基于导纳重构的大型光伏电站谐波谐振抑制策略

推导出一种基于系统导纳的大型光伏电站稳定性判据,当光伏电站内各逆变器稳定且电网自身稳定时,大型光伏并网系统的稳定性取决于其稳定性环路增益是否满足奈奎斯特稳定性判据。分析表明:电网阻抗的增加降低了系统稳定性,甚至引发谐波谐振,使光伏电站进入不稳定运行状态。通过对并网逆变器等效输出导纳特性的分析,提出对其进行改善的准则,即输出导纳幅值在基频处尽量小,在谐波频率处尽量大,相位在全频范围内不与90°线相交,且具有一定裕度。根据该准则提出一种导纳重构策略,将并网点电压经适当环节反馈至电流控制器输出端,提高系统对电网阻抗变化的适应能力,实现对谐波谐振的抑制。仿真及实验结果验证了理论分析的正确性。     

大型光伏电站谐波谐振机理研究

大型光伏电站与理想电网之间不可忽略的电网阻抗使光伏电站与电网之间以及光伏电站内各并联逆变器之间产生交互作用,这种交互作用会引发大型光伏电站的谐波谐振。为研究大型光伏电站的谐波谐振机理,建立了系统解耦模型,将多逆变器并联系统转化为单逆变器系统进行研究。在解耦模型基础上推导出系统谐振频率、阻尼比以及稳定裕度与电网阻抗及并联逆变器个数之间的函数关系,分析了电网阻抗及并联逆变器个数对系统稳定裕度的影响,从闭环增益角度揭示了大型光伏电站谐波谐振机理。研究结果表明,电网阻抗不会引起系统有源阻尼失效,谐波谐振现象是由电网阻抗引起的系统稳定裕度降低而导致的。仿真及实验结果验证了理论分析的正确性。     

基于阻抗模型的集中式光伏电站谐波放大机理研究

针对现有多逆变器并网系统研究缺乏对集中式大型光伏发电系统建模的问题,利用诺顿、戴维南等效定理对集中式光伏并网系统的发电单元、各级升压变压器、传输线路以及电网进行等值建模,建立并网发电系统的阻抗模型,并在此基础上推导谐波与系统各阻抗间的关系。利用频域分析研究谐波在传输过程中的放大机理,仿真结果给出了谐波电流放大倍数受阻抗模型的等效电源系数与等效耦合导纳的影响关系,为后续研究谐波抑制策略提供理论基础。     

大型光伏电站谐振现象分析

建立了大型光伏电站的诺顿等效模型,推导了逆变器输出电流和并网点电压表达式,研究了光伏电站中由无功补偿装置、升压变压器漏感、输电线路阻抗等组成的电网阻抗对三相光伏逆变器并联系统谐振现象以及电能质量的影响。最后建立系统仿真模型进行验证,结果表明:电网阻抗导致系统存在谐振现象,降低系统电能质量;与输电距离增加相比,光伏电站容量增加更容易导致系统电能质量降低;并网点电压的谐波畸变率远大于逆变器输出电流,并网点电压谐波含量更易超标。     

针对电网阻抗的大型光伏并网系统稳定性分析与提高策略

大型光伏并网系统中,一般采用多逆变器并联结构来提高总的光伏并网系统的容量。由于光伏电站的结构特点,随着并网容量的增加,电网阻抗值相对于某一个光伏发电单元而言将会被等效放大,从而导致逆变器控制策略失效且并网失败。文中在光伏并网系统开关平均模型的基础上,详细分析了电网阻抗对于逆变器输出电压和电流的影响,并针对电网阻抗导致的光伏并网系统的不稳定现象,采用虚拟阻抗思想,通过输出电流反馈,实现指令电流与输出电流的协调配合,等效消除电网阻抗对并网电压稳定性和并网电能质量的影响,从而保证系统的稳定运行。最后,通过仿真分析和试验验证了理论分析的正确性。     

大型光伏电站集电系统谐波传递网络分析

大型光伏电站中,每组并网逆变器系统的输出功率(电流)经站内集电系统汇集后向外送出。文献研究表明,即使单台并网逆变器的输出电流谐波较小,多台并网逆变器并联后输出电流的谐波也有可能超标。针对典型大型并网光伏电站拓扑结构,建立了详细考虑站内集电系统结构的大型光伏电站谐波传递网络模型。用节点导纳法在M ATLAB中对算例进行了谐波潮流计算,得出各个节点各次谐波电压相对于该点基波电压的放大倍数,并选取主变压器低压侧节点作为分析对象,与忽略集电系统内部结构时的计算结果作比对,发现谐波电压放大特性发生明显改变。最后分析了集电系统内部LCL滤波器及电缆线路参数对传递网络谐波电压放大特性的影响。     

