光伏并網(wǎng)對電網(wǎng)諧波的影響及抑制

李超

【摘 ?要】近年來，我國對電能的需求不斷增加，電網(wǎng)建設(shè)越來越多。本文以光伏發(fā)電原理和它的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，分析研究了帶有LCL濾波器的光伏逆變器的電路模型，并且根據(jù)濾波器參數(shù)的推導(dǎo)公式，對其設(shè)置合理的參數(shù)。針對LCL型光伏并網(wǎng)逆變器存在的諧振問題，選擇了電容支路串聯(lián)電阻的阻尼控制策略。最后用MATLAB/simulink進(jìn)行了仿真，從并網(wǎng)電流、電壓波形質(zhì)量方面驗證了它們具有良好的諧振抑制效果。

【關(guān)鍵詞】LCL濾波器;光伏并網(wǎng);諧波抑制

1電力電子系統(tǒng)和電源自身原因而產(chǎn)生的諧波

（1）發(fā)電機(jī)的三相繞組很難在繞制中做到完全對稱。（2）鐵心要做到大小完全均勻一致，也是非常困難的等結(jié)構(gòu)及制造的因素。上述的2種因素，使得電力電子系統(tǒng)電源基波U、諧波E在同一時間出現(xiàn)，但數(shù)值很小，在研究電力電子系統(tǒng)諧波問題時往往就忽略了。變壓器產(chǎn)生的諧波是在輸配電系統(tǒng)中主要因素，因為鐵芯在飽和的時候，是非線性器件，是呈非線性磁化曲線，飽和程度和波形畸變成比例關(guān)系，由于工業(yè)設(shè)計一般考慮經(jīng)濟(jì)性，磁化線在近飽和區(qū)域就是磁性材料處于工作區(qū)域，因而就會有諧波I的出現(xiàn)。輸配電設(shè)備裝置和電源就算產(chǎn)生諧波，可是這2個方面出現(xiàn)的諧波往往都是占不大的比例。

2并網(wǎng)光伏電站的建模

在電力系統(tǒng)綜合分析軟件ETAP的環(huán)境下，搭建仿真模型。文獻(xiàn)概述了先進(jìn)的電力系統(tǒng)仿真軟件ETAP的功能和特點(diǎn)。文獻(xiàn)提出了在ETAP中的兩種等值方法，由于數(shù)據(jù)測量點(diǎn)的不同，所搭建的模型也不盡相同。如圖1所示，太陽能光伏電池經(jīng)過逆變器、變壓器后并入電網(wǎng)的兩種等值模型。若在變壓器前測量數(shù)據(jù)，則需要在搭建模型時，在光伏電站等效電網(wǎng)與并入電網(wǎng)的母線之間加升壓變壓器。但此時，就需要考慮變壓器損耗以及其產(chǎn)生的諧波;若將整個發(fā)電、逆變以及升壓即整個光伏電站作為一個整體，只需要測量接入電網(wǎng)母線測的數(shù)據(jù)，不需要考慮變壓器損耗，在仿真中可減小其他數(shù)據(jù)誤差，對整個變電站而言，更為精確。光伏電站的等效電網(wǎng)模型中需要數(shù)據(jù)參數(shù)有：額定電壓（RatedkV），控制模式（Mode），短路額定值（SCRating），諧波（Harmonic）。

3諧波的影響及抑制

光伏產(chǎn)電并網(wǎng)會產(chǎn)生諧波干擾。所以從光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的需要出發(fā)，在其中設(shè)置濾波器，它可以使入網(wǎng)電流滿足實際需要，而且還使逆變器輸出電壓中的THD得到了有效的控制。圖1為LCL型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

4光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣結(jié)構(gòu)

光伏電站系統(tǒng)主要組成：太陽能電池組件、直流匯流箱、逆變器、升壓變壓器。太陽能光伏電池是將照射在半導(dǎo)體材料上的太陽能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電設(shè)備。其原理是逆變器是把方陣輸出的直流電轉(zhuǎn)化成與電網(wǎng)電力相同電壓和頻率的交流電，同時還起到調(diào)節(jié)電力的作用。根據(jù)逆變橋的相數(shù)、逆變器功率變換的級數(shù)和輸入、輸出方式的不同，其可分成不同的種類。在光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中，將太陽能電池組件接收來的太陽輻射能量，經(jīng)過直流匯流箱、逆變器、升壓變壓器后向電網(wǎng)輸出與電網(wǎng)電壓同頻、同相的正弦交流電流后，直接或通過變壓器接入電網(wǎng)。以大量的電力電子元器件組成的光伏逆變器，在逆變時產(chǎn)生的諧波，是光伏電站主要的諧波源。

