集中式大型光伏并网系统谐振机理及谐振抑制策略研究

发布时间：2020-06-01 23:55

【摘要】：随着光伏电站的大型化发展,单体光伏电站的容量逐渐增大,越来越多的逆变器接入到同一个并网点,导致光伏电站输出阻抗降低,使得等效电网阻抗对光伏电站的影响增强,严重时会引发光伏电站与输电系统谐振甚至不稳定等问题,威胁着大型光伏并网系统的安全稳定运行。论文以增强弱电网中大型光伏并网系统的稳定性、提高电能质量为目的,在深入研究大型光伏并网系统谐振机理基础之上,探讨抑制大型光伏并网系统谐振的方法,具有一定的理论研究价值和工程实际意义。针对现有相关稳定性分析方法的复杂性和对逆变器参数不一致系统适用的局限性,论文以逆变器参数不一致的大型光伏并网系统为研究对象,首次将导纳网络引入到光伏系统的稳定性分析中,并定义了具有若干相同不稳定极点的逆变器集合((37)-集合)。据此推导出了系统中不同逆变器之间以及逆变器与电网之间交互作用的稳定性判据,进而得到大型光伏并网系统的稳定性判据:(a)导纳网络稳定;(b)系统中任意两台逆变器不具有相同的右半平面极点。针对现有光伏并网系统稳定性的分析大都止于研究电网阻抗对稳定裕度或根轨迹的影响这一问题,论文首次通过研究电网阻抗对系统谐波放大能力的影响来揭示谐振机理。等效电网阻抗的增加使得导纳网络对应的环路增益的稳定裕度降低,导致导纳网络对截止频率附近的谐波放大能力增强,当稳定裕度减小到零时,谐波放大能力为无穷大,此时光伏电站导纳与电网导纳在两者的交截频率处共轭匹配,进而引发谐振。对于所有逆变器参数一致的系统,当与其稳定性等价的单逆变器并网系统的稳定裕度降低到零时,逆变器对截止频率处的谐波放大能力为无穷大,此时逆变器导纳与等效电网导纳共轭匹配,进而引发谐振。基于所分析的谐振机理,论文提出一种基于逆变器导纳重构的谐振抑制策略,通过在并网点电压前馈中引入相位滞后环节来校正逆变器导纳的相频特性,使其远离容性,进而保证导纳网络的等效环路增益始终具有足够的相位裕度。同时提出一种带有相位补偿的二阶陷波器来抵消相位滞后环节对逆变器基波跟踪性能的影响。该方法能够在无需实时检测电网阻抗或谐振频率的条件下抑制系统谐振和谐波放大现象。对于所有逆变器参数一致的系统,不同逆变器之间的交互作用可以忽略,据此提出一种基于相位裕度自适应补偿的谐振抑制策略,通过相位超前环节对开环传递函数的相位进行补偿,并根据检测的电网阻抗来实时调节相位补偿量和截止频率,保证逆变器在等效电网阻抗变化过程中始终具有足够的稳定裕度和带宽,进而实现对谐振和谐波放大的抑制。与导纳重构策略相比,该方法需要设计的补偿参数较少,且能够保证逆变器具有足够的带宽,因此对于可以忽略逆变器之间差异的系统,该方法优于导纳重构策略。为了避免采用额外的补偿环节抑制谐振,论文从谐振预防角度提出了一种增强大型光伏电站对电网阻抗适应能力的逆变器参数设计方法。为了寻求逆变器滤波和控制参数的最优匹配,论文首次提出将逆变器的滤波和控制参数进行统一综合设计。且为了同时保证逆变器自身的稳定性和对电网阻抗的鲁棒性,首次将逆变器开环传递函数和输出阻抗(导纳)同时考虑在内进行逆变器参数设计。在设计过程中提出了一种对影响逆变器稳定性和鲁棒性的参数进行归一化的方法,该方法能够简化对逆变器自身稳定性和对电网阻抗鲁棒性的分析。据此可以根据稳定性和鲁棒性要求,并结合开关频率纹波的限制条件简便地设计相关参数。该设计方法无需传统方法中复杂的迭代运算即可同时保证逆变器自身的稳定性和对电网阻抗的鲁棒性。该方法涉及到LCL参数和控制器参数的设计,因此宜用于即将建设的光伏电站的谐振预防中。论文通过仿真和实验对所提大型光伏并网系统稳定性判据及谐振机理的正确性、谐振抑制和预防技术的有效性进行了验证。论文中形成的稳定性分析方法和解决谐振问题的技术方案能够为工程实际中大量新能源并网系统的稳定性研究、谐振抑制及预防提供一定的理论指导。
【图文】：

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图 1.2 组串式光伏电站拓扑结构Fig. 1.2 Grid-connected PV system with group string type structure光伏发电单元…大电网T1高压输电线路110kV/220kV10kV/35kV270V直流汇流箱逆变器直流汇流箱逆变器直流汇流箱逆变器直流汇流箱逆变器直流汇流箱逆变器直流汇流箱逆变器T2…光伏阵列图 1.3 集中式光伏电站拓扑结构

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重庆大学博士学位论文也出现了 630kW 和 1MW 的逆变器。这种方案的主要优点于集中管理，逆变器集成度高、功率密度大，单位发电量的多的组件仅通过一路或者两路 MPPT 进行功率优化，容易劣化等导致的组件失配问题。逆变方案是近几年发展的一种新的技术方案，其拓扑结构案的思想是分散跟踪集中逆变，即 MPPT 和 Boost 功能集块中，每22kW对应一路MPPT优化单元，1MW具备48路独，，可最大限度地减少因阴影遮挡、组件劣化等因素而导致的量损失。经多个智能模块跟踪升压后的直流电连接到一台功一般为 1MW）中进行集中逆变，最后将交流电通过升压变。该方案集成了组串式和集中式的优点，但由于单台逆变器器故障时，对发电量影响较大。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM615

【参考文献】