一种大型光伏电站谐波谐振特性分析与抑制方法
【专利摘要】本发明公开了一种大型光伏电站谐波谐振特性分析与抑制方法，构建光伏电站输电系统电气模型；利用所述光伏电站输电系统电气模型，计算光伏电站h次谐波传输系数并分析是否发生谐振；基于传统注入式混合有源电力滤波器IHAPF，提出一种谐振抑制方法，实现谐振的抑制。本发明可以为百兆瓦级光伏电站及输电系统规划设计、评估电网接纳光伏电站的能力、大型光伏电站电能质量综合治理等课题提供理论依据。
【专利说明】一种大型光伏电站谐波谐振特性分析与抑制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及新能源发电及输电【技术领域】，特别是一种大型光伏电站谐波谐振特性分析与抑制方法。
【背景技术】
[0002]《全球新能源发展报告2014年》指出:2013年全球总发电22513.8TWh，同比增长4.3%.尽管化石燃料发电量占全球总发电量比重的70 %，但新能源发电依然延续了高速增长的趋势，年发电量同比增速达到13%，占全球发电量总额的5.2%。2013年全球光伏市场的新增装机容量达到38.7GW，累计装机容量达到140.6GW，其中中国新增装机容量为12GW，同比增长了 232 %，接近欧洲2013年新增装机容量总和。近期发布的《2013中国光伏产业发展报告》显示，中国2012年的光伏电站投资总额在450亿元左右，到2015年预计达到1000亿元，这无疑是一个巨大的市场。据此分析，全球光伏市场从以欧洲为核心区域逐步向亚洲转移，中国超越德国，首次成为全球第一大光伏市场。
[0003]以上数据表明，光伏产业不论是在中国还是全球范围内正在经历爆发式增长的黄金期。光伏并网发电系统可以按照电网接入点分为配电侧(低压400V/230V)系统及输电侧(10kV/35kV/110kV)系统。前者一般安装在声调中，也称为分布式发电系统，特点为:1)电流双向流动，可自发自用，也可并网发电；2)大部分为自发自用；3)大部分安装于建筑物上，安装功率受建筑类型限制。后者一般安装于不能用于农田或建筑的开阔地、戈壁或荒漠中，特点为:1)并入高压电网；2)不能自发自用，电站自用电从电网取；3)功率较大，从1丽至数百MW不等；4) 一般无人值守，易于维护，带有气象及运行数据自动监控系统及远程数据传输系统。
[0004]后者相比小型并网光伏系统或离网光伏系统具有效率高、易于维护等优点，是规模化集中利用光伏资源的最有效方式。典型的集中式地面光伏系统拓扑结构参见图1。电站主要由多台发电单元、升压变压器、自用负荷、无功补偿装置等部分构成，每台发电单元由两台500kW光伏逆变器及一台双分裂变压器构成，额定功率为1MW。多台发电单元在35kV母线汇流后经过升压变升到IlOkV或更高电压等级，通过长距离输电线路送至大电网。
[0005]由于输电线路呈感性，当光伏输出大量有功电流时，会造成光伏电站并网点电压降低，因此大型光伏电站一般配置有SVC/SVG等无功补偿装置，一方面补偿升压变及站内输电线路无功消耗，另一方面稳定并网点电压。无功补偿容量一般按照光伏总装机容量的20%配置。
[0006]相比于小容量系统中的逆变器，大型光伏电站用逆变器特点如下:
[0007]I)为提高效率，一般取消直流侧升压电路，通过光伏电池的串联来提高光伏阵列的开路电压，使满足最大功率点跟踪工作电压范围；
[0008]2)逆变器容量较大(250kW_700kW)，开关频率较低(低于3kHz)。
[0009]3)只输出有功功率，实现单位功率因数并网。
[0010]大型光伏电站的这些特点使其谐波输出特性异于传统谐波源。具有如下特殊性:
[0011]I)高次、宽频域性。谐波频率范围即包括3、5、7、9等低次，也包括调制过程产生的高次谐波(20-50次)，频带范围较宽。
[0012]2)随机波动性。谐波幅值波动范围较大，由光伏板温度及辐照度等外部因素决定。
[0013]3)高压渗透性。大型光伏电站是为数不多的高压用户，其谐波将高压系统向其它电压等级渗透，影响接入系统的其它用户。
