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
发布时间：2019-09-26 14:44
【摘要】：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。
【图文】：
采用比例—谐振（ＰＲ）控制器可以实现对交流信号的无静差调节，且能有效抑制电网谐波［１３－１４］。为了控制器在电网频率波动时仍能有较好的控制能力，本文在αβ坐标系下采用准ＰＲ控制器对系统进行控制，系统控制框图见附录Ａ图Ａ２。为简化分析，假设直流侧电压不变，为Ｕｄｃ，，有功和无功电流参考值也不变，由于开关频率远大于基波频率，可以采用开关平均模型，此时逆变器等效为一个比例环节Ｋｐｗｍ，只对电流内环进行分析，可得到αβ坐标系下电流内环控制框图如图１所示。图１逆变器电流内环控制框图Ｆｉｇ．１Ｃｏｎｔｒｏｌｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｉｎｖｅｒｔｅｒｉｎｎｅｒｃｕｒｒｅｎｔｌｏｏｐ图１中：各变量已转化到ｓ域，ｋｃ为有源阻尼系数；Ｖαβ为逆变器输出电压；Ｉｉαβ为逆变器输出电流；Ｉ＊αβ和Ｉαβ分别为电流内环的参考值和实际值，Ｖｐｖ为逆变器输出电压，Ｇｃ（ｓ）为ＰＲ控制器传递函数，表达式为：Ｇｃ（ｓ）＝ｋｐ＋２ｋｒωｃｓ／（ｓ２＋２ωｃｓ＋ω２０）；Ｌ１，Ｌ２，Ｃ分别为ＬＣＬ滤波器的逆变器侧和电网侧滤波电感及滤波电容。根据图１可以得到电流内环开环传递函数表达式为：Ｔ＝Ｇｃ（ｓ）ＫｐｗｍＬ１Ｌ２Ｃｓ３＋Ｌ２ＣｋｃＫｐｗｍｓ２＋（Ｌ１＋Ｌ２）ｓ（１）为了提高光伏并网系统的容量，大型光伏并网系统主要采用多逆变器并联结构［１５］，以内蒙古乌拉特后旗４０ＭＷ（峰值功率）大型光伏电站为例，并网
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｅｐｓ－ｉｎｆｏ．ｃｏｍ２电网阻抗的影响及抑制策略２．１电网阻抗对逆变器输出的影响根据上面的分析，由电路理论知识可以得到，当实际并网电流能够跟踪参考电流，随着电网阻抗增大，由于并网电流和电网电压不变，电网阻抗上的压降增加，逆变器输出电压会下降。为方便分析，采用单位功率因数并网且忽略电网阻抗中的电阻分量，并网侧电压矢量图如图２所示，Ｖｇ为电网相电压峰值，Ｖｌ为电网电感上的压降，Ｖｐｖ为逆变器输出电压。随着Ｖｌ增大，Ｖｐｖ由ａ点变为ｂ点，即逆变器输出电压下降。当电网阻抗足够大时，并网点电压会很小甚至为零。附录Ａ图Ａ４为电网电感Ｌｇ变化时逆变器输出电压Ｖｐｖ的变化曲线图，从中可以看出，随着光伏电站容量不断增加，逆变器输出电压逐渐降低。当光伏电站容量增加使得等效电网电感为０．２ｍＨ左右时，逆变器输出电压已降低到正常值的９０％左右，若继续增加系统容量，逆变器输出电压将会持续降低，从电网吸收的无功功率逐渐增加，且过低的电压将会使系统因保护作用而跳闸。因此，在光伏电站扩容的情况下，很有可能会使系统运行点趋近ｃ点，从而导致并网电能质量降低，甚至系统振荡而并网失败。图２并网侧电压矢量图Ｆｉｇ．２Ｖｏｌｔａｇｅｖｅｃｔｏｒｄｉａｇｒａｍｏｎｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｉｄｅ由于在只考虑电网电感的情况下，逆变器输出电压、电感上压降及电网电压满足直角三角形关系，因此逆变器输出电压可以表示为：Ｖｐｖ＝Ｖ２ｇ－Ｖ２i幔欤ǎ常┫匀唬诘缤缪共槐涞那榭鱿拢绺猩涎菇档纳仙沟媚姹淦魇涑龅缪菇档停
