近年来，随着全球能源结构向低碳化、清洁化转型，光伏发电因其可再生、无污染、可分布式部署等优势，在新能源利用中占据了重要地位。光伏并网发电不仅能够提高能源利用效率，还能减少对化石能源的依赖，促进能源结构优化。然而，光伏发电具有明显的间歇性和波动性，其并网运行面临电能质量下降、电网稳定性受影响以及保护协调复杂等挑战。为实现安全、高效的并网运行，需要研究并优化适应性强、响应迅速的控制策略。
1. 光伏发电系统概述
1.1 光伏发电系统的组成。光伏发电系统主要由光伏阵列、DC/DC 变换器、逆变器以及并网接口等部分组成。光伏阵列由若干光伏组件串并联组成，通过光生伏特效应将太阳能直接转化为直流电能，是系统的核心发电单元。DC/DC 变换器位于光伏阵列与逆变器之间，承担直流电压变换与最大功率点跟踪（MPPT）控制功能，以保证光伏阵列在不同辐照和温度条件下均能输出最大功率。逆变器负责将直流电能转换为符合电网要求的交流电，同时具备谐波抑制、功率因数调整等电能质量管理功能。并网接口包括断路器、并网保护装置和滤波单元等，确保光伏系统与电网的安全、稳定连接。
1.2 光伏并网系统的工作原理。光伏并网系统的工作过程包括光电转换、功率优化、直流-交流变换以及并网输送。首先，光伏阵列在太阳辐照作用下产生直流电，经DC/DC 变换器进行电压调整，并通过MPPT算法实时跟踪最大功率点，实现最优能量输出。随后，直流电经逆变器转换为与电网频率、电压相匹配的交流电，并经过滤波装置降低谐波含量。最后，通过并网接口将交流电输送至公共电网，与其他电源共同供电。在此过程中，并网控制系统需要保证输出电流的幅值、频率和相位与电网保持同步，并满足电能质量与安全保护要求。
1.3 光伏并网运行的优势与问题。光伏并网运行的主要优势在于利用可再生、清洁能源发电，能够减少温室气体排放，降低对化石燃料的依赖，并在分布式部署中就地供电，减少输电损耗。然而，光伏发电受光照条件影响较大，具有明显的间歇性和波动性，可能引发并网电压波动、频率偏移及电能质量下降等问题。此外，光伏出力的不确定性对电网调度和保护策略提出了更高要求，需要通过先进的控制技术予以应对。
2. 光伏并网控制的关键技术
2.1 最大功率点跟踪技术（MPPT）。由于光照强度和环境温度不断变化，光伏阵列的输出特性呈现非线性，存在唯一的最大功率点（MPP）。MPPT技术旨在实时跟踪并运行在该点，以提高系统能量利用效率。常用的MPPT算法包括扰动观察法（P&O）、增量电导法（INC）和模糊控制等。扰动观察法通过周期性改变工作电压并观察功率变化方向来逼近MPP，结构简单、易于实现，但在光照快速变化时易产生震荡。增量电导法利用功率对电压的导数特性，判断当前工作点相对于MPP的位置，能较好地适应光照快速变化，但算法实现复杂度较高。模糊控制方法基于经验规则调整输出，适应性强、动态响应快，但对参数设计依赖较大。不同算法可根据系统规模、动态要求和硬件条件选择应用。
2.2 并网逆变器控制。逆变器是光伏并网系统的核心设备，其控制方式主要包括电流控制模式和电压控制模式。电流控制模式下，逆变器通过调节输出电流的幅值与相位来控制有功和无功功率，适合并网运行；电压控制模式则通过调节输出电压维持负荷侧电压稳定，常用于孤岛运行或混合运行场景。同步锁相技术（PLL）是逆变器并网的关键，通过检测电网电压相位并实现精确同步，保证逆变器输出与电网一致。此外，逆变器需具备良好的动态响应能力，在负荷或光照快速变化时保持输出稳定，并通过内置滤波器或控制算法抑制谐波，确保并网电流符合电能质量标准[1]。
2.3 电能质量控制。光伏并网运行可能引入谐波、电压波动和闪变等电能质量问题。谐波抑制可通过LCL滤波器、主动谐波补偿控制等方法实现，降低高频成分对电网的干扰。电压波动与闪变控制则依赖快速功率调节能力，当光照突变时，逆变器可通过无功功率调节或结合储能设备平滑功率输出，减小对电网电压的影响。
