【導讀】大型光伏荒漠電站子國家公布數量以來(lái)，一直呈上升趨勢有增無(wú)減。目前地面光伏電站6吉瓦，分布式光伏電站8吉瓦。這個(gè)數量完全可以取代過(guò)去所有年份光伏電站的安置數量總和。隨之而來(lái)的，就是光伏電站的諧波補償問(wèn)題以及諧振問(wèn)題。本文詳述了基于光伏電站的諧波補償及諧振抑制技術(shù).
一、大型光伏荒漠電站的發(fā)展概述
圖1. 國內光伏裝機容量示意圖
圖2. 荒漠電站的系統拓撲
荒漠電站的發(fā)展趨勢朝著(zhù)單個(gè)電站容量越來(lái)越大，接入的電壓等級越來(lái)越高的方向發(fā)展。二、大型光伏荒漠電站的電能質(zhì)量問(wèn)題
1、諧波是如何產(chǎn)生的？
光伏電站諧波的產(chǎn)生主要由逆變器、直流母線(xiàn)波動(dòng)、變壓器鐵芯飽和非線(xiàn)性及電網(wǎng)的畸變導致。
逆變器產(chǎn)生的諧波主要由兩部分構成：一部分由死區時(shí)間引起，包括3、5、7、9等低次諧波；另一部分由調制過(guò)程產(chǎn)生，成組的分布于開(kāi)關(guān)頻率整數倍附近。直流母線(xiàn)擾動(dòng)也是產(chǎn)生諧波的一個(gè)源頭，直流母線(xiàn)電壓有一個(gè)暫態(tài)調整過(guò)程，對其電流波形的影響，只能通過(guò)改進(jìn)MPPT方法盡可能減弱，但不可消除。隔離變壓器的鐵心飽和非線(xiàn)性特性也會(huì )導致諧波的產(chǎn)生，同時(shí)，電網(wǎng)畸變嚴重時(shí)，若逆變器發(fā)出理想的正弦電壓，電抗上會(huì )產(chǎn)生諧波電壓差，導致并網(wǎng)電流中含有對應的諧波分量。
圖3.低光照下逆變器輸出電流實(shí)測
大容量光伏并網(wǎng)系統，低功率、弱電網(wǎng)連接時(shí)將產(chǎn)生大量電流電壓諧波。大型荒漠電站由多臺逆變器組成，通過(guò)一個(gè)接入點(diǎn)并入電網(wǎng)，逆變器間將會(huì )相互影響，相互作用，必將存在各次諧波的互相疊加問(wèn)題。弱光情況下逆變器負載率通常在10％以下，并網(wǎng)電流THD通常大于5%，超大型光伏電站容量可能達到百兆瓦級，即使10%的負載率，輸出容量也達到10MW，這時(shí)，光伏電站將成為一個(gè)巨大的諧波源，嚴重威脅到電網(wǎng)的穩定運行。
圖4.實(shí)測光伏電站的諧波曲線(xiàn)
2、諧振是如何產(chǎn)生的？
大型并網(wǎng)光伏電站輸出諧波電流具有寬頻域及高頻次等特性，通過(guò)長(cháng)距離輸電電纜接入電網(wǎng)，因此，輸電線(xiàn)路分布電容的影響不可忽略。 當諧波電流與電網(wǎng)輸電線(xiàn)路參數匹配時(shí)，會(huì )產(chǎn)生并聯(lián)諧振，造成諧波電流放大，進(jìn)一步提升系統的諧波含量。背景諧波電壓與輸電線(xiàn)路參數匹配時(shí)會(huì )產(chǎn)生串聯(lián)諧振造成嚴重的諧波電壓放大。
圖5.架空線(xiàn)的串聯(lián)諧振分析
200-300km的輸電線(xiàn)路易于對3次諧波電壓產(chǎn)生諧振，諧振點(diǎn)處約有5倍的放大。100-200km輸電線(xiàn)易于對5、7次產(chǎn)生諧振，在諧振點(diǎn)處有接近10倍的放大，對其它次數的諧波電壓無(wú)放大。100km內的輸電線(xiàn)路對11、13以及更高次的諧波電壓可能產(chǎn)生諧振，放大系數可能超過(guò)20。由于背景諧波電壓多為3、5、7等低次，需要關(guān)注100km以上輸電線(xiàn)路的影響，諧振將導致輸電線(xiàn)路諧波電壓過(guò)高，嚴重影響光伏電站的穩定運行。
所以，大型光伏荒漠電站所配套的無(wú)功補償裝置，提出了有諧波補償和諧振抑制的需求。
三、特變電工靜止無(wú)功發(fā)生器的諧波補償及諧振抑制技術(shù)
圖6.光伏專(zhuān)用戶(hù)外集裝箱
特變電工靜止無(wú)功發(fā)生器，通過(guò)外部CT測量負載電流或電網(wǎng)電流送到信號板進(jìn)行處理，采用高性能FPGA的諧波檢測算法，快速、準確完成負荷諧波電流的計算。通過(guò)對旋轉坐標系下的基波電流和諧波電流獨立控制，形成諧波電流補償的閉環(huán)控制回路，并產(chǎn)生PWM驅動(dòng)信號到功率器件實(shí)現調制，可對指定次諧波進(jìn)行有針對性的補償，將所需的補償電流輸出到電網(wǎng)，完成諧波濾除的功能，實(shí)現了25次及以下諧波補償能力。同時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測的負載諧波電流及并網(wǎng)點(diǎn)的諧波電壓，調節虛擬諧波阻抗進(jìn)行控制，有效抑制諧振。
圖7.特變電工靜止無(wú)功發(fā)生器投運前35KV實(shí)測二次側電流(電流變比800:5)
圖8.特變電工靜止無(wú)功發(fā)生器投運后35KV實(shí)測二次側電流(電流變比800:5)
通過(guò)投運特變電工靜止無(wú)功發(fā)生器，利用其諧波補償及諧振抑制技術(shù)，有效改善了大型荒漠光伏電站的電能質(zhì)量，提高了光伏電站和輸電網(wǎng)絡(luò )的系統穩定性。
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