本文编号：2542209
【图文】：
采用比例—谐振（ＰＲ）控制器可以实现对交流信号的无静差调节，且能有效抑制电网谐波［１３－１４］。为了控制器在电网频率波动时仍能有较好的控制能力，本文在αβ坐标系下采用准ＰＲ控制器对系统进行控制，系统控制框图见附录Ａ图Ａ２。为简化分析，假设直流侧电压不变，为Ｕｄｃ，，有功和无功电流参考值也不变，由于开关频率远大于基波频率，可以采用开关平均模型，此时逆变器等效为一个比例环节Ｋｐｗｍ，只对电流内环进行分析，可得到αβ坐标系下电流内环控制框图如图１所示。图１逆变器电流内环控制框图Ｆｉｇ．１Ｃｏｎｔｒｏｌｂｌｏｃｋｄｉａｇｒａｍｏｆｉｎｖｅｒｔｅｒｉｎｎｅｒｃｕｒｒｅｎｔｌｏｏｐ图１中：各变量已转化到ｓ域，ｋｃ为有源阻尼系数；Ｖαβ为逆变器输出电压；Ｉｉαβ为逆变器输出电流；Ｉ＊αβ和Ｉαβ分别为电流内环的参考值和实际值，Ｖｐｖ为逆变器输出电压，Ｇｃ（ｓ）为ＰＲ控制器传递函数，表达式为：Ｇｃ（ｓ）＝ｋｐ＋２ｋｒωｃｓ／（ｓ２＋２ωｃｓ＋ω２０）；Ｌ１，Ｌ２，Ｃ分别为ＬＣＬ滤波器的逆变器侧和电网侧滤波电感及滤波电容。根据图１可以得到电流内环开环传递函数表达式为：Ｔ＝Ｇｃ（ｓ）ＫｐｗｍＬ１Ｌ２Ｃｓ３＋Ｌ２ＣｋｃＫｐｗｍｓ２＋（Ｌ１＋Ｌ２）ｓ（１）为了提高光伏并网系统的容量，大型光伏并网系统主要采用多逆变器并联结构［１５］，以内蒙古乌拉特后旗４０ＭＷ（峰值功率）大型光伏电站为例，并网
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ａｅｐｓ－ｉｎｆｏ．ｃｏｍ２电网阻抗的影响及抑制策略２．１电网阻抗对逆变器输出的影响根据上面的分析，由电路理论知识可以得到，当实际并网电流能够跟踪参考电流，随着电网阻抗增大，由于并网电流和电网电压不变，电网阻抗上的压降增加，逆变器输出电压会下降。为方便分析，采用单位功率因数并网且忽略电网阻抗中的电阻分量，并网侧电压矢量图如图２所示，Ｖｇ为电网相电压峰值，Ｖｌ为电网电感上的压降，Ｖｐｖ为逆变器输出电压。随着Ｖｌ增大，Ｖｐｖ由ａ点变为ｂ点，即逆变器输出电压下降。当电网阻抗足够大时，并网点电压会很小甚至为零。附录Ａ图Ａ４为电网电感Ｌｇ变化时逆变器输出电压Ｖｐｖ的变化曲线图，从中可以看出，随着光伏电站容量不断增加，逆变器输出电压逐渐降低。当光伏电站容量增加使得等效电网电感为０．２ｍＨ左右时，逆变器输出电压已降低到正常值的９０％左右，若继续增加系统容量，逆变器输出电压将会持续降低，从电网吸收的无功功率逐渐增加，且过低的电压将会使系统因保护作用而跳闸。因此，在光伏电站扩容的情况下，很有可能会使系统运行点趋近ｃ点，从而导致并网电能质量降低，甚至系统振荡而并网失败。图２并网侧电压矢量图Ｆｉｇ．２Ｖｏｌｔａｇｅｖｅｃｔｏｒｄｉａｇｒａｍｏｎｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｉｄｅ由于在只考虑电网电感的情况下，逆变器输出电压、电感上压降及电网电压满足直角三角形关系，因此逆变器输出电压可以表示为：Ｖｐｖ＝Ｖ２ｇ－Ｖ２i幔欤ǎ常┫匀唬诘缤缪共槐涞那榭鱿拢绺猩涎菇档纳仙沟媚姹淦魇涑龅缪菇档停
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