★ 东莞莞能绿色能源服务有限公司 陈灵

关键词：光伏电站；低电压穿越；滑膜结构控制；自适应；无功

受天气等因素的作用，光伏电站可能会遭遇低电压穿越的问题。当电网电压降低到一定水平时，光伏电站需要能够保持连续运行而不会对电网造成过大影响。滑模变结构控制通过精心设计滑动模态，可以消除系统动态特性的不确定性以及外部扰动的影响，进而实现对系统的精准控制。通过实时检测电网电压和负载电流，计算出光伏电站的有功功率和无功功率需求。然后，利用滑模变结构控制器实现对有功功率和无功功率的快速响应，以实现光伏电站的低电压穿越。实时调整无功功率的控制策略，以适应不同的电网环境和负载条件。

近年来，众多学者对此展开研究，如郑超等人[1]基于广域支路响应，通过多机组协调控制增强系统整体稳定性。但部分模型对光伏电源与电力系统的复杂特性考量尚显不足，尤其在多因素耦合作用下，对低频振荡的产生机理剖析不够深入；齐金玲等人[2]采用自适应滑模控制，通过在线观测电网阻抗变化，动态调整控制增益，抑制弱电网下的谐波振荡。但在弱电网阻抗存在不确定性的情况下，系统难以在复杂工况下维持稳定运行。

在该背景下，本文以光伏电站低电压穿越滑模变结构无功自适应控制方法为研究对象，结合实际情况进行研究与分析。

1   滑模变结构无功自适应控制设计

1.1   建立光伏逆变器数学模型

光伏电站通过并网逆变器接入电网，在同步旋转d - q坐标系下，逆变器的数学模型可描述为式（1）：

式中：ud、uq分别为逆变器输出电压的d、q轴分量；ed、eq分别为电网电压的d、q轴分量； w为电网角频率； Li为滤波电感。采用电网电压定向矢量控制，令 ed = E，e, = 0， 则逆变器输出的有功功率为p和无功功率为。低电压穿越期间，控制目标为优先输出无功电流以支撑并网点电压，因此需对进行快速精确控制。为提高无功电流在电压跌落期间的跟踪速度与鲁棒性，我们设计了滑模变结构控制器。其定义无功电流跟踪误差为，选取滑模面为积分滑模面，以消除稳态误差，并对滑模面求导，结合动态方程，得等效控制律[3]。为保证系统状态在有限时间内到达滑模面并抑制参数摄动及外部扰动，我们引入切换控制项，综合得到轴控制电压为式（2）：

式中：为切换增益；k为指数趋近系数； u为等效控制率。我们通过建立光伏逆变器数学模型，定量描述被控对象，从而能解析地设计出滑模变结构控制器， 最终实现对无功电流的精确控制，以应对电网故障。

1.2   基于模糊逻辑的自适应趋近律

固定增益的切换项E X Sgn(s)会引发系统抖振，且在深度电压跌落时可能因增益不足导致跟踪性能下降或增益过大加剧振荡。为此，我们设计了基于模糊逻辑的自适应趋近律，根据滑模面s及其变化率s&实时调整切换增益。其模糊逻辑系统输入为 和s&，输出为E的调整量As。输入输出模糊集均采用七个语言值，隶属度函数采用三角形函数[4]。模糊规则设计遵循以下原则：当I S l较大时，增大以加快趋近速度；当I S l较小时，减小E 以抑制抖振；同时考虑&的趋势，防止超调。自适应切换增益的更新律为式（3）：

式中：0为初始增益；K为比例因子。将自适应后的代入公式计算，获得自适应滑模控制律，可以有效抑制抖振，同时保证动态响应速度。

1.3   无功电流优先动态分配策略的无功自适应控制

为确保电网故障导致并网点电压跌落时，光伏电站能够持续不脱网运行， 并向电网提供无功功率以支撑电压恢复，设定电网电压跌落深度作为衡量故障严重程度的指标，通过根据跌落深度动态调整无功电流指令，可精准实现有效的电压支撑。因此，在低电压穿越期间，电网电压跌落深度为式（4）：

式中：En 为额定电压幅值。并网规程要求逆变器输出一定量的无功电流以支撑电网。采用动态无功电流优先分配策略，可在逆变器限流范围内实现无功输出的最大化，同时确保有功电流不越限。无功电流指令值的表示为式（5）：

