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光伏发电并网对配电网谐波特性的影响

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第32卷 第l期 五邑大学学报(自然科学版) 、bll32 No.1 2018矩 2月 JOURNAL OF、 ⅥUNIVERSITY (Natural Science Edition) Feb. 2018 文章编号:1006.7302(2018)01.0067.06 光伏发电并网对配电网谐波特性的影响 贺一鸣 (重庆市市政设计研究院,重庆400020) 摘要:多个逆变器并联接入配电网会产生大量谐波.本文选择典型的光伏并配电网拓扑作为研 究对象,通过仿真和机理分析发现,不同数量并网逆变器的安装会使配电网和光伏逆变器的公 共耦合点处产生更丰富的谐波含量,且THD和TDD都会随着光伏阵列数量的增多而增大,当 光伏逆变器数量达到一定数值时甚至会使得系统失去稳定.针对特定的配电网结构,应当合理 选择并网逆变器的数量,以保证光伏并网的电能质量. 关键词:光伏发电;逆变器;配电网;谐波特性;谐振 中图分类号:TM727 文献标志码:A Impact on Harmonic Characteristics of Distribution Networks with PV Power Generat,ion HE Yi-ming (Chongqing Municipal Institute of Design,Chongqing 400020,China) Abstract:Paralleled inverters are connected to the network and bring in much harmonic.The typical grid-inverters connecting distribution network is chosen for analyzing.Simulation and mechanism analyses show that different numbers of grid—inverters contribute much to the harmonic at the point of common coupling between PV inverters and the distribution network.The more PV generators are installed,the more harmonic will be injected into the distribution network.Moreover,the system may become unstable when the number of grid-inverters comes to a critical value.It is suggested adopting a suitable number of grid-inverters to ensure the power quality of the PV grid—c0nnected system. Key words:photovohaic generators;inverter;distribution networks;harmonic characteristics;harmonic 光伏作为一种清洁可再生的能源,具有诸多优势,例如环保、安全、灵活、高效等,正在快速 渗透到电网,在当今甚至未来的能源结构中发挥愈发重要的作用.据国家能源局发布的2016年全社 会用电量等数据,我国20l6年光伏发电新增并网装机容量34.8 GW,即使考虑保守的预测值,2020 年光伏装机量也将达到133 GW[1】.但是光伏在并网的过程中会产生许多电能质量问题:1)因为使 用太阳能作为能量源,需要利用逆变器将直流电转换成交流电,而逆变器除了具有电压变换的功能 之外,还会带来大量的谐波,使得波形严重畸变.如果不能控制,谐波会对诸如变压器、电缆等电 收稿日期:20l7一ll-03 作者简介:贺一呜(198l一),男,浙江镇海人,工程师,学士,主要从事电气、电照相关专业的科研与设计 工作. f]:邑火 : 报(自然科学版 2018年 气设备造成严重损坏.2)架空线电感、分流电容器与电缆电容的 合·1『能会引起配 发 l 谐振, 配电网在谐振频率处表现为较高的阻抗,通过坝率扫捕法可以观察剑其惜振峰值【21 3) 力电子换 流器或非线性负载也会注入谐波,使得喈波频率处电 被放大 Il-町能损坏设备,导致保护继电器 发乍故障 J. 对此.需要进行一系列研究来优化电 发腱战略以达到提高IU能顷量的}]的I d-5I,迎常tI『以通过 没置合适的滤波器以减少谐波[6-8】.本文 ‘七确定配并阀逆变器的琏 拓扑结构以及控制结构,分析 多台光伏逆变器并 发, 惜振的机邢,然后选择不同数量的光伏电站许入电 进行仿真分析,探寻 其刈0皆波特性的影响. 1 不同数量光伏电站并网的谐波谐振分析 1.1 光伏电站模型 光伏系统仿真摸 } 由光伏阵列、DC.DC变换器、逆变;}{{、LCL滤波器以及功率饥载 成.其 fI’光伏阵列}十】多个光伏模块组成,并EL光伏模块采用多个并联的,J‘ 以达到 高的 JK仳.考虑 光伙阵列的最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)机删,采川 订干j{分调 的增瞳电导法最/J、化跟踪MPPT中的误篪值l 1如 l所示. {I. 