Page 76 - 电力与能源2021年第八期

4 4 2 张思源, 等: 光伏并网系统的谐波谐振评估与安全防控

问题亟待解决。针对这些问题, 为避免特征值计
算, 根据谐波导纳矩阵中各元素估计特征值的分
布范围求解光伏并网系统谐波谐振安全域逐渐成
为热点。目前光伏并网主要集中在光伏阵列的网
络拓扑结构及控制策略的探究, 围绕降低光伏并
网系统的输出谐波含量、 光伏发电的最大功率点
图 2 RLC 电路图
,
跟 踪 ( Maximum Power Point Trackin g 简 称
1 S ( 1 )
MPPT ) 技术 、 谐波劣化影响因子等方面展开, 而 C S +2 αS +ω r
2
2
对于光伏电站并网后, 谐波源主导控制器参数对 其中, Q 等于ω r 2α , 在谐振频率ω r 稳定的状
/
输出电能质量的影响则鲜有探索。本文在建立光 态下其变化取决于 R 值的改变。因此, Z m ω r 的
( )
伏谐 波 源 等 效 模 型 的 基 础 上, 基 于 Gersch g orin 值也可能受到 Q 的影响。然后, 通过用 j w 代替
圆盘定理求解状态矩阵的最优相似变换模型, 从 S , Z m 的虚部与实部之比, 也是tanγ , 可以导出如
而构建出光伏逆变器参数的安全域。 下公式:
2
( ) ω r -ω 2
1 谐振模态分析 tan γ = I m Z m = ( 2 )
( )
R e Z m 2αω
,
1.1 新型模态分析法 式( 2 ) 中, 未知变量, 即α 和ω r 可以通过在
2
本文采用频域模态分析方法, 考虑光伏并网 图 1 所示的图上任意选择两点来求解。综上分析
过程中谐波源的输入导纳, 对整个拓扑网络进行 可知: 频率ω r 的变化会导致 Q 值的改变, 同时影
了模态分析, 着重考虑了引起谐振模式的品质因 响发生谐波谐振的峰值, 这是本文所提方法的基
数 Q , Q 因子和模态阻抗的大小一样重要。运用 本出发点。
奈奎斯特图( 见图 1 ) 计算谐振频率和品质因数, 1.2 谐振模态灵敏度
更能直观地反映出状态矩阵的盖尔圆圆心是否处 谐振灵敏度揭示了电力系统各参数波动对谐
于基于圆盘定理构建的参数稳定域内。 振模态的影响因素, 对于电力系统拓扑结构设计、
参数优化等方面起到了不可或缺的作用。为分析
电力系统各参数对谐振频率及幅值这类重要谐振
指标的影响程度, 提出一种谐振模态灵敏度分析
方法。该分析方法以复导纳矩阵为依据, 针对谐
振频率及幅值两个主要谐振指标, 来分析各电网
中各参数对其产生的影响。利用该方法, 可克服
实数矩阵维数过高、 计算时间冗长的缺点, 而且也
可解决实数矩阵中两个不同模态会产生重复谐振
信息的问题。
图 1 奈奎斯特阻抗图
对于谐振模态灵敏度指标的定义: 设 P 为并
可以按照图 1 所示的示意图在奈奎斯特图中
网系统局部参数, α% 为扰动系数。令系统局部参
绘制 Z m 见图 2 ), 该方法被称为“ 圆拟合” 方法。
(
(
(
数为 p 1+ α% ) 和 p 1- α% ), 由此求出光伏并
模态阻抗 Z m 是网络中导纳的线性组合, 可能有
网系统首次谐振的频率与幅值, 分别用 Z ( 1+α% ) 、
多个谐振频率。在所研究的谐振频率 ω r 附近的
Z ( 1-α% ) 、 ( 1+α% ) 、 ( 1-α% )表示。
f
f
频率范围内, Z m 的正交性可用于将系统简化为二
谐振模态灵敏度指标定义如下:
阶系统。
[
因此, Z m 可以推导为 S fm = f ( 1 + α% )-f ( 1 - α% ) ] × 100 ( 3 )
2α%
V 1 S
Z m = = = 100
[
I C 2 1 1 S Zm = Z ( 1 + α% )-Z ( 1 - α% ) ] × ( 4 )
S + S + 2α%
RC LC
———谐振频
式中 S Zm ———谐振幅值灵敏度; S fm