基于相位裕度补偿的大型光伏电站谐波谐振抑制策略

将电网阻抗对大型光伏电站的影响等效转换为对各台逆变器的影响,分析了等效电网阻抗对系统有源阻尼及稳定裕度的影响:电网阻抗的变化不会使系统有源阻尼失效而引发谐波谐振,但会使系统稳定裕度降低。通过分析稳定裕度对开环截止频率和相位交界频率处闭环增益的影响,揭示出系统谐波谐振机理:稳定裕度的减小导致系统对开环截止频率或相位交界频率谐波的放大作用增强,稳定裕度减小到零时,系统对相应频率谐波的放大作用为无穷大,将引发谐波谐振现象。提出一种基于相位裕度补偿的谐波谐振抑制策略,即采用超前环节补偿系统相位,通过比例环节调整开环截止频率,实现对相位裕度的补偿。所提抑制策略可使系统维持足够的稳定裕度,从本质上抑制了谐波谐振的发生。仿真及实验结果验证了理论分析的正确性。     

弱电网下计及背景谐波的多并网逆变器阻抗重塑谐振抑制方法

弱电网下多逆变器并网系统的谐振问题一直广受关注,当计及背景谐波时,逆变器的电网电压前馈环节引入正反馈通路,将进一步恶化系统的电能质量。鉴于此,提出了一种弱电网下计及背景谐波的多并网逆变器阻抗重塑谐振抑制方法。通过对逆变器的控制环节进行导纳划分,建立基于三分解导纳的多逆变器并网等效模型,并利用模态分析法得到逆变器数量和电网侧阻抗变化时系统的谐振特性。计及电网电压前馈和电容电流反馈环节,对加权电流控制进行改进,并通过公共耦合点并联虚拟导纳对逆变器进行阻抗重塑,以实现对弱电网下系统谐振的抑制。仿真结果表明,所提方法既能极大地减小背景谐波对逆变器输出电流的影响,又能有效地抑制弱电网下多逆变器并网系统的谐振。     

考虑SVG补偿装置的大型光伏并网系统振荡分析与抑制

大型光伏电站由于远离负荷中心,长距离输电线路所产生的电网阻抗不可忽略,电网阻抗对于多逆变器相并联的大型光伏电站中某一个光伏发电单元而言将会等效放大数倍,从而造成并网点电压降低导致系统不稳定。光伏电站中的静止无功发生器(static var generator,SVG)等无功补偿装置可以用来降低电网阻抗对于并网点电压的影响。然而,研究发现,在补偿容量逐渐增大的情况下,无功补偿装置与逆变器系统之间的相互影响将会使系统出现振荡现象,而在逆变器控制回路内采用串联校正方式可以有效消除这种现象,从而保证系统的稳定运行。仿真结果与实验验证了理论分析的正确性。     

计及谐波影响的光伏逆变器控制方法研究

在光伏并网发电过程中,为了不影响电网的电能质量,逆变器输出并网电流谐波分量应该满足相关的并网标准。文章提出了一种基于阻抗分析的方法,分析了光伏并网逆变器与含背景谐波电网之间的谐波交互影响问题。光伏并网所引起的谐波谐振问题产生的根本原因是逆变器等效输出阻抗和电网等效阻抗在并网公共连接点(POC)处存在阻抗交点,且在交点位置阻抗和值最小,此时并网电流幅值将明显增大,即产生谐波谐振现象。为了分析这一问题,本文建立逆变器的诺顿等效模型,推导逆变器的等效输出阻抗表达式,并基于光伏并网谐波电压、电流的最大限值及谐波谐振条件,分析逆变器等效输出阻抗的合理取值范围。在此基础上,采用PI控制、准PR控制两种不同的控制方法调节逆变器等效输出阻抗,有效的抑制谐波,并避免谐波谐振现象的产生。通过仿真实验,验证了本文方法的有效性。     