伏阵列模7i4的动态特性受人 t光照强度、温度和所选光伏模块特性的影响.DC.DC转换器足fl角定 伏阵列最大功率点跟踪所必 需的.DC到AC转换器fI『以将直流功率转换成交流,能 转移装 f1r以快速适J、 } 变化. 光伏并f)(j0的控制榧 如同2所示,前绒Boost电路通过州 — 比实现对光伏电池输川{电 的 调 ,以达到最人功牢点跟踪控制;后绒许网逆变器通过跟踪指令 流而与电网电 保持颧率和相 位的一致,其中指令电流ffJ位由锁相环(Phase—locked loop,PLL) 踪电网电f ,——◆— MPPT — 合躺A&掘瓜 令 电流 , H删器 PLL 比较器—+I WM l 三角波 图2光伏并网控制框图 1.2光伏电站谐振分析 卺加原jq .u丁以将多个VSC并联的逆变{朴{等效为如【 3所,J 的 组电路的叠』JIj 第32卷第1期 贺一鸣:光伏发电对配电网谐波特性的影响 69 图3 多个光伏并网逆变器的戴维南等效电路 多台逆变器并网和单台逆变器并网有显著的差别,由戴维南等效定理和叠加原理,通常多台光 伏逆变器并网出厂一致被认为工况相同,从公共耦合点(PPC,Point of Common Coupling)看向光 伏侧的等效阻抗可以表示为【8】: 1+-jocLl 1)[ = 赢 , ㈩ 其中,等效阻抗ZM可以表示为网侧阻抗Z 的 倍, 与角频率CO有关,关系如下: : 刍: 二 :刍 . (2) 厶+(1一CO 厶C)·(L2+( 一1)·L ) 图4为戴维南等效阻抗ZM的电路图,该 模型和单个网侧逆变器模型的不同之处在于 该模型的网侧阻抗 随着角频率CO的改变 而变化,因此多逆变器模型可以看作是单个 图4多逆变器并联的网侧电感 的等效电路 逆变器并联变化的网侧阻抗. 200 由式(1)可知,随着逆变器数 100 。 。 量m的增大,从公共耦合节点看进去 璺 的戴维南等效阻抗z 就会减小,随 之系统的阻抗也会减小并导致阻尼 . 减小,从而引起系统失去稳定运行的 状态.由图5可以看到:随着并网逆 变器数量的增加,谐振点会向低频域 ∞ o 偏移,最终可能落入系统阻抗的负阻 避 翼 尼域.进一步可以通过Nyquist图判 定其稳定性. 1O 10 104 10‘‘ 2光伏发电仿真模型 频率/(rad·s 、 图5等效阻抗传递函数的Bode图 图6为在Matlab/Simulink软件中搭建的光伏并网仿真模型,详细仿真参数设置如表l所示 70 五邑大学学报(自然科学版) 2018年 图6光伏并网仿真模型 表1 光伏并网仿真参数 结构 光伏板 仿真参数 标准照度1000 W/m ,开路电压U。 =350 V,短路电流I =15 A, 最大功率点电压Um=280V,最大功率点电流Im=14A DC.DC模块 Boost电路参数: =100 ,C2=300 , =2 kHz LCL滤波器的参数:‘=2mH,Lz=l 5mH,R=0.1Q,C=10 DC.AC模块 PI参数: 交流侧 =10,矗=500 =3 mH u(t)=22Osin(1007tt)v, 3不同安装策略下光伏电站的谐波分析 本文研究光伏系统并人配电网的谐波污染情况,选择图6所示光伏并人配电网拓扑模式模拟 常用拓扑.其中变压器500 kVA,采用11/0.4的△/Y连接.光伏电站分别以不同的数量并联接入总 线,同时为固定的不同大小的负载连接上总线,图6所示为1台光伏逆变器并网,增加的光伏逆 变器采用并网到交流电网的方式.光伏电站在为配电网提供电能的同时,也会将逆变器产生的谐 波注入电网. 在Matlab/Simulink软件中对上述模型进行仿真分析,从而确定不同安装策略下配电网中的谐波 畸变率(THD)、总需求失真(TDD). 由表2可见,随着光伏阵列数量的增多,公共耦合点PCC处的THD和TDD都增大,即谐波畸 变率增大,但该值仍低于中华人民共和国国家标准GB/T12325--2008《电能质量供电电压偏差》规 定中5%的谐波畸变率允许值,同时电流TDD值也满足国标.以上说明工业用电中光伏发电是值得 引入的安全可靠的能量来源. 表2不同数量的光伏阵列安装策略对电压质量的影响比较 % 图7为安装不同数量光伏阵列PCC总线上电流谐波的失真情况.可见,随着光伏安装数量的增 加,PCC总线上谐波的畸变情况越发严重,这是由于光伏阵列不仅作为配电网供电的发电机,还作 为转换电能的逆变器,因此会产生更多的谐波. 第32卷第1期 O.O5 贺一鸣:光伏发电对配电网谐波特性的影响 71 \嗵 UuO 如O 加 0 O O0.04 迪 O.O3 坦 颦 哩 犍 0.02 粳 O.01 0 0 5 l0 15 20 25 30 0 IO l5 2O 25 30 谐波次数 谐波次数 a.不安装光伏 b.安装PV O.5O 1.5O o 40 1.2O 《 0-30 0.9O 嘘 犟 、趟 靛 0.20 想 O.6O O 如加O 加 O 0.10 O.30 O 0 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 谐波次数 谐波次数 c.安装P 和Pv2 d.安装P、‘、P 和PV3 图7不同光伏阵列安装策略的谐波分布情况 图8所示为不同数量变流器运行下PCC点处的电压波形图.由图可见:当光伏并网逆变器数量达 到8台时,PCC点处的三相电压波形已经严重畸变.