率增幅的状态，不能对系统给予无功支持，由是采用无功优先的控制方法。
同步旋转坐标系下，光伏系统树池功率和电压表达式如下：
一般电网中的电压是三项对称的，因此可以进行Park变换，可得到如下结论，下式中U是电压幅值。
系统正常运行状态下，可以设q轴的电流为0，那将得到下式的结论。
式（3）表明，光储系统输出的功率因数是单位功率因数。式中，I为电网相电流幅值。
2.1正常运行工况下的逆变器控制
正常情况下，逆变器控制要以实现母线电压稳定并且按照功率因数输出为目的进行控制。设计的逆变器的控制器采用电压和电流的双环控制策略。外环控制母线电压，通过将给定的参考值和母线实际的电压值的插值作为控制器的输入信号，其输出信号作为内环电流控制的参考数据。内环的电流是经过解耦得到的直轴电流。该方法是通过调节逆变器的输出有功功率来实现母线电压的控制。同时对解耦得到的电流进行限流控制，为了使逆变器按照功率因数输出，因此将交轴电流值设成0。
2.2网侧故障工况下的逆变器控制
网侧故障时电玩的个电压处于跌落状态，这样将使得输出的电流升高，从而导致过电流的产生、微电网脱网。因此，要对输出的交流电进行限流控制，以保护电网跌落下不发生过电流的产生。
相关规定指出，网侧电流不能超过额定电流的1.1倍，因此在网侧故障时逆变器输出的实在功应满足下式：
式中：I为电网电流幅值；U为电压幅值；为网侧电压如若在故障的情况下不改变控制策略，仍然按照功率因数进行功率的输出，那么逆变器输出的电流幅值可根据下式计算得到：
式中，为并网功率
在网侧电压的跌落的情况下，光储微电网应该提供一些无功功率来改善电压跌落的不良影响，提高光储微电网的低压穿越能力。若网侧故障期间，电网内的负荷需求比较大，而逆变器输出的有功电流比较小，那么如果这时候仍然采用传统的补偿方法来提供有功功率，将导致储能电池释放不必要的能量。因此，本文通过判别Ig的大小进行控制策略的调整。
（1）当光储微电网系统向电网传输功率时，设有用功参考值为
若,则规定
若,则规定
（2）当光储微电网系统吸电时，即，应当断开微电网与电网的链接，转变为孤岛运行模式。
3.光伏Boost电路控制策略
对于单向变换电路采取电压分层控制。本文的电压分层控制是系统自行判别直流电压的变化特征将控制策略的控制氛围不同的层次。在不同的层次控制中，能够合理的调节变流器的工作方式，使得整个系统能够适用不同的工况。本文采用了双层电压控制如下图。为了避免电压的波动导致控制策略频繁转换因此本文采用了电压滞环控制。首先的第一层控制是直流母线的电压较低，低于560V时，应用MPPT控制方法，这样能够将光伏能量利用最大化。当直流母线电压高过660V时采用第二层控制，此时控制模式切换到恒压控制来防止过电压。
图1直流微电网电压分层控制
3.1第一层控制
第一层控制是母线电压低于560V时采用的控制方法。目前比较常用的MPPT算法有电导增量法、恒电压和扰动观测法。由于硬件问题和扰动观测法自身的优点，因此，扰动电压法被广泛的应用。其原理是：光伏阵列正常工作四，用微电压扰动光伏阵列的输出，在电压变化时，检验功率的变化方向，从而决定下一步电压的参考。
3.2第二层控制
当母线电压高于660V时，如果此时继续用MPPT模式工作，将会使直流母线上产生过电压，因此采用恒压控制。恒压控制将母线电压的给定值和实际的差值作为信号的输入，通过单向变换电路维持母线的电压稳定，减少光伏电池释放的能量。
4.结语
本文针对光储微电网系统低压穿过能力的需求，提出了一种新的控制策略即在系统正常运行的情况下，光伏阵列在MPPT模式下工作，使得逆变器按照功率因数发出功率并且维持母线电压。在网侧故障时，起初光伏阵列逆变器仍然在MPPT模式下工作，但是对逆变器采用单环限流控制，利用储能系统吸收多余的能量；当储能系统充满电时，光伏阵列则转换为恒压控制模式，降低输出功率。这样不仅可以充分的利用光伏能量，还能维持网侧故障时的直流母线的电压恒定。另外，本文为了解决光储电网输出功率波动的问题，设计了具有无功补偿的限流控制策略，避免过电流的产生。
参考文献
[1]钱俊杰．微电网继电保护和协同控制研究[D]．南京师范大学．2016
[2]曹红亮．光储微电网系统的功率调控技术研究[D]．昆明理工大学．2014