考虑电缆宽频特性的光伏电站谐振机理及抑制
发布时间：2021-09-17 04:17
电缆对地电容不可忽视,易引发电缆传输电能的光伏电站发生谐波谐振,危及电站安全运行。针对此,以光伏电站中并网发电单元为研究对象,从光伏发电单元闭环控制的角度揭示与电缆相连的光伏电站的谐振机理。研究表明:考虑电缆宽频域特性,光伏并网发电控制系统闭环传递函数存在多个幅值尖峰,使得其输出电流、公共耦合点电压及电流发生谐波畸变。分析了电缆长度、并网台数等对谐振的影响。进一步提出基于宽频相位补偿的谐振抑制策略,削弱系统传递函数尖峰值,从而达到抑制谐振、减小谐波的目的。最后仿真结果验证了所提策略的有效性。
【文章来源】：电工电能新技术. 2020,39(10)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
光伏电站拓扑结构
根据图2，可得单台并网光伏发电单元复频域数学模型如图3所示。图3中Gpi为电流环PI控制器传递函数，Gpi(s)=kp+ki/s,kp、ki分别为比例系数和积分系数;i2rdq、i2dq、u2dq、vcdq分别为网侧电流参考值、网侧电流、网侧电压、解耦补偿项在dq旋转坐标系下的d、q轴分量，分别为网侧电流参考值、网侧电流、逆变器侧电流、网侧电压、滤波电容电压、滤波电容电流在αβ静止坐标系下的α、β轴分量。Gc/s为dq旋转坐标系到αβ静止坐标系的闭环传函矩阵，Gs/c为αβ静止坐标系到dq旋转坐标系的闭环传函矩阵，均涉及锁相环输出相位，体现了锁相环对系统控制性能的影响，具体为[14]:式中，u2d为网侧电压d轴分量;Gpll(s)为锁相环PI控制器传递函数，Gpll(s)=kpllp+kplli/s,kpllp、kplli分别为比例系数和积分系数。令Zcf=Rf+1/(s Cf),Z1=R1+s L1,Z2=R2+s(L2+Lt)+n Zs，单台光伏并网单元闭环传函矩阵Gb(s)为:
忽略微小项，令Tx(s)=[1-Tpll(s)][1+Tpll(s)],Gs(s)=[ZcfGpi(s)]/(ZcfZ1+Z1Z2+ZcfZ2)，求解可得:图4所示为锁相环PI控制参数不同下的闭环传递函数Gαα(s)、Gαβ(s)、Gβα(s)、Gββ(s)的幅频特性图。其中，l=20 km,n=12，电缆型号为l J-70，光伏并网发电单元参数如表1所示，kpllp和kplli分别按80和20、280和70、480和120、680和170增大。从式(5)和图4可见，锁相环对系统闭环传递矩阵Gb(s)的影响为:(1)Gαα(s)不受锁相环影响;(2)锁相环仅对Gαβ(s)、Gβα(s)和Gββ(s)的低频段特性产生影响，不影响其中高频段特性;(3)中高频段，Gαα(s)和Gββ(s)幅频特性重合，Gαβ(s)和Gβα(s)幅频特性重合;(4)中高频段，Gαα(s)和Gαβ(s)幅值不同而形状相同。这是由于一般参数下的锁相环，仅影响逆变器低频段阻抗[14]。对于上述系统，可认为Tx(f>0.5k Hz)≈1。而本文研究谐振一般发生在中高频段，因此可略去锁相环的影响，认为Tx(s)≈1,Gαα(s)≈Gββ(s)≈Gβα(s)/(Lω0)≈-Gαβ(s)/(Lω0)。为简化分析，下文仅通过传递函数Gαα(s)分析电缆传输电能的光伏电站谐波谐振。
本文编号：3397947
【文章来源】：电工电能新技术. 2020,39(10)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
光伏电站拓扑结构
根据图2，可得单台并网光伏发电单元复频域数学模型如图3所示。图3中Gpi为电流环PI控制器传递函数，Gpi(s)=kp+ki/s,kp、ki分别为比例系数和积分系数;i2rdq、i2dq、u2dq、vcdq分别为网侧电流参考值、网侧电流、网侧电压、解耦补偿项在dq旋转坐标系下的d、q轴分量，分别为网侧电流参考值、网侧电流、逆变器侧电流、网侧电压、滤波电容电压、滤波电容电流在αβ静止坐标系下的α、β轴分量。Gc/s为dq旋转坐标系到αβ静止坐标系的闭环传函矩阵，Gs/c为αβ静止坐标系到dq旋转坐标系的闭环传函矩阵，均涉及锁相环输出相位，体现了锁相环对系统控制性能的影响，具体为[14]:式中，u2d为网侧电压d轴分量;Gpll(s)为锁相环PI控制器传递函数，Gpll(s)=kpllp+kplli/s,kpllp、kplli分别为比例系数和积分系数。令Zcf=Rf+1/(s Cf),Z1=R1+s L1,Z2=R2+s(L2+Lt)+n Zs，单台光伏并网单元闭环传函矩阵Gb(s)为:
忽略微小项，令Tx(s)=[1-Tpll(s)][1+Tpll(s)],Gs(s)=[ZcfGpi(s)]/(ZcfZ1+Z1Z2+ZcfZ2)，求解可得:图4所示为锁相环PI控制参数不同下的闭环传递函数Gαα(s)、Gαβ(s)、Gβα(s)、Gββ(s)的幅频特性图。其中，l=20 km,n=12，电缆型号为l J-70，光伏并网发电单元参数如表1所示，kpllp和kplli分别按80和20、280和70、480和120、680和170增大。从式(5)和图4可见，锁相环对系统闭环传递矩阵Gb(s)的影响为:(1)Gαα(s)不受锁相环影响;(2)锁相环仅对Gαβ(s)、Gβα(s)和Gββ(s)的低频段特性产生影响，不影响其中高频段特性;(3)中高频段，Gαα(s)和Gββ(s)幅频特性重合，Gαβ(s)和Gβα(s)幅频特性重合;(4)中高频段，Gαα(s)和Gαβ(s)幅值不同而形状相同。这是由于一般参数下的锁相环，仅影响逆变器低频段阻抗[14]。对于上述系统，可认为Tx(f>0.5k Hz)≈1。而本文研究谐振一般发生在中高频段，因此可略去锁相环的影响，认为Tx(s)≈1,Gαα(s)≈Gββ(s)≈Gβα(s)/(Lω0)≈-Gαβ(s)/(Lω0)。为简化分析，下文仅通过传递函数Gαα(s)分析电缆传输电能的光伏电站谐波谐振。
本文编号：3397947
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