应用于光伏电站的分散与集中相协调两级滤波实现方法与流程

本发明涉及光伏电站电能质量治理技术领域，具体涉及一种应用于光伏电站的分散与集中相协调两级滤波实现方法。

背景技术

随着新能源发电技术的日趋成熟，光伏发电系统输出电能在电力系统中的渗透率不断提高。大型光伏电站采用逆变器作为光伏阵列与电网之间进行交直流电能变换的接口，而逆变装置因其固有的非线性特性向电网排放大量谐波与无功电流，严重影响并网点电能质量。

为满足光伏电站并网的电能质量要求，目前的惯用做法是在110kv升压站的低压母线串联无源滤波装置。但是，由于光伏发电存在的随机性和波动形，使得无源滤波器易于与电网阻抗相匹配从而引发谐振现象，甚至导致谐波放大。此外，光伏电站一天内出力并不均衡，导致滤波器的无功补偿设计容量需要较大裕度。目前，在光伏电站的电能质量治理领域尚未有一个性价比较高的解决方案。

技术实现要素：

有鉴于此，为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种应用于光伏电站的分散与集中相协调两级滤波实现方法，实现在发电侧分散式滤除输出谐波、并网点集中式提升电能质量。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种应用于光伏电站的分散与集中相协调两级滤波实现方法，在所述光伏电站布置有两级相协调的滤波站，分别为一级滤波站和二级滤波站，作用在于协调运行实现分散式滤除谐波，集中式提升电能质量；

所述一级滤波站设置于光伏发电区域的每个集成滤波箱式变压器内部，一级滤波站包括一组三相调谐滤波器和与之匹配的滤波电容器，调谐滤波器的滤波电抗器作为变压器绕组解耦集成于集成滤波箱式变压器内部，与之匹配的滤波电容器也一同置于集成滤波箱式变压器中；

所述二级滤波站设置于并网升压站内，并网升压站的感应滤波并网变压器采用三绕组式结构，含高、中、低压三个绕组，其中高压绕组和中压绕组连接发电区域与电网作并网升压用，低压绕组为等值电抗为零的滤波绕组，二级滤波站所需的滤波装置通过滤波绕组与并网变压器相连接。

进一步地，所述二级滤波站包括一组调谐滤波器和与之串联的svg设备。

进一步地，对于该感应滤波并网变压器低压绕组的等效阻抗通过下式求得：

式中，z'h12、zh31、zh32分别是高压绕组与中压绕组、高压绕组与低压绕组、中压绕组与低压绕组相互之间的短路阻抗；z3h是低压绕组的等效阻抗，将低压绕组布置于高压与低压绕组之间，通过调节各绕组的结构尺寸，可使得低压绕组的等效阻抗为零。

进一步地，一级滤波站和二级滤波站的滤波器参数根据实际情况协调设计以滤除3、5、7主要次数谐波。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

本发明的两级滤波站协调布置，有利于符合光伏电站并网电能质量要求并减轻并网升压站内无功补偿装置补偿负担；一级滤波站的设计实现以下目的：1)就地抬升光伏逆变器输出电压；2)滤除光伏逆变器所产生的特征次谐波，减轻二级滤波站负担；3)箱变与滤波器集成设计，减小占地面积并简化设备运行管理；二级滤波站的设计实现以下目的：1)抬升输出电压至并网电压；2)集中式实施谐波抑制和无功补偿，保证并网点电能质量满足国家标准；3)阻尼调谐滤波器与电网阻抗之间潜在的谐波谐振现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中的包含两级滤波站的光伏电站一实施例的原理图；

图2为本发明中的集成滤波箱式变压器的原理图；

图3为本发明中的感应滤波并网变压器的原理图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参见图1，本发明的光伏电站包括三个发电区域。两台光伏逆变器和一台集成滤波电抗型分裂变压器构成一个发电单元。20个发电单元组成一个发电区域，其输出电流在35kv汇集线汇流后送至110kv并网升压站。

本发明的一级滤波站设置于单个发电区域内部的集成箱式变压器处。如图2所示，该集成滤波电抗型分裂变压器可以视作一台三相五绕组变压器：一个高压绕组和两个低压绕组构成一台分裂变压器，剩余两个绕组为已和其他供电绕组解除功率耦合的集成滤波电抗器。单个集成滤波电抗器由匝数相等的两段子线圈反向串联而成，两个子线圈的主磁链相互抵消以实现解耦。集成滤波电抗器与置于电气箱的滤波电容器配合工作可以滤除特定次谐波。

本发明的二级滤波站设置于110kv并网升压站内部，由感应滤波并网变压器及其配套滤波装置构成。如图3所示，感应滤波并网变压器为一台三相三绕组变压器，高压绕组直接与电网连接；三组发电区域由35kv架空线接入并网升压站中压绕组；特殊设计的低压绕组为角形接线，由一组单调谐滤波器和一台svg并联构成的配套滤波装置通过角接绕组公共连接点接入主变。根据感应滤波方法的基本原理，滤波用低压绕组等效阻抗应近似设计为零，以保证来自光伏发电区域的谐波电流能在中、低压绕组之间“感应”抵消。

在该实施例中，两级滤波站的滤波器均调谐在5次谐波频率，两者相互协调运行可以滤除大部分特征次数谐波，保证并网点电能质量。

对于该并网变压器低压绕组的等效阻抗可以通过下式求得：

式中，z'h12、zh31、zh32分别是高压绕组与中压绕组、高压绕组与低压绕组、中压绕组与低压绕组相互之间的短路阻抗；z3h是低压绕组的等效阻抗。将低压绕组布置于高压与低压绕组之间，通过调节各绕组的结构尺寸，可以使得低压绕组的等效阻抗为零。

此外，由于调谐滤波器接于变压器的二次侧，变压器的高压绕组充当了系统阻抗并间接增大短路阻抗，故能有效避免谐波谐振现象的产生。

本发明提供的一种应用于光伏电站的分散与集中相协调两级滤波实现方法，在该光伏电站布置有两级相协调的滤波站，作用在于协调运行实现分散式滤除谐波，集中式提升电能质量；其中一级滤波站设置在光伏发电区域内部的每个箱式双分裂变压器中，一级滤波站设置有一组三相调谐滤波器，调谐滤波器的滤波电抗器作为变压器绕组解耦集成于双分裂变压器内部，与之匹配的滤波电容器也一同置于电气箱中；二级滤波站设置于光伏电站的升压并网站内，升压并网变压器采用三绕组式结构，高/中压绕组连接发电区域与电网作并网升压用，低压绕组为实施感应滤波的滤波绕组，其等效电抗设计为零，滤波装置通过滤波绕组接入并网变压器。

具体地，为满足并网要求，二级滤波站包括一组调谐滤波器和与之串联的svg设备。

一、二级滤波站滤波器参数根据实际情况协调设计以滤除3、5、7等主要次数谐波。

本发明的两级滤波站协调布置，有利于符合光伏电站并网电能质量要求并减轻并网升压站内无功补偿装置补偿负担；一级滤波站的设计实现以下目的：1)就地抬升光伏逆变器输出电压；2)滤除光伏逆变器所产生的特征次谐波，减轻二级滤波站负担；3)箱变与滤波器集成设计，减小占地面积并简化设备运行管理；二级滤波站的设计实现以下目的：1)抬升输出电压至并网电压；2)集中式实施谐波抑制和无功补偿，保证并网点电能质量满足国家标准；3)阻尼调谐滤波器与电网阻抗之间潜在的谐波谐振现象。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。