基于NPID下垂控制的构网型逆变器光伏系统性能提升研究：间歇性与不平衡负载下含/不含BESS的对比分析

为解决可再生能源并网中因间歇性和不平衡负载导致的电压不稳定、谐波失真等问题，研究人员开展了构网型逆变器(GFMI)与非线性PID(NPID)下垂控制结合光伏(PV)系统的性能优化研究。通过对比含/不含电池储能系统(BESS)的两种方案，证实BESS集成可将THD从6.27%降至3.27%，功率因数(PF)稳定在0.8以上，显著提升电网抗干扰能力。该研究为高比例可再生能源并网提供了关键技术支撑。

　　

随着全球能源结构向低碳化转型，光伏(PV)等可再生能源的大规模并网面临严峻挑战。与传统同步发电机不同，光伏系统缺乏旋转质量，无法提供惯性支撑，在遭遇间歇性光照或三相不平衡负载时，极易引发电压波动、频率失稳和谐波畸变等问题。尤其当电压不平衡度(VUF)和电流不平衡度(CUF)高达73.6%时，常规控制策略往往束手无策。

为破解这一难题，来自国内某高校的研究团队在《Results in Engineering》发表了一项创新研究。该团队将非线性PID(NPID)控制引入构网型逆变器(GFMI)的下垂控制框架，并首次系统比较了含/不含电池储能系统(BESS)的两种方案在真实天气数据下的性能差异。通过MATLAB/Simulink仿真平台，研究人员构建了15kWp光伏系统模型，采用实测的印尼泗水地区辐照度数据模拟间歇性条件，同时设置极端不平衡负载场景（VUF=CUF=73.6%）。

研究主要运用了三大关键技术：一是基于Clarke-Park变换的dq轴解耦控制，实现正负序分量分离；二是创新设计的NPID下垂控制算法，其非线性增益函数可动态调节KP、KI、KD参数；三是LCL谐波滤波器优化设计，通过基波阻抗Z_b=0.02888Ω实现高频阻断。

Scheme 1结果分析显示，无BESS时系统虽能维持400V电压，但THD达6.27%，且在负载突变时出现5A电流冲击。Scheme 2结果则证实，BESS的引入使THD降至3.27%，功率因数(PF)稳定在0.8353，收敛时间缩短至0.05秒。特别值得注意的是，NPID控制相比传统PID将频率变化率(RoCoF)抑制效果提升35%，瞬态稳定性提高50%。

讨论部分指出，该研究的核心突破在于NPID控制器通过误差敏感型增益函数（如f_p(e)=e/(1+α|e|)）实现了对非线性系统的精准调控。但作者也坦言，当前参数调谐仍依赖人工，未来需结合遗传算法(GA)等智能优化方法。这项研究为构建高弹性电网提供了新思路，其采用的"实测数据+极端工况"验证模式更具工程参考价值。

这项成果的实践意义体现在三方面：对电网运营商，可提升高比例新能源接入下的稳定性；对设备制造商，为开发新一代智能逆变器提供算法支持；对标准制定者，3.27%的THD数据为修订IEEE 519标准提供了案例支撑。随着后续硬件在环(HIL)测试的开展，这项技术有望加速走向工程应用。