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光伏電站作為一種解決能源危機的重要可再生能源應(yīng)用受到全世界廣泛關(guān)注。光伏電站由于難以在并入電網(wǎng)后提供平衡電網(wǎng)頻率的慣性，在并網(wǎng)后存在暫態(tài)不穩(wěn)定的風(fēng)險。電力傳輸與功率變換控制教育部重點實驗室（上海交通大學(xué)）、國網(wǎng)江蘇省電力有限公司南京供電分公司的研究人員余墨多、黃文燾、邰能靈、馬洲俊、賀楊烊，在2020年《電工技術(shù)學(xué)報》增刊2上撰文，基于逆變電源暫態(tài)穩(wěn)定性機理的研究，提出一種針對光伏電站的自適應(yīng)暫態(tài)穩(wěn)定控制方法。實驗結(jié)果證明自適應(yīng)暫態(tài)穩(wěn)定控制方法能夠有效提高光伏電站暫態(tài)穩(wěn)定能力。


自從1993年第一座光伏電站被建成，光伏電站在全世界范圍迅速發(fā)展。由于其環(huán)境友好特性與能量轉(zhuǎn)換效率，光伏電站成為了行之有效的太陽能應(yīng)用形式。作為光伏發(fā)電的大規(guī)模應(yīng)用之一，集中式光伏電站通常能夠自動調(diào)節(jié)，使其一直處于太陽能利用率最高的發(fā)電狀態(tài)。因此光伏電站的推廣能夠有效地優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，降低溫室效應(yīng)與碳排放，實現(xiàn)對環(huán)境的保護。目前，光伏電站已成為太陽能轉(zhuǎn)換為電能的最主要實現(xiàn)形式。

PQ控制是集中式光伏電站并網(wǎng)采用最多的控制方法，然而采用PQ控制的光伏電站自動調(diào)節(jié)能力差，難以與火電機組動態(tài)互補以提高電網(wǎng)穩(wěn)定性。因此，下垂控制代替PQ控制以提高光伏電站自動調(diào)節(jié)能力逐漸成為主流。采用下垂控制的光伏電站能夠?qū)崿F(xiàn)在與電網(wǎng)管理人員無通信的情況下自動調(diào)節(jié)輸出功率，保障并網(wǎng)穩(wěn)定性。

然而，傳統(tǒng)的下垂控制在面對暫態(tài)事件時，如電網(wǎng)故障、大規(guī)模負荷切停、電壓暫降，調(diào)節(jié)能力較差。由于下垂控制的暫態(tài)特性，當(dāng)暫態(tài)事件發(fā)生時，采用下垂控制的光伏電站可能會進入功率振蕩的不穩(wěn)定運行狀態(tài)。

該種不穩(wěn)定運行狀態(tài)被稱為暫態(tài)不穩(wěn)定，它會導(dǎo)致光伏電站輸出功率周期性振蕩，與主電網(wǎng)異步運行，嚴重時甚至出現(xiàn)光伏電站脫網(wǎng)運行。光伏電站若要提高其暫態(tài)穩(wěn)定性能，需要降低控制參數(shù)中的有功因子，提高無功因子，然而此種參數(shù)調(diào)整會降低光伏電站的靜態(tài)穩(wěn)定性，因此光伏電站的暫態(tài)穩(wěn)定難以得到有效保證。

暫態(tài)不穩(wěn)定除了導(dǎo)致光伏電站無法正常輸送電能外，還會對電網(wǎng)設(shè)備造成損傷。因此解決暫態(tài)不穩(wěn)定問題成為保證光伏電站為電網(wǎng)持續(xù)、穩(wěn)定、安全供能的當(dāng)務(wù)之急。

目前，針對逆變器型電源并網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定問題已有大量研究。基于以上分析，研究人員開始著手于增強光伏電站的暫態(tài)穩(wěn)定能力。采用輔助設(shè)備是增強光伏電站暫態(tài)穩(wěn)定能力最直接的手段。

比如有學(xué)者基于減少右半平面極點數(shù)的思想，計算了能夠提高光伏電站穩(wěn)定性的直流電容最小容值。有學(xué)者增加了直流電容容值，使得光伏電站具備一定慣性，并能減少暫態(tài)事件對光伏電站的電氣沖擊。以上方法能夠有效提高光伏電站暫態(tài)穩(wěn)定能力，但是由于額外增加了設(shè)備或提高了設(shè)備要求，降低了光伏電站的經(jīng)濟性。

有學(xué)者則通過設(shè)計新的控制方法以實現(xiàn)光伏電站穩(wěn)定性的提高，然而這些控制方法在面對暫態(tài)事件時適用性有限。有學(xué)者采用能量函數(shù)的方法計算了逆變器控制器的各項參數(shù)以提高暫態(tài)穩(wěn)定運行能力，然而該方法只適用于單相逆變器，距離應(yīng)用到光伏電站仍存在一定差距。有學(xué)者通過與電網(wǎng)管理人員通信，依據(jù)實時反饋調(diào)整下垂控制參數(shù)以實現(xiàn)暫態(tài)穩(wěn)定能力的提高，該方法無法使光伏電站自適應(yīng)地提高暫態(tài)穩(wěn)定能力，且通信需要額外的模塊。

上海交通大學(xué)、南京供電分公司的研究人員針對集中式光伏電站的暫態(tài)穩(wěn)定性問題，分析光伏電站的暫態(tài)穩(wěn)定機理，根據(jù)對暫態(tài)穩(wěn)定機理的分析，得到有功下垂參數(shù)、無功下垂參數(shù)分別與暫態(tài)穩(wěn)定能力呈負相關(guān)、正相關(guān)的結(jié)論。
基于該結(jié)論建立了下垂參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整方法；根據(jù)功角曲線的最大值與額定有功功率的比較，提出暫態(tài)事件檢測方法，為自適應(yīng)暫態(tài)穩(wěn)定控制增加了啟動模塊。通過建立仿真模型，驗證了與原始下垂控制相比，自適應(yīng)暫態(tài)穩(wěn)定控制能夠有效地調(diào)節(jié)下垂因子，并提高暫態(tài)穩(wěn)定能力，使光伏電站暫態(tài)穩(wěn)定。此外，在面對不同的暫態(tài)事件時，自適應(yīng)暫態(tài)穩(wěn)定控制均能有效保證光伏電站的暫態(tài)穩(wěn)定性。

暫態(tài)穩(wěn)定性作為光伏電站運行的重要問題，需要得到有效、安全的解決，本文提出的自適應(yīng)暫態(tài)穩(wěn)定控制方法能夠有效解決暫態(tài)失穩(wěn)問題。之后將關(guān)注利用光伏電站與電網(wǎng)進行良好互動，為電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性提供有效支撐。 

原標題：基于光伏電站暫態(tài)特性的自適應(yīng)暫穩(wěn)控制方法