【導(dǎo)讀】大型光伏荒漠電站子國家公布數(shù)量以來，一直呈上升趨勢有增無減。目前地面光伏電站6吉瓦，分布式光伏電站8吉瓦。這個數(shù)量完全可以取代過去所有年份光伏電站的安置數(shù)量總和。隨之而來的，就是光伏電站的諧波補償問題以及諧振問題。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(nèi)光伏裝機容量示意圖
圖2. 荒漠電站的系統(tǒng)拓撲
荒漠電站的發(fā)展趨勢朝著單個電站容量越來越大，接入的電壓等級越來越高的方向發(fā)展。二、大型光伏荒漠電站的電能質(zhì)量問題
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、直流母線波動、變壓器鐵芯飽和非線性及電網(wǎng)的畸變導(dǎo)致。
逆變器產(chǎn)生的諧波主要由兩部分構(gòu)成：一部分由死區(qū)時間引起，包括3、5、7、9等低次諧波；另一部分由調(diào)制過程產(chǎn)生，成組的分布于開關(guān)頻率整數(shù)倍附近。直流母線擾動也是產(chǎn)生諧波的一個源頭，直流母線電壓有一個暫態(tài)調(diào)整過程，對其電流波形的影響，只能通過改進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性特性也會導(dǎo)致諧波的產(chǎn)生，同時，電網(wǎng)畸變嚴重時，若逆變器發(fā)出理想的正弦電壓，電抗上會產(chǎn)生諧波電壓差，導(dǎo)致并網(wǎng)電流中含有對應(yīng)的諧波分量。
圖3.低光照下逆變器輸出電流實測
大容量光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，低功率、弱電網(wǎng)連接時將產(chǎn)生大量電流電壓諧波。大型荒漠電站由多臺逆變器組成，通過一個接入點并入電網(wǎng)，逆變器間將會相互影響，相互作用，必將存在各次諧波的互相疊加問題。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，光伏電站將成為一個巨大的諧波源，嚴重威脅到電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。
圖4.實測光伏電站的諧波曲線
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，通過長距離輸電電纜接入電網(wǎng)，因此，輸電線路分布電容的影響不可忽略。 當諧波電流與電網(wǎng)輸電線路參數(shù)匹配時，會產(chǎn)生并聯(lián)諧振，造成諧波電流放大，進一步提升系統(tǒng)的諧波含量。背景諧波電壓與輸電線路參數(shù)匹配時會產(chǎn)生串聯(lián)諧振造成嚴重的諧波電壓放大。
圖5.架空線的串聯(lián)諧振分析
200-300km的輸電線路易于對3次諧波電壓產(chǎn)生諧振，諧振點處約有5倍的放大。100-200km輸電線易于對5、7次產(chǎn)生諧振，在諧振點處有接近10倍的放大，對其它次數(shù)的諧波電壓無放大。100km內(nèi)的輸電線路對11、13以及更高次的諧波電壓可能產(chǎn)生諧振，放大系數(shù)可能超過20。由于背景諧波電壓多為3、5、7等低次，需要關(guān)注100km以上輸電線路的影響，諧振將導(dǎo)致輸電線路諧波電壓過高，嚴重影響光伏電站的穩(wěn)定運行。
所以，大型光伏荒漠電站所配套的無功補償裝置，提出了有諧波補償和諧振抑制的需求。
三、特變電工靜止無功發(fā)生器的諧波補償及諧振抑制技術(shù)
圖6.光伏專用戶外集裝箱
特變電工靜止無功發(fā)生器，通過外部CT測量負載電流或電網(wǎng)電流送到信號板進行處理，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。通過對旋轉(zhuǎn)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?shù)拈]環(huán)控制回路，并產(chǎn)生PWM驅(qū)動信號到功率器件實現(xiàn)調(diào)制，可對指定次諧波進行有針對性的補償，將所需的補償電流輸出到電網(wǎng)，完成諧波濾除的功能，實現(xiàn)了25次及以下諧波補償能力。同時，通過實時檢測的負載諧波電流及并網(wǎng)點的諧波電壓，調(diào)節(jié)虛擬諧波阻抗進行控制，有效抑制諧振。
圖7.特變電工靜止無功發(fā)生器投運前35KV實測二次側(cè)電流(電流變比800:5)
圖8.特變電工靜止無功發(fā)生器投運后35KV實測二次側(cè)電流(電流變比800:5)
通過投運特變電工靜止無功發(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(tǒng)穩(wěn)定性。
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