2005年9月 第20卷第9期 电 工 技 术 学 报
TRANSACTIONS OF CHINA ELECTROTECHNICAL SOCIETY Vol.20 No.9 Sep. 2005
光伏并网发电及无功补偿的统一控制 汪海宁 苏建徽 张国荣 茆美琴 丁 明
（教育部光伏系统工程研究中心合肥工业大学能源研究所 合肥 230009）
摘要 针对常规光伏并网发电系统逆变主电路的结构特点，提出了将无功功率补偿与光伏并网发电相结合的新型控制方案，使光伏并网发电系统在向电网提供有功电能的同时也能够提供电网所需的无功电能，从而简化系统结构，提高供电能力，并节省设备投资。文中详细分析了系统控制结构、瞬时无功检测、并网电流的合成及并网电流的跟踪控制方法。系统以DSP数字信号处理器为基础，在30kVA光伏并网功率调节器实验样机中成功地实现了光伏并网发电和无功功率补偿的统一控制。
关键词：光伏并网 无功补偿 电流跟踪 中图分类号：TK514
Unitive Control of PV Grid Connected Generation and Reactive Compensation
Wang Haining Su Jianhui Zhang Guorong Mao Meiqin Ding Ming (Research Center of Photovoltaic System Engineering of Ministry of Education Hefei University of Technology Hefei 230009 China )
Abstract For the characteristics of the inverter main circuits normally used in
photovoltaic grid-connected systems, a novel control strategy is proposed, in which photovoltaic grid connected generation is combined with reactive power compensation. The photovoltaic grid-connected system can provide not only active power but also reactive power needed by reactive loads and saves the investment of the equipment. The control algorithm of reactive power applies the concept of the instantaneous p-q power theory and the converter DC source, which is supplied by solar array, is tracked by searching the maximum power point (MPP). Combination of grid-connected current and current tracking are also discussed. The proposed control method of current is
analyzed in abc coordinate. The uniformed control of reactive power compensation and photovoltaic grid-connected generation has been implemented in the prototype of
30kVA photovoltaic grid-connected power conditioner based on digital signal processor (DSP) successfully.
Keywords：Photovoltaic grid connected, reactive power compensation, current tracking
的无功电能一般由电网提供或由专用的无功补偿设备提供。对于城市复杂的供电网络，在其供电和输送能力较强时，负载的无功功率对电网供电质量影响不会很大，但在电网的末梢，特别是远离电网的边缘地区，负载的无功电流会对电网供电电压产生较大影响，进而影响共用该电网传输线上的其他用户。为增强电网末梢的供电能力，在供电负载附近建立大型光伏并网发电系统可以有效的改善供电质量和供电能力，但如果光伏并网发电系统只提供有功电能，则负载的无功电流可能会影响电网末梢的 1 引言
光伏并网发电开始于20世纪80年代初，其相光伏并网发电系统在一般关研究的文献有很多[1~3]，
情况下只提供给电网有功电能，即将太阳能光伏阵列的直流电能转换为与电网同频同相的交流电能馈送给电网，并保证其具有较高的功率因数。而负载
国家高技术研究发展（863）计划(2002AA513040)。 收稿日期2005-01-25 改稿日期2005-05-26 第20卷第9期
汪海宁等 光伏并网发电及无功补偿的统一控制 115 供电质量，否则只能增加相应的无功补偿设备。
对于三相光伏并网发电系统中的并网逆变器，其主电路一般采用电压型全桥结构，该结构与常规的有源无功补偿和滤波装置的主电路完全一致，因此，本文考虑将两者各自控制特点相结合，构成同时具有光伏并网发电与无功补偿控制功能的光伏并网功率调节系统，这样的光伏并网发电系统可以有效地节省设备投资，简化系统结构，并具有优良的无功补偿快速响应特性，对提高电网末梢供电能力和质量具有重要作用。
令分量，与电压调节输出的有功电流指令相合成，即可得到最终并网电流指令，经电流内环调节即可实现光伏并网发电和无功补偿的统一控制。光伏并网功率调节控制原理如图3所示。
2 系统的控制原理
常规的光伏并网发电系统主电路结构[4]如图1所示。
图3 光伏并网功率调节控制原理图
Fig.3 Diagram of PV grid-connected power conditioner 太阳电 池阵列
三相光伏并网功率调节器采用电压控制为外环、电流控制为内环的双环控制结构，电压外环稳
定光伏阵列的直流输出电压，其调节输出产生电流内环的线电流参考给定幅值信号；电流内环实现并网电流的跟踪控制，并保证电流跟踪的快速性和误差。 太阳电池阵列工作电压的稳定控制是系统所必须的，由太阳电池阵列特性可知，其工作电压的选择可以决定太阳电池阵列当前功率输出，最大功率控制单元MPPT跟踪[6]也就是最佳工作电压的选择，
完成最大功率点工作电压Vdc*的确定，并根据光伏阵列的输出功率和电压幅值大小识别白天和夜晚。AVR为电压调节控制单元，其调节输出为并网电流的有功分量幅值给定Ip*。 市网
图1 光伏并网发电系统主电路
Fig.1 Main circuit of PV grid-connected generator system
Solar Array为太阳电池阵列，其正负输出分别接电压型三相逆变桥的直流母线，三相逆变桥的交流输出经电抗器并接电网。太阳电池阵列作为直流电源输入，由于太阳电池阵列本身的V-I特性和P-V特性具有强烈的非线性，且随光照和温度变化，因此，如果要使光伏阵列在并网发电时，能够输出最大功率，必须首先稳定其输出电压，并找出其最大功率点的工作电压。光伏并网发电的方框图如图2所示。