單相小功率并網(wǎng)光伏逆變器并聯(lián)仿真研究

周 成，江宏玲，戴新榮，謝 芳

1.安徽國際商務(wù)職業(yè)學(xué)院信息服務(wù)系，合肥，231131；2.安徽省淮委水利科學(xué)研究院，合肥，230088；3.安徽大學(xué)工業(yè)節(jié)電與電能質(zhì)量控制協(xié)同創(chuàng)新中心，合肥，230601

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單相小功率并網(wǎng)光伏逆變器并聯(lián)仿真研究

周 成1，江宏玲2，戴新榮2，謝 芳3

1.安徽國際商務(wù)職業(yè)學(xué)院信息服務(wù)系，合肥，231131；2.安徽省淮委水利科學(xué)研究院，合肥，230088；3.安徽大學(xué)工業(yè)節(jié)電與電能質(zhì)量控制協(xié)同創(chuàng)新中心，合肥，230601

為了給多機并聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計提供理論依據(jù)，建立并分析了單相小功率并網(wǎng)光伏逆變器多機并聯(lián)的等效模型，得出多機并聯(lián)影響的實質(zhì)是倍增了并網(wǎng)輸入電網(wǎng)阻抗和系統(tǒng)諧振點的變化趨勢。依據(jù)電網(wǎng)強弱的穩(wěn)定性判據(jù)，得出多機并聯(lián)時電網(wǎng)阻抗的標(biāo)幺值以及多機并聯(lián)臺數(shù)，利用Matlab仿真驗證了在滿足不使并網(wǎng)點電壓越限且不使電網(wǎng)變成弱電網(wǎng)的前提下，適量增加并機臺數(shù)有利于抑制諧波避免系統(tǒng)振蕩改善系統(tǒng)性能。

多機并聯(lián)；抑制諧波；MATLAB仿真

光伏電站經(jīng)常采用靈活的多逆變器并聯(lián)方式來擴大系統(tǒng)容量，使系統(tǒng)配置更加合理靈活的同時也便于分布式光伏發(fā)電的大規(guī)模工程應(yīng)用[1]。由于受環(huán)境和天氣條件的影響較大，易對電網(wǎng)特性產(chǎn)生諸如諧波交互諧振和抬高并網(wǎng)點電壓等不利影響，國內(nèi)外學(xué)者對因多機并聯(lián)引起的電網(wǎng)阻抗倍增對系統(tǒng)的穩(wěn)定性與諧波振蕩等方面做了大量研究[2-4]。本文在分析單相多機并聯(lián)光伏并網(wǎng)逆變器等效模型的基礎(chǔ)上，分析電網(wǎng)阻抗倍增和系統(tǒng)諧振點的發(fā)展趨勢，通過仿真驗證了并得出并網(wǎng)系統(tǒng)的逆變器臺數(shù)對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和系統(tǒng)諧振點的影響，在既定電網(wǎng)并網(wǎng)容量范圍內(nèi)確保多機并聯(lián)系統(tǒng)的公共連接點電壓不越限的前提下，適當(dāng)增加多機并聯(lián)臺數(shù)，有利于抑制諧波避免諧振，從而改善系統(tǒng)性能。

1 多機聯(lián)網(wǎng)并聯(lián)系統(tǒng)建模分析

為了分析多個并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)并聯(lián)的諧波交互影響，有必要建立單相并網(wǎng)逆變器模型(圖1)。

圖1 多臺單相并網(wǎng)逆變器并聯(lián)系統(tǒng)