式中：  r max为逆变器允许的最大无功电流；  dm   为无功电流达到最大值时的跌落深度；  In为额定电流幅值。优先确保q*满足规程要求，再根据剩余容量确定d 。实际运行时，需实时检测电压跌落深度，在深度跌落时迅速切换至无功优先模式，以最大限度地利用逆变器容量注入容性无功，主动抬升并网点电压。计算值，然后由滑模控制器驱动逆变器输出，实现了低电压穿越期间的无功自适应控制[5]。通过滑模变结构控制，可以实现无功电流的快速精准跟踪；借助模糊逻辑自适应趋近律，可以有效抑制抖振现象；再结合无功优先分配策略，可以使光伏电站在电网故障期间能提供稳定可靠的无功支撑，既兼顾了发电效率，又保障了电网安全，显著增强了电网的暂态稳定性。

2   实验测试与分析

2.1   搭建实验环境

针对滑模变结构的光伏电站低电压穿越无功自适应控制方法， 我们在Matlab平台中搭建了500kW光伏并网发电系统仿真模型进行实验。实验测试的系统主要参数如表1所示。

表1 系统主要参数表

该实验通过调整光照强度和温度参数来模拟不同的光伏阵列工作条件，并设置不同的负载组合，以模拟光伏电站并网点的实际负载情况。实验设备的安装需确保牢固可靠，以避免设备在运行过程中出现倾倒等意外情况。对电压传感器和电流传感器进行校准，使用标准信号源输入已知的电压和电流信号，调整传感器的输出，使其与标准值一致，确保传感器的测量精度满足实验要求。

2.2   结果与分析

在光伏电站低电压穿越场景中，为精准评估本文方法在抖振抑制方面的效果，我们引入了抖振强度指标。本研究设置三个小组，其中本文方法为实验组，其余方法作为对照组，在跌落深度30%的典型工况下，进行对比实验。实验所得抖振抑制效果如图1所示。

图1 抖振抑制效果图

实验结果表明，在跌落深度30%的工况下，实验组的抖振强度指标计算值为B=2.3A。相较于其他两种方法，本文方法在抖振强度上具有明显优势，有效降低了系统运行过程中的高频振荡。这种显著的抖振抑制效果，得益于本文方法中独特的模糊自适应切换增益设计。该设计使得系统能够在故障发生的瞬间获得足够的驱动力，保证了系统快速趋近于稳定状态，从而及时响应低电压穿越的需求，为电网提供了有效的无功支撑，防止了电压进一步跌落，保障了电力系统的初步稳定性。综上，光伏电站低电压穿越滑模变结构无功自适应控制方法，通过模糊自适应切换增益设计，显著降低了抖振强度，有效提升了系统在低电压穿越过程中的动态响应能力和稳态运行精度，保障了光伏电站与电网的安全稳定运行。

3   结束语

本研究采用滑模变结构控制技术来实现光伏发电系统对有功功率和无功功率的快速调节，以保障系统在电网电压波动或跌落时能够稳定输出，同时减少其对电网的影响。通过动态调整控制参数，光伏发电系统能够在各种复杂电网环境中稳定运行，进而提高了其整体性能和可靠性，使其能够有效应对电网中的非线性以及外部扰动，保证了系统的稳定性。

作者简介：

陈   灵（1985-），女，广东人， 中级工程师， 学士，现就职于东莞莞能绿色能源服务有限公司，研究方向为新能源。

参考文献：

[1] 郑超, 孙华东, 吕思卓. 并网光伏低电压穿越对低频振荡阻尼影响及抑制[J]. 电网技术, 2024, 48 (11) : 4464 - 4472.

[2] 齐金玲, 李卫星, 朱蒙, 等. 直驱风机低电压穿越行为对并网点电压的影响及优化控制[J]. 电力系统自动化, 2023, 47 (7) : 105 - 113.

[3] 郑涛, 王子鸣, 邹芃蓥. 基于相位跳变补偿的虚拟同步发电机低电压穿越控制策略研究[J]. 电网技术, 2023, 47 (1) : 100 - 109.

[4] 路焱, 宋晓辉, 盛万兴, 等. 计及低电压穿越过程电流动态的新能源并网系统暂态同步稳定分析方法和控制策略[J]. 电网技术, 2025, 49 (11) : 4556 - 4567.

[5] 刘昊霖, 贾科, 毕天姝, 等. 接入新能源大基地汇集系统的柔直换流站低电压穿越方法[J]. 电工技术学报, 2025, 40 (3) : 759 - 770.

摘自《自动化博览》2026年4月刊