5電網(wǎng)中諧波的分析方法

電網(wǎng)中諧波的分析方法和技術(shù)檢測是全方位分析電網(wǎng)中電子電力系統(tǒng)諧波問題，像電子電網(wǎng)中電子電力系統(tǒng)諧波的檢測、電子電力系統(tǒng)諧波源的分析、電子電力系統(tǒng)諧波的抑制、電子電力系統(tǒng)畸變波形的分析等，而電子電力系統(tǒng)諧波的檢測是一個很重要方面。但隨機(jī)性、非平穩(wěn)性、分布性等多方面因素可能造成電子電力系統(tǒng)的諧波，假如要實現(xiàn)精確即時的電子電力系統(tǒng)諧波的檢測不是一件非常簡單的事情，所以，隨著全世界交流電力系統(tǒng)的飛速進(jìn)步，多種諧波檢測方法也雨后春筍般涌現(xiàn)出來，像基于傅氏變換的頻域分析法、模擬濾波檢測法、基于瞬時無功功率理論的檢測方法等。目前小波分析在諧波檢測中的應(yīng)用分析主要有以下收獲：（1）基于小波變換的多分辨分析，是把電磁信號分解成很多的f塊低頻段上后當(dāng)作基波分量，不同諧波f高，利用軟件分析諧波的變化。（2）利用小波變換與a=y-b×x相融合同換卡爾曼濾波的時變諧波跟蹤方法，將不同種諧波的時變幅值投影在正交小波基張成的子空間里，再把a(bǔ)=y-b×x猜算它小波系數(shù)，將時變諧波的幅值猜算情況轉(zhuǎn)變成常系數(shù)猜算，最后形成最快速度的跟蹤。（3）把小波變換的小波包讓他能把f空間分的更細(xì)，使電子電力系統(tǒng)中的高次諧波投影到很多地方上，會產(chǎn)生f高、奇異高次諧波信號的特點(diǎn)來對諧波進(jìn)行分析。（4）利用正交小波分解，觀測原信號的每一個分解不同的結(jié)果，得出不同分量的檢測諧波信號，結(jié)果就達(dá)到快速跟蹤的目的。小波變換的理論與應(yīng)用分析還不完善，主要是諧波測量方還需要不斷完善，在現(xiàn)場中的實際應(yīng)用也有待進(jìn)一步提高。人工神經(jīng)網(wǎng)路系統(tǒng)技術(shù)從發(fā)展以來，最開的就是基于神經(jīng)網(wǎng)路系統(tǒng)的檢測方法，而且隨著發(fā)展的電子電力神經(jīng)網(wǎng)路系統(tǒng)，主要是在電子電力系統(tǒng)中也是非常廣泛的應(yīng)用，像負(fù)荷預(yù)測和諧波檢測以及優(yōu)化調(diào)度與預(yù)測等，且在電力電子系統(tǒng)工程技術(shù)應(yīng)用上獲得了較大成果。模型的組建、樣本的選擇和算法的確定等許多情況都選用基于神經(jīng)網(wǎng)路系統(tǒng)的檢測方法，神經(jīng)網(wǎng)路系統(tǒng)實現(xiàn)諧波和iq的檢測對周期性以及非周期性I有速度快，穩(wěn)定的跟蹤能力，對f高隨機(jī)影響也會有比較好的能力識別。

6 仿真波形

如下圖2及3所示。無阻尼調(diào)節(jié)控制下并網(wǎng)運(yùn)作，a、b兩相之間電流、電壓毛刺較多，畸變明顯;而利用無源阻尼調(diào)節(jié)后，波形毛刺降低，更加平滑。諧振能夠造成波形的畸變，而無源阻尼調(diào)節(jié)策略能夠有效減小這種現(xiàn)象。

7結(jié)束語

綜上所述，在含有多個光伏電站的電網(wǎng)中，面對這樣的復(fù)雜問題，建議在電力系統(tǒng)規(guī)劃初期，對產(chǎn)生諧波污染的設(shè)備，應(yīng)在ETAP中對其造成的影響進(jìn)行諧波潮流計算，為抑制諧波污染提供理論依據(jù)。利用這樣的思想，若在系統(tǒng)中建設(shè)新的發(fā)電廠或變電站，可先利用ETAP進(jìn)行諧波評估，了解系統(tǒng)的諧波狀況，改變建設(shè)方案，采取有效措施降低系統(tǒng)中的諧波畸變程度，提高電能質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷一，趙爭鳴，袁立強(qiáng)，等.LCL濾波的光伏并網(wǎng)逆變器阻尼影響因素分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2012，36（21）：36-40.

（作者單位：國網(wǎng)山西省電力公司晉城供電公司）