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摘要：实施无功补偿和电压调节，使光伏发电并网系统无功功率得到了自动实时补偿，实现从离线处理到实时处理，从就地平衡到全网平衡，保证电力的供应稳定。
关键词：光伏并网；发电原理；无功补偿
1、前言
世界能源短缺和环境污染等问题日益严重，清洁的可再生能源的发展和应用越来越受到世界各国的广泛关注，光伏并网发电已经成为利用太阳能的主要方式之一。
2、太阳能光伏发电的原理
太阳能光伏发电利用了太阳能电池的光生伏打效应，是一种直接将太阳辐射（直接辐射、散射辐射、反射辐射等）能转化成为电能的发电形式。所谓光生伏打效应就是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN节时，就会在PN节的两边出现电压，叫做光生电压，这种现象就是著名的光生伏打效应。太阳能光伏系统由太阳能电池组件、充放电控制器、逆变器、监测仪表、蓄电池或其他蓄能和辅助发电设备组成。根据其应用场合的不同，太阳能光伏发电系统可以分为离网光伏发电系统、并网光伏发电系统和混合系统3类。离网光伏发电系统广泛建立于距离电网较远的偏远山区、无电区、海岛、荒漠地带等，向独立的区域用户供电。并网光伏发电系统是将用户光伏系统和电网相连的光伏发电系统，这种方式具有对电网调峰、减少建设投入、灵活性强等优点，逐渐成为太阳能光伏发电技术发展的主流趋势，但是存在“孤岛效应”，并网系统的逆变器必须对电网进行监控，一旦发生停电，能迅速停止向电网供电。混合系统具有很强的适应性，可以综合利用各种发电方式的优点，避免各自的缺点，达到对太阳能的充分利用，有较高的系统实用性，但也有其自身的缺点，如控制比较复杂、比独立系统需要更多的维护等。
3、光伏并网发电系统的控制原理
SolarArray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。常规光伏并网型逆变电源的直流母线的电压控制与有源无功补偿和滤波的直流母线的电压控制方式是一致的，即通过并网电流的有功电流分量大小和方向来稳定直流母线电压。因此，两者的统一控制是可行的，通过检测负载交流母线上的无功电流分量，并将其换算为无功补偿电流指令分量，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。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，并保证电流跟蹤的快速性和误差。
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，最大功率跟踪也就是最佳工作电压的选择，控制单元MPPT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*。
要实现有源滤波和无功补偿的控制，其关键技术是电网无功和谐波的检测，为了保证电网的供电质量，系统必须能够实现对无功电流补偿的快速反应。在无功电流检测完成的基础上，其各相检测值作为无功电流分量的指令值，系统产生反相无功电流，与直流电压环输出并网电流的有功分量合成，作为调节器输出电流指令。前者反映了负载所需的无功能量，后者反映了阵列向电网输送的有功能量。K2单元为电网电压前馈控制，可以有效地抑制电网电压对电流跟踪的影响。
4、无功补偿控制方法
为了能够实现对无功电流的实时补偿，需要装置的输出电流能够自动跟踪计算所得到的参考电流。系统通过瞬时无功功率理论的控制算法可实现对无功电流实时检测，得到需要补偿的无功电流。通过对三角波控制方法与滞流环控制方法的分析，系统采用滞流环控制方法实现无功电流补偿。
4.1三角波控制方法
三角波控制方法的原理是将检测得到的电流实际值与参考值之间的偏差与高频三角载波比较，得到PWM脉冲作为逆变器控制各开关器件的信号，在逆变器输出端口检测获得所需电流。由于调节器参数由系统参数决定，并且系统参数难以完全准确地获得，因此参数很难准确确定，需要补偿的无功电流很难准确补偿。电流实际值与参考值之间的偏差须经过调节器转换为电压信号后才能与三角载波相比较。调节器可以是比例调节器，也可以是比例积分调节器。
4.2滞流环控制方法
滞流环控制方法是将补偿电流的参考值与逆变器实际电流输出值的差输入到具有滞流环特性的比较器中，通过比较器的输出来控制开关的开合，从而实现逆变器输出值实时跟踪补偿电流参考值的目的。由于装置是通过电抗器与电网相连，此时装置输出电流的变化率与电抗上的电压差存在线性关系。因此在需要增大补偿电流的时候可控制开关器件使直流侧电压正串在系统电压上，从而增大向系统注入的电流；需要减小补偿电流的时候，控制开关器件使直流侧电压反串在系统电压上，从而减小向系统注入的电流。由于这种线性对应关系，采用滞流环控制方法时不需得到装置输出电压电流之间具体的比例和相位关系，因此较简单实现其补偿功能。
5、结束语
总之，光伏并网发电及其无功补偿的控制大大提高了供电质量，促进了电力行业的发展进步。
参考文献
[1]付永长，蔡皓.太阳能发电的现状及发展[J].农村电气化，2017（9）：57-58.
[2]李安定.太阳能光伏发电系统工程[M].北京：北京工业大学出版社，2015
[3]刘邦银，段善旭，刘飞，等.基于改进扰动观察法的光伏阵列最大功率点跟踪[J].电工技术学报，2016，24（6）：91-94.