[0014]光伏电站输电网络中包括容性无功补偿装置SVC/SVG，包括远距离输电线路。容性无功补偿装置及线路分布电容等都易于对光伏电站谐波产生谐振放大。
[0015]对光伏电站的分析中，以基波有功出力为主，谐波分析非常少；现有的光伏电站输配电系统的建模中，输电线路的分布电容参数往往被忽略。线路分布电容易于对宽频域谐波产生谐振，现在抑制方法为补偿线路分布电容，一般采用并联无源滤波器来实现，无源滤波器虽然成本低，但本身也会引起谐振，可能会放大低次谐波，引入新的谐振点。
【发明内容】
[0016]本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种大型光伏电站谐波谐振特性分析与抑制方法，定量分析光伏电站输电网络对谐波的谐振特性，并抑制这类谐振。
[0017]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种大型光伏电站谐波谐振特性分析与抑制方法，包括以下步骤:
[0018]I)构建光伏电站输电系统电气模型；
[0019]2)利用所述光伏电站输电系统电气模型,计算光伏电站h次谐波传输系数A:
[0020]
【权利要求】
1.一种大型光伏电站谐波谐振特性分析与抑制方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)构建光伏电站输电系统电气模型； 2)利用所述光伏电站输电系统电气模型，计算光伏电站h次谐波传输系数*
其中，2 为光伏电站输出的谐波电流^为注入电网的谐波电流7,为光伏电站升压变压器短路阻抗的h次谐波阻抗；ΖΜ,,为光伏电站内负荷的h次谐波阻抗/ 为光伏电站无功补偿装置的h次谐波阻抗；Zc'h为光伏电站线路分布电容的h次谐波阻抗；7为输电线路阻抗的h次谐波阻抗；之⑴,为线路送端负荷的h次谐波阻抗；为电网短路阻抗的h次谐波阻抗； 3)利用h次谐波传输系数么判断光伏电站与电网是否发生谐振:借助Matlab绘制h次谐波传输系数％与谐波频率及输电线路距离的三维波形，若1〃 1> 1，则表明h次谐波在输电系统阻抗网络传输时，会有谐振放大现象产生，进入步骤4) iSbld，则表明传输过种中h次谐波有衰减，结束； 4)检测光伏电站负载侧谐波电流，即光伏电站输出谐波电流Ipv，Ipv乘以负载谐波电流等效控制系数Ic1，得到谐波电流补偿指令； 5)在光伏电站与电网之间并联注入式混合型有源电力滤波器，并计算注入式混合型有源电力滤波器的指令电流参考值IMf:1ref = Mpv+k2UT ;其中Ut为光伏电站并网点谐波电压；k2为谐振抑制等效控制系数； 6)通过PI控制器及注入式混合型有源电力滤波器的调制环节控制注入式混合型有源电力滤波器输出与指令电流参考值相符的谐波补偿电流； 7)上述谐波补偿电流的一部分与光伏电站输出的谐波电流相互抵消，实现谐振抑制，所述谐波补偿电流的另一部分注入电网时，注入式混合型有源电力滤波器等效为并联在光伏电站电网侧的虚拟谐波阻抗Zv(s)，利用Zv(S)改变光伏电站输电阻抗网络的阻抗特性，实现谐振抑制。
2.根据权利要求1所述的大型光伏电站谐波谐振特性分析与抑制方法，其特征在于，所述步骤7)中，Zv(S)的表达式为:
其中，Zf为注入式混合型有源电力滤波器无偏谐无源支路阻抗，Za为分压电抗；GAs) = kr ，kp、ki分别为PI控制器的比例系数及积分系数；k为注入式混合型有源电力滤波器输出电流反馈增益系数，一般取值I ; GpraiW = ^为注入式混合型有源电力滤
I +Is波器的调制环节，其中T为时间常数。
3.根据权利要求2所述的大型光伏电站谐波谐振特性分析与抑制方法，其特征在于，k=1。
4.根据权利要求2所述的大型光伏电站谐波谐振特性分析与抑制方法，其特征在于，T取值为0.0001。
【文档编号】H02J3/01GK104078974SQ201410305329
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】罗安, 谢宁, 徐千鸣, 田园, 谢龙裕, 李泽斌, 王皓 申请人:湖南大学, 长沙博立电气有限公司