一种提高光伏发电系统故障穿越能力的混合型控制策略研究
基于不同故障工况下光伏发电系统的输出暂态特性，福州大学电气工程自动化学院、武汉大学电气与自动化学院的研究人员叶韬、郑峰、杨威，在2020年第4期《电气技术》杂志上撰文，提出一种混合型控制策略增强其暂态性能及其故障穿越能力。
该策略依据故障工况下光伏发电系统并网电压跌落程度，采用Non-MPPT算法调节光伏阵列输出功率，解决光伏发电系统并网逆变器直流过压、交流过流问题；利用磁通耦合限流器抑制光伏发电系统故障冲击电流，并与光伏发电系统输出无功电流相配合，进一步抬高光伏发电系统并网电压。在不对称故障情况下，该控制策略还能降低光伏发电系统并网电压不平衡率，减少其并网逆变器直流侧电压所含二倍频谐波分量，整体提高光伏发电系统故障穿越能力。
能源危机与环境问题加快了全球能源结构调整，使可再生能源得到飞速发展。太阳能作为一种清洁、高效的可再生能源，在世界范围内得到了广泛关注。然而随着高渗透率光伏发电系统并入主网，若在主网故障期间光伏发电系统采用被动式自我保护而与系统解列，则会增加电力系统的故障恢复难度，甚至会加剧电力系统故障，最终导致电力系统崩溃。因此，光伏发电系统必须采取有效的故障穿越（fault ride-through, FRT）控制措施，保障电力系统安全稳定运行。
如何抑制光伏并网逆变器直流侧过压、交流侧过流是光伏电站实现FRT的关键问题所在。而目前针对分布式电源（distributed generation, DG）故障穿越问题，主要采用软、硬件两种模式。其中，硬件模式主要包括撬棒电路（chopper circuit）、STATCOM、动态电压调节器（dynamic voltage regulator, DVR）以及超导故障限流器（superconducting fault current limiter, SFCL）等。
撬棒电路通过吸收故障期间并网逆变器直流侧过剩功率，进而抑制直流侧过压，但并网逆变器过流问题并未被充分计及，且电阻型设备投入增加系统功率损耗。STATCOM与DVR均通过抬高逆变器并网点电压，削弱过压、过流对系统的影响，但其结构复杂、投入成本较高，且由于其自身容量问题，电压提升效果有限。
SFCL在故障期间呈现高阻抗特性，抬高并网点电压，抑制故障电流，缓解直流过压问题，但其需失超触发条件，且存在有功损耗。软件模式主要通过采用合适控制策略，抑制并网逆变器过压、过流，并向系统提供无功支撑电网电压。
有学者通过对比例积分（proportional integral, PI）控制器限幅，避免故障电流对并网逆变器的损坏，但该策略未考虑逆变器直流侧过压问题。
有学者基于模型电流预测控制方法使逆变器的输出电流迅速地跟随参考电流指令，并向电网提供无功支撑，整体提升系统暂态性能，但该控制策略也未计及逆变器直流侧过压问题。
有学者提出一种Non-MPPT控制算法，该算法以逆变器输出电流为约束条件，在系统故障期间，通过调节光伏阵列输出功率，并向系统提供无功支撑电网电压，较好解决并网逆变器过压、过流问题，但该算法却忽略光伏发电系统动态恢复性能，且其输出有功的减少将会弱化主系统的暂态性能。
因此，研究设计一种既可解决光伏电源并网逆变器过压、过流问题又能兼顾光伏发电系统暂态性能及主网运行可靠性的故障穿越控制策略就显的十分必要。
福州大学电气工程自动化学院、武汉大学电气与自动化学院的研究人员，依托于两级三相光伏发电系统，根据不同故障工况下光伏发电系统的输出暂态特性，提出一种软硬件相结合的混合型控制策略来提高光伏发电系统暂态性能及其故障穿越能力。
其中，软件部分利用Non-MPPT算法调节光伏阵列输出功率，实现对光伏发电系统并网逆变器直流过压、交流过流的抑制。硬件部分利用磁通耦合限流器（flux-coupled current limiter, FCL）电感特性，抑制光伏发电系统在不同故障工况下的冲击电流，并与光伏发电系统输出无功电流相配合，进一步提高光伏发电系统并网点电压，减少光伏阵列在Non-MPPT运行模式时输出功率的调节量，增强光伏发电系统动态恢复性能。并且伴随着光伏发电系统并网电压的提升，当外部系统发生不对称故障时，该控制策略还能降低并网点电压的不平衡率，减少并网逆变器直流侧电压二倍频谐波分量。
通过Matlab/Simulink仿真软件搭建光伏发电系统模型，根据仿真结果，充分验证所提算法正确性、有效性，为光伏发电系统工程实际应用提供相关理论研究基础，后续将根据现有研究基础搭建实验平台。