关键词：光伏并网；发电原理；无功补偿
1、前言
世界能源短缺和环境污染等问题日益严重，清洁的可再生能源的发展和应用越来越受到世界各国的广泛关注，光伏并网发电已经成为利用太阳能的主要方式之一。
2、太阳能光伏发电的原理
太阳能光伏发电利用了太阳能电池的光生伏打效应，是一种直接将太阳辐射（直接辐射、散射辐射、反射辐射等）能转化成为电能的发电形式。所谓光生伏打效应就是当物体受光照时，物体内的电荷分布状态发生变化而产生电动势和电流的一种效应。当太阳光或其他光照射半导体的PN节时，就会在PN节的两边出现电压，叫做光生电压，这种现象就是著名的光生伏打效应。太阳能光伏系统由太阳能电池组件、充放电控制器、逆变器、监测仪表、蓄电池或其他蓄能和辅助发电设备组成。根据其应用场合的不同，太阳能光伏发电系统可以分为离网光伏发电系统、并网光伏发电系统和混合系统3类。离网光伏发电系统广泛建立于距离电网较远的偏远山区、无电区、海岛、荒漠地带等，向独立的区域用户供电。并网光伏发电系统是将用户光伏系统和电网相连的光伏发电系统，这种方式具有对电网调峰、减少建设投入、灵活性强等优点，逐渐成为太阳能光伏发电技术发展的主流趋势，但是存在“孤岛效应”，并网系统的逆变器必须对电网进行监控，一旦发生停电，能迅速停止向电网供电。混合系统具有很强的适应性，可以综合利用各种发电方式的优点，避免各自的缺点，达到对太阳能的充分利用，有较高的系统实用性，但也有其自身的缺点，如控制比较复杂、比独立系统需要更多的维护等。
3、光伏并网发电系统的控制原理
SolarArray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。常规光伏并网型逆变电源的直流母线的电压控制与有源无功补偿和滤波的直流母线的电压控制方式是一致的，即通过并网电流的有功电流分量大小和方向来稳定直流母线电压。因此，两者的统一控制是可行的，通过检测负载交流母线上的无功电流分量，并将其换算为无功补偿电流指令分量，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。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，并保证电流跟蹤的快速性和误差。
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，最大功率跟踪也就是最佳工作电压的选择，控制单元MPPT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*。
要实现有源滤波和无功补偿的控制，其关键技术是电网无功和谐波的检测，为了保证电网的供电质量，系统必须能够实现对无功电流补偿的快速反应。在无功电流检测完成的基础上，其各相检测值作为无功电流分量的指令值，系统产生反相无功电流，与直流电压环输出并网电流的有功分量合成，作为调节器输出电流指令。前者反映了负载所需的无功能量，后者反映了阵列向电网输送的有功能量。K2单元为电网电压前馈控制，可以有效地抑制电网电压对电流跟踪的影响。
4、无功补偿控制方法
为了能够实现对无功电流的实时补偿，需要装置的输出电流能够自动跟踪计算所得到的参考电流。系统通过瞬时无功功率理论的控制算法可实现对无功电流实时检测，得到需要补偿的无功电流。通过对三角波控制方法与滞流环控制方法的分析，系统采用滞流环控制方法实现无功电流补偿。
4.1三角波控制方法
三角波控制方法的原理是将检测得到的电流实际值与参考值之间的偏差与高频三角载波比较，得到PWM脉冲作为逆变器控制各开关器件的信号，在逆变器输出端口检测获得所需电流。由于调节器参数由系统参数决定，并且系统参数难以完全准确地获得，因此参数很难准确确定，需要补偿的无功电流很难准确补偿。电流实际值与参考值之间的偏差须经过调节器转换为电压信号后才能与三角载波相比较。调节器可以是比例调节器，也可以是比例积分调节器。
4.2滞流环控制方法
滞流环控制方法是将补偿电流的参考值与逆变器实际电流输出值的差输入到具有滞流环特性的比较器中，通过比较器的输出来控制开关的开合，从而实现逆变器输出值实时跟踪补偿电流参考值的目的。由于装置是通过电抗器与电网相连，此时装置输出电流的变化率与电抗上的电压差存在线性关系。因此在需要增大补偿电流的时候可控制开关器件使直流侧电压正串在系统电压上，从而增大向系统注入的电流；需要减小补偿电流的时候，控制开关器件使直流侧电压反串在系统电压上，从而减小向系统注入的电流。由于这种线性对应关系，采用滞流环控制方法时不需得到装置输出电压电流之间具体的比例和相位关系，因此较简单实现其补偿功能。
5、结束语
总之，光伏并网发电及其无功补偿的控制大大提高了供电质量，促进了电力行业的发展进步。
参考文献
[1]付永长，蔡皓.太阳能发电的现状及发展[J].农村电气化，2017（9）：57-58.
[2]李安定.太阳能光伏发电系统工程[M].北京：北京工业大学出版社，2015
[3]刘邦银，段善旭，刘飞，等.基于改进扰动观察法的光伏阵列最大功率点跟踪[J].电工技术学报，2016，24（6）：91-94.