Page 77 - 电力与能源2021年第八期

张思源, 等: 光伏并网系统的谐波谐振评估与安全防控 4 3
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率灵敏度, 二者物理意义为当系统参数完全改变
时, 光伏系统发生谐振时幅值与频率的变化量。
光伏网络中的各部分参数对光伏谐波源的谐
振有不同的敏感度, 可通过调整谐振点位置来规
避光伏系统的低次和高次特征谐波。
2 光伏谐波源等效模型
图 5 逆变器诺顿等效电路
2.1 光伏谐波源拓扑结构 所示。
光伏并网系统中, 光伏作为谐波源是系统的
核心部分, 可基于单相光伏逆变系统展开对谐波
谐振造成电能质量畸变问题的探究。单项光伏并
网逆变器结构图如图 3 所示。图 3 中, C f 为滤波
器中电容参数; R Lf 为计及滤波电感 L f 的等效输
的等效输入电阻;
入电阻; R g 为计及滤波电感 L g
图 6 单项逆变器诺顿等效电路控制图
基于逆变器控制拓扑图及光伏逆变器诺顿电
i L 为单项逆变桥中的输出电流; i cf 为电容电流; i g
为光伏逆变器并网输出电流; u sabc 为电网输入端
路控 制 图, 推 导 出 并 网 逆 变 器 等 效 输 出 阻 抗 表
电压。
达式:
(
VCf S )
Z 0 S ) = ( 5 )
(
(
- i g S ) i″= 0
进一步可得:
Z Cf Z Lf+Z Cf G inv G ( S )
Z 0 S ) = ( 6 )
(
Z Cf+Z Lf+G inv G ( S )
), 。
其中, Z Cf=1 /( sC f Z Lf=R Lf+sL f
图 3 单项光伏并网逆变器结构图
为了减小谐波干扰问题并简化等效模型, 本
2.2 光伏逆变器等效输出阻抗建模
文对光伏逆变器外环补偿器采用 PI控制方式:
光伏逆变器双环等效控制框图如图 4 所示。
G ( S ) = K p +K I S ( 7 )
/
经双环控制便于获取电网电流的控制策略, 使得
光伏逆变桥臂的开关频率远高于 10 次谐振
弱电网控制系统存在大电感馈线阻抗的情况下也
频率, 可将每个逆变器桥臂的开关周期都视作均
能保持稳定, 同时可采用增大光伏并网系统阻尼
值, 逆变器桥臂的 PWM 信号增益表达式:
的方式抑制谐振 [ 3-4 ] 。图 4 中控制变量上标“ * ”
、
(
为参照信号, G c S ) * G inv G ( S ) 分别为内、 外环补 G inv = V dc ( 8 )
V cm
偿器传递函数。为方便后续计算, 取内环控制器
式中 V dc ———直流母线电压; V cm ———载波幅值。
(
G c S ) 中的比例增益k PC 的值为 1 。
2.3 光伏逆变器谐振现象
电网阻抗曲线与光伏逆变系统等效阻抗的幅
频特性曲线会存在部分交集, 光伏并网的等效阻
抗之和在此交集中为最小值, 并且并网电流幅值
剧增, 此时便会导致光伏网络中谐波谐振现象的
图 4 光伏逆变器双环等效控制框图 产生 [ 8-10 ] , 阻抗交集即为谐振频率点。光伏谐波
为精简模态分析计算流程, 本文基于单相光 源在谐振振幅较低处有助于消除或抑制谐振现象
伏并网逆变器进行建模, 经光伏逆变器向电网中 的产生 [ 4 ] , 此时谐振点( 即阻抗交集处) 处于 10 次
输入电流, 可将逆变系统视为如图 5 所示的诺顿 谐波 频 率 以 上 的 位 置。 因 此, 可 以 通 过 改 变
等效电路 [ 5-7 ] : PWM 信号增益, 提高控制环的应用数量, 改善控

单 项 逆 变 器 诺 顿 等 效 电 路 控 制 图 如 图 6 制器的补偿方式 来优化光伏逆变器的等效输出