2.4 并网保护与安全控制。光伏并网系统必须具备完善的保护与安全控制功能。过压/欠压保护用于防止电网异常电压对逆变器及负载的损害，过频/欠频保护则在电网频率异常时切除光伏输出，以保护系统稳定性。岛屿效应检测与防护是并网系统的重要安全机制，当电网断电且光伏系统仍向孤立负载供电时，可能威胁设备和人身安全。常用的检测方法包括被动检测（监测电压、频率变化）和主动检测（注入扰动信号观察响应），并在检测到岛屿状态时迅速断开并网开关。
3. 光伏并网控制策略分析
3.1 恒功率控制策略。恒功率控制策略的核心思想是使光伏系统在并网运行中输出稳定的有功功率，通常与MPPT算法结合，通过调节逆变器输出电流幅值来维持恒定功率。在直流侧，控制系统实时采集光伏阵列的输出功率，与设定值进行比较，利用功率调节器（如PI控制器）调整逆变器触发信号，实现输出功率的稳定。该策略适用于电网稳定性要求较高、需恒定功率供给的场景，如工业并网用户或大规模集中式光伏电站。其优点是有助于电网调度和频率控制，缺点是在光照不足或变化剧烈时，为维持恒功率，可能引起逆变器频繁调节，增加设备应力并降低效率[2]。
3.2 恒电压控制策略。恒电压控制策略通过逆变器调节输出电压的幅值和相位，以保持并网点或负载端的电压稳定。在控制逻辑上，系统实时检测并网点电压，与参考电压比较后，调节逆变器的输出电压以消除偏差。该策略在孤岛运行模式或弱电网条件下尤为重要，可有效支撑电压，防止电压崩溃。在并网运行中，恒电压控制可提供一定的无功支撑，从而改善电网的电压稳定性。优点是电压支撑能力强，适合含有大量分布式能源的局部微电网；缺点是在强电网中可能与电网电压控制策略产生冲突，导致功率交换不稳定。
3.3 恒电流控制策略。恒电流控制策略以调节并网电流为主要目标，通过实时检测输出电流，与参考电流（通常由MPPT或调度命令给定）进行比较，利用电流环控制器调整逆变器的调制信号，确保输出电流波形与电网电压同步并满足幅值要求。该方法能够直接控制有功与无功功率分配，保证电流品质，减少谐波含量和相位误差。恒电流控制适用于对电能质量要求高的并网场景，特别是需要精确无功调节的区域。优点是功率控制灵活，电能质量好；缺点是对控制系统响应速度和采样精度要求高，且在电网波动剧烈时可能需要与其他策略配合。
3.4 多模式切换控制策略。多模式切换控制策略能够根据运行条件在不同控制模式间灵活切换，常见的是并网模式与孤岛模式间的转换。当电网正常供电时，系统以并网模式运行，采用恒功率或恒电流控制策略优化能量输出；当检测到电网故障或停电并存在本地负载时，系统切换至孤岛模式，通常采用恒电压控制以支撑负载电压。自适应控制策略是多模式切换的高级形式，能够根据光照、负荷、电网状态等实时参数自动选择最优控制模式，减少切换过程中的冲击与功率波动。其优势在于提高系统运行的可靠性和灵活性，但实现难度较高，需要复杂的状态检测与控制逻辑支持。
4. 光伏并网控制策略的优化方法
4.1 基于模型预测控制（MPC）的优化。模型预测控制（MPC）是一种利用系统数学模型预测未来状态并优化控制量的先进控制方法。在光伏并网控制中，MPC通过建立光伏阵列、逆变器及电网接口的动态模型，预测短期内的电压、电流及功率变化，并在每个控制周期内求解优化问题，确定最优控制指令。相比传统PI或PID控制，MPC能够同时处理多变量、约束条件及预测性控制问题，适应电网频繁波动和光照快速变化的情况。其优势包括动态响应快、鲁棒性强以及能够直接抑制谐波，但计算量较大，对硬件处理能力要求较高，适合在中大型光伏并网系统中推广应用。