因此,合理选择光伏并网逆变器的数量是保证光 伏并网电能质量安全稳定的重要前提. O.1O O.11 O.12 0.13 O.14 0.15 O.16 0.17 0.18 时间/8 b.8台逆变器 图8不同数量变流器运行下PCC点处的电压波形 4 结论 虽然常用的光伏并网拓扑可以保证谐波含量被有效控制在国家标准以下,但是光伏安装数量的 增多会使得PCC处的THD和TDD都增大,对此可使用单调谐滤波器以解决奇次谐波的污染问题,也 O UuO五邑大学学报(自然科学版) 2018矩 可以采用陷波控制策略对基波以外的高次谐波进行滤波.由于光伏发电受到光照强度等因素的影 响,后期考虑研究晴雨天工况下PCC处的谐波含量,以及谐波谐振对谐波畸变率的影响情况. 参考文献 [1】VARMA R,RAHMAN S A,VANDERHEIDE T,et a1.Harmonic impact of a 20 MW PV solar frm aon a utility distribution network[J1l IEEE Power and Energy Technology System Journal,2016,12(3):21-26. f2】HUANG Zhenyu,XU W,DINAVAHI V R.A practical harmonic resonance guideline for shunt capacitor applications【J1.IEEE Transactions on Power Delivery,2003,l8(4):1382-1387. 【3】PATSALIDES M,STAVROU A,MAKRIDES G,et a1.Harmonic response of distributed grid connected photovoltaic systems[J】.Researchgate,2008,32(4):64-7 1. 【4】王晓,罗安,邓才波,等基于光伏并网的电能质量控制系统[J】.电网技术,2012,36(4):68—73 【5】郑晨,周林,张密.基于导纳重构的大型光伏电站谐波谐振抑制策略[J].电力自动化设备,2016,36(8): 51.57 [6】DONOHUE P M,ISLAM S.The effect of nonsinusoidal current waveforms on electromechanical and solid-state overcurrent relay operation【J] IEEE Transactions on Industry Applications,2010,46(6):2127— 2l33. 【7】LIU Fengyu,DUAN Siqiang,LIU Feng,et a1.A variable step size INC MPPT method for PV systems【J】l IEEE Transactions on Industrial Electronics,2008,55(7):2622—2628. 【8】田鹏,宣文华,牛益国.基于陷波控制的LCL型光伏并网逆变器谐波谐振抑制研究[J】l电力系统保护与控 制,2016,44(14):82.88. [责任编辑:熊玉涛】 (上接第5页) 参考文献 【1]MARTY F.Sur une generalization de la notion de groupe[C]//Sth Congress Math Scandinaves,Stockholm: 【s.n.】,1 934:45-49. 【2】KEHAYOPULU N.Fuzzy right(1eft)ideals in hypergroupoids and fuzzy bi-ideals in hypersemigroups【EB/OL] (2015-12—19)【2016-06—01].https://arxiv.org/abs/1606.00428vl[math.GM]. [3】KEHAYOPULU N,TSINGELIS M.Fuzzy sets in ordered groupoids[J].Semigroup Forum,2002,65:128—132. 【4】KEHAYOPULU N.Fuzzy sets in 一hypergroupoids【EB/OL].(2016—03—05)[2016—07-03】.https://arxiv.org/abs/ 1 607.00652vl fmath,GM]. [5】DAVVAZ B.Fuzzy hyperideals in semihypergroups[J】l Italian J Pure nd aAppl Math,2000,8(8):67-74. 【6】HASANKHANI A.Ideals in a semihypergroup and Green’s relations[J].Ratio Math,1999,13(13):29—36. [7】KEHAYOPULU N.On hypersemigroups【J].Pure Math&Appl,2015,25:151-156. [8】CORSINI P,SHABIR M,MAHMOOD T.Semisimple semihypergroups in terms of hyperideals and fuzzy hyperideals【J].Iranian Journal of Fuzzy Systems,20 1 1,8(1):95-1 1 1. 【责任编辑:韦 韬】 

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