為不計入變壓器和接線導(dǎo)線所產(chǎn)生的寄生電阻，并且考慮電網(wǎng)阻抗影響的多臺單相并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)[5-6]，圖1(a)中虛框部分所示為n=1時單臺逆變器并網(wǎng)系統(tǒng)，當(dāng)并聯(lián)系統(tǒng)為n臺并聯(lián)時依次合上開關(guān)K1至Kn-1。因?qū)嶋H并網(wǎng)接線較長，其接入導(dǎo)線的阻抗將使各逆變器的接入點電壓存在差異；圖1(b)所示為考慮接入導(dǎo)線阻抗的多臺并聯(lián)系統(tǒng)，其中，Z1、Zn-1分別為第2臺和第n臺等效接入導(dǎo)線阻抗。圖1中μr1至μm表示各并網(wǎng)逆變器輸出側(cè)電壓，μg表示經(jīng)LC濾波后并網(wǎng)點電網(wǎng)電壓，ig表示并網(wǎng)側(cè)電流，Lg表示電網(wǎng)阻抗即變壓器漏抗(只考慮感抗部分)，μα表示接入電網(wǎng)電壓。

圖1(a)中虛框部分所示單機聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)電流i與輸出電壓μr1之比為(1)式所示的導(dǎo)納Y1關(guān)系。當(dāng)合上開關(guān)K1至Kn-1組成圖1(a)所示的n臺并聯(lián)系統(tǒng)并考慮在相同工作情況下即令μr1=μr2=…=μm=μr≠0時，則圖1(a)所示的多機聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)下有式(2)所示的單機等效導(dǎo)納關(guān)系Y2。

(1)

(2)

圖2 考慮逆變器輸出等效阻抗的多并聯(lián)系統(tǒng)

2 電網(wǎng)影響分析

(3)

圖3 10 KV電網(wǎng)多機并聯(lián)系統(tǒng)

3 仿 真

使用Matlab對上述多機并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究。仿真參數(shù)設(shè)置如下：逆變器電抗L=1.4 mH,電網(wǎng)等效阻抗Lg=0.03 mH，開關(guān)時間Ts=1/16 000 S,調(diào)制比Kpwm=350，比例系數(shù)Kp=0.02，時間常數(shù)Ti=0.004,電容內(nèi)阻R=0.1歐姆。改變Lg相當(dāng)于改變并機臺數(shù)，圖4所示為并機臺數(shù)為10臺(設(shè)置Lg=0.3 mH)和48臺(設(shè)置Lg=1.44 mH)并于電壓源頭分別加入特征諧波3 800 Hz和2 000 Hz后系統(tǒng)發(fā)生諧振的波形對比。

圖4 并聯(lián)臺數(shù)不同時電網(wǎng)波形對比

由圖4仿真結(jié)果可知，在并機臺數(shù)不使并網(wǎng)點電壓越限并且不使電網(wǎng)變成弱電網(wǎng)的前提下,適量增加并機臺數(shù)可有效抑制諧波避免系統(tǒng)振蕩。

4 結(jié)束語

本文在對多機聯(lián)網(wǎng)并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行建模和對電網(wǎng)影響分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了仿真，為多機并聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)計提供了理論依據(jù)。采用單相小功率光伏并網(wǎng)逆變器多機并聯(lián)系統(tǒng)的實質(zhì)是倍增了電網(wǎng)阻抗并使系統(tǒng)諧振點發(fā)生改變，依據(jù)電網(wǎng)強弱的穩(wěn)定性判據(jù)，可在給定電網(wǎng)拓?fù)湎滤愠龆鄼C并聯(lián)時電網(wǎng)阻抗的標(biāo)幺值和并聯(lián)臺數(shù)。仿真結(jié)果驗證了要使并入電網(wǎng)為強壯電網(wǎng)(電網(wǎng)阻抗標(biāo)幺值小于0.1 p.u)，在給定電網(wǎng)容量允許范圍內(nèi)，適當(dāng)增加并聯(lián)臺數(shù)有利于抑制諧波避免系統(tǒng)振蕩從而改善系統(tǒng)性能。

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(責(zé)任編輯：汪材印)

10.3969/j.issn.1673-2006.2017.05.030

2017-01-26

安徽大學(xué)博士啟動經(jīng)費項目(J01001961)；安徽省教育廳自然科學(xué)研究重點項目(KJ2017A861)；國家青年自然科學(xué)基金項目(51607002)。

周成(1983-)，安徽合肥人，碩士，助教，研究方向：電力電子技術(shù)。

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：1673-2006(2017)05-0107-03