4.2 基于人工智能的优化。人工智能技术在光伏并网控制中的应用日益广泛。神经网络能够通过学习大量运行数据建立复杂的非线性映射关系，实现对MPPT和功率控制的自适应优化；模糊逻辑控制则利用经验规则处理不确定性和模糊信息，能在光照变化剧烈时保持平稳输出。数据驱动的自适应控制方法结合历史数据与实时监测信息，动态调整控制策略和参数，以获得更优的并网性能。这类方法的优势是对系统模型依赖较低、适应性强，尤其适合分布式光伏和复杂电网环境，但需要充分的数据支撑和在线学习机制。
4.3 协同控制与储能辅助。将储能系统与光伏并网系统协同控制，可显著提升并网稳定性和电能质量。储能装置（如锂电池、超级电容）能够在光伏出力高峰时吸收多余电能，在低谷或突降时释放能量，实现削峰填谷和平滑功率曲线。协同控制策略不仅可在有功功率调节中发挥作用，还能提供快速无功支撑，抑制电压波动与谐波，提高并网电流质量。该方法特别适用于高渗透率分布式光伏区域，有助于减轻对配电网的冲击。
4.4 并网控制中的自适应参数整定。并网控制器的性能在很大程度上取决于控制参数的合理设置。自适应参数整定技术利用实时运行数据，对控制器的增益、滤波参数、PLL参数等进行动态调整，以适应光照、电网状态和负载变化。例如，可通过在线辨识方法获取系统等效模型，并据此优化控制器参数，从而提升系统的抗扰动能力和动态响应速度。该技术可与MPC或人工智能方法结合，实现更智能化和精准化的并网控制[3]。
5. 仿真与案例分析
5.1 仿真平台与模型建立。为了验证所研究的光伏并网控制策略的有效性，本文采用 MATLAB/Simulink 搭建仿真平台。光伏阵列模型基于典型单二极管模型建立，输入参数包括开路电压、短路电流、温度系数及辐照度变化曲线；DC/DC 变换器采用升压型拓扑并配合MPPT控制；逆变器部分采用电流控制型VSI结构，并结合PLL实现并网同步。电网模型选取额定电压380V、频率50Hz的三相交流电网，负荷部分设置为混合阻感性。假设条件包括：光伏阵列受辐照度和温度影响的动态变化符合实际测试曲线，电网为理想对称三相系统，储能装置仅用于平滑波动功率。
5.2 控制策略对比分析。仿真对恒功率控制、恒电压控制、恒电流控制及多模式切换控制策略进行了对比分析。在稳态工况下，恒功率控制能保持稳定输出，但在辐照度骤降时出现短时欠功率现象；恒电压控制在孤岛运行中表现出较好的电压支撑能力，但在强电网下有轻微无功波动；恒电流控制能够有效抑制谐波并精确调节有功与无功功率；多模式切换控制在电网故障与恢复过程中切换平稳，输出波形无明显畸变，系统恢复时间最短。仿真结果表明，多模式切换控制在综合性能上优于单一策略。
5.3 工程应用案例。在某50MW并网光伏电站中，采用了改进型多模式切换控制策略。运行数据表明，在高峰负荷和云影快速变化时，该策略能在0.2秒内完成模式切换，电压波动幅度控制在±2%以内，谐波畸变率（THD）保持在3%以下，显著提高了并网稳定性与电能质量。
6. 结论与展望
研究表明，光伏发电系统在并网运行中，其控制策略的选择与优化对系统稳定性和电能质量具有决定性影响。本文通过对不同控制模式的仿真对比及工程验证，发现多模式切换配合先进控制算法在应对光照波动、电网扰动和负荷变化等复杂工况时表现优越，能够缩短动态响应时间并有效抑制电压及谐波波动。针对未来发展趋势，光伏并网控制策略将更加注重与储能系统、分布式电源及智能调度平台的协同运行，并结合实时数据分析和人工智能算法，实现对多变电网环境的自适应优化，从而促进新能源与电网的深度融合与安全高效运行。
参考文献
[1]冯媛媛.分布式光伏并网发电系统控制技术研究[J].电力设备管理,2024(2):95-97.
[2]廖巧玲.分布式光伏发电系统并网稳定性分析与控制策略研究[J].电力设备管理,2024(17):60-62.
[3]马小芳.分布式光伏发电站的并网控制技术和系统设计[J].电力系统装备,2024(9):63-65.
作者简介
冯缨淇（2003.1-）,男，蒙古族 ，内蒙古满洲里市人 ，在读本科生，研究方向：电气工程及其自动化。