电网电压前馈控制VSG的阻抗建模与并网稳定性分析

针对电网电压谐波背景下虚拟同步发电机（VSG）并网电流畸变及并网稳定性下降问题,文中提出了一种基于电流环的电网电压前馈控制策略。从入网电流传递函数出发,设计电压前馈控制模块以消除背景谐波的影响,并基于谐波线性化方法分别建立加入前馈控制前后的VSG序阻抗模型,对其在各频段阻抗特性及并网稳定性上的影响进行对比分析。结果表明,引入该前馈控制等同于在VSG输出端并联虚拟阻抗,输出阻抗的高频段幅频曲线上移,可以改善非理想电网条件下的并网电流质量。同时,中高频段相频特性由容性矫正为感性,可以消除并网条件下的谐波振荡风险,提高交互系统稳定性。最后,基于实时仿真实验平台（RT-LAB）硬件在环实验验证了文中控制策略及理论分析的正确性。     

孤岛模式下逆变器并联系统的谐振特性分析及其抑制策略研究

针对孤岛模式下逆变器并联系统的谐振问题,首先建立考虑数字控制延时以及数字滤波等非线性因素的单台逆变器系统等效模型,并由此扩展得到孤岛模式下多逆变器并联系统的等效模型。进一步提出利用孤岛模式下逆变器并联系统的等效导纳进行系统的谐振特性分析,分析结果表明多逆变器之间谐波交互可能引发系统谐振,且系统的谐振特性与虚拟阻抗、负载以及反馈滤波器等因素密切相关。最后,针对系统的谐振抑制提出合理选取虚拟电感大小并在电流反馈环节引入串联反馈滤波器的新策略。实验结果验证了所建孤岛模式下逆变器并联系统数学模型的正确性以及所提出的谐振特性分析方法和谐振抑制策略的可行性。     

弱电网下LCLCL型并联逆变器并网系统的电流优化控制

针对LCL型滤波器存在的缺陷,采用基于电容电流比例反馈的LCLCL型滤波器,在保留传统滤波器高频谐波衰减能力的前提下,实现了在系统开关频率处对谐波的陷波作用。建立了弱电网下两台并联逆变器并网系统的诺顿等效模型,分析了电网阻抗在逆变器与电网之间的耦合作用;考虑电网阻抗影响的电网电压前馈控制会引入一条额外的并网电流正反馈回路,降低系统的相位裕度;通过采用谐振前馈控制,可实现前馈控制与电流控制在基波频率的中高频段处解耦,提高系统的稳定性,优化并网电流的品质。最后通过Matlab/Simulink的仿真分析验证了所提策略的可行性和有效性。     

一种用于高压混合有源电力滤波器的复合控制方法

针对一种适用于高压交流系统的混合有源电力滤波器结构,提出了新的复合控制方法,较好地满足了谐波补偿控制系统稳定性和补偿精度的要求。该方法能精确补偿事先指定的若干次负载谐波电流,同时能削弱泄漏到系统中其余次数的谐波电流,并可以阻尼滤波器支路和系统阻抗间可能的谐振。该方法滤波效果好,实现简单,适用于高压交流系统的谐波补偿。仿真和实验结果证明了复合控制方法的有效性。     

虚拟同步机并网运行下电网谐波抑制和故障穿越策略

广西电网有限责任公司电力科学研究院,广西 南宁 530023     

一种串联混合有源电力滤波器的新型控制方法

采用传统检测电网谐波电流的控制方式时，串联混合有源电力滤波器的谐波补偿性能与系统稳定性之间存在矛盾。文中在传统控制方式基础上增加了一个比例微分环节，能同时提高系统稳定性和谐波补偿性能，并更好地阻尼电网阻抗和并联无源滤波器之间可能产生的谐振。仿真和实验结果证明了所提出的方法的正确性。     

弱电网且谐波畸变背景下分布式电源并网系统谐振抑制

分布式可再生能源接入配电网远端场景下，并网逆变器系统可能同时受到弱电网较大内阻抗及其背景谐波的影响，而仅优化并网逆变器的控制设计却不易有效解决这一问题。提出一种弱电网且谐波畸变背景下分布式电源并网系统谐振抑制方法。该方法将并网逆变器电网电压全前馈控制与并联接入的有源阻尼器相融合，利用前者抑制谐波电压畸变的影响，利用后者重塑并网系统的输出导纳，抑制并网系统与弱电网间的谐振。同时，给出有源阻尼器虚拟电阻阻值的设计方法以及提升并网系统的截止频率的方法。基于Matlab/Simulink的时域仿真结果表明，所设计的并网系统既能够有效抑制谐波电压畸变引发的并网电流畸变，也能够抑制因网侧导纳存在而引起的谐波谐振。