解析组串逆变器谐振脱网现象
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论串联谐振与并联谐振区别在电阻、电容、电感串联电路中,出现电源、电压、电流同相位现象、叫做串联谐振,其特点是:电路呈纯电阻性,电源、电压和电流同相位,电抗X等于O,抗阻Z等于电阻R。
此时电路的阻抗最小,电流最大,在电感和电容上可能产生比电源电压大很多倍的高电压,因此串联谐振也称为电压谐振。
谐振电压与原电压叠加,并联谐振:在电阻、电容、电感并联电路中,出现电路端电压和总电流同相位的现象,叫做并联谐振,其特点是:并联谐振时一种完全的补偿,电源无需提供无功功率,只提供电阻所需要的有功功率,谐振时,电路的总电流最小,而支路电流往往大于电路中的总电流,因此,并联谐振也叫电流谐振。
串联谐振和并联谐振区别一1. 从负载谐振方式划分,可以为并联逆变器和串联逆变器两大类型,下面列出串联逆变器和并联逆变器的主要技术特点及其比较:串联逆变器和并联逆变器的差别,源于它们所用的振荡电路不同,前者是用L、R和C串联,后者是L、R和C并联。
(1)串联逆变器的负载电路对电源呈现低阻抗,要求由电压源供电。
因此,经整流和滤波的直流电源末端,必须并接大的滤波电容器。
当逆变失败时,浪涌电流大,保护困难。
并联逆变器的负载电路对电源呈现高阻抗,要求由电流源供电,需在直流电源末端串接大电抗器。
但在逆变失败时,由于电流受大电抗限制,冲击不大,较易保护。
串联谐振和并联谐振区别二(2)串联逆变器的输入电压恒定,输出电压为矩形波,输出电流近似正弦波,换流是在晶闸管上电流过零以后进行,因而电流总是超前电压一φ角。
并联逆变器的输入电流恒定,输出电压近似正弦波,输出电流为矩形波,换流是在谐振电容器上电压过零以前进行,负载电流也总是越前于电压一φ角。
这就是说,两者都是工作在容性负载状态。
(3)串联逆变器是恒压源供电,为避免逆变器的上、下桥臂晶闸管同时导通,造成电源短路,换流时,必须保证先关断,后开通。
即应有一段时间(t )使所有晶闸管(其它电力电子器件)都处于关断状态。
电力系统谐振原因及处理措施分析电力系统谐振是指在电力系统中,由于电感元件和电容元件之间的耦合作用,导致系统频率与其中一谐振频率非常接近或者相等,从而引发强烈的谐振现象。
电力系统谐振会导致系统的稳定性降低,甚至对设备造成损伤,因此需采取相应的处理措施。
1.线路参数不平衡:电力系统中,线路参数可能由于材料、施工等原因导致不平衡,使得电阻、电容、电感的数值存在差异,从而引发谐振问题。
2.寄生参数影响:由于电力系统中存在各种元件的寄生参数,如线路电容、变压器互感等,这些寄生参数也会产生谐振现象。
3.变压器的串联谐振:当变压器的电容和电抗连续串联时,会导致系统在谐振频率附近出现谐振现象。
4.电容补偿的谐振:电容补偿系统用来提高无功功率补偿能力,但若补偿容量选择不当,会形成与其他元件共振,引起谐振。
1.选择合适的线路参数:优化电力系统的线路参数,例如通过合理选择导线材料、提高线路间隙距离等措施,可以减小谐振的产生。
2.增加阻尼措施:在电力系统中增加合适的阻尼器,可以消耗谐振的能量,减轻谐振的影响,提高系统的稳定性。
3.采用合适的电容补偿:在进行电容补偿时,应合理选择补偿容量,避免与其他元件共振。
可以通过对电容器的串联电感进行合理设计,避免谐振的发生。
4.使用滤波器:适当地在系统中引入谐振滤波器,可以将谐振频率范围的干扰信号滤除,从而消除谐振现象。
5.加强监测与控制:对电力系统进行实时监测,发现谐振问题时及时采取控制措施,如调整电力系统的运行状态,避免谐振过程的加剧。
6.加强设备维护:定期检查和维护电力系统的设备,防止电容、电感元件损坏引发谐振。
总结起来,电力系统谐振的处理措施是多方面的,包括优化线路参数、增加阻尼措施、合理选择电容补偿、使用滤波器、加强监测与控制以及设备维护等。
通过采取这些措施,可以有效地预防和处理电力系统谐振问题,提高系统的稳定性和可靠性。
三种谐振过电压及其对应关系-回复谐振过电压是指在电力系统中,由于电力设备或其他故障引起的电压波动,其频率等于系统谐振频率的电压异常现象。
谐振过电压对电力系统的稳定运行具有重要影响,能够导致设备损坏、线路过载等问题。
本文将分别介绍三种常见的谐振过电压及其对应关系。
一、串联谐振过电压串联谐振过电压是指在电力系统中,线路与电容性负载串联连接时,由于谐振回路发生谐振而产生的过电压现象。
谐振回路由电源、线路和电容性负载构成。
当线路长度与谐振频率相等或者线路长度的整数倍等于谐振频率的一半时,谐振回路产生谐振,电压会急剧增大。
产生串联谐振过电压的原因主要有两个方面:一是线路长度符合谐振条件,使得电源输出的电压和线路中的谐振电压相叠加;二是电容性负载的谐振频率接近或者等于电压谐振频率,从而使得线路上的电压出现大幅度增加。
串联谐振过电压对电力系统的影响非常严重。
首先,电压的突然增大可能导致设备的工作不稳定,从而影响电力系统的正常运行。
其次,过高的电压会使线路出现过载情况,可能引发火灾等安全事故。
因此,在电力系统的设计和运行中,需要注意串联谐振过电压的控制,采取相应的补偿和保护措施。
二、并联谐振过电压并联谐振过电压是指在电力系统中,电容性负载与线路并联连接时,由于谐振回路发生谐振而产生的过电压现象。
谐振回路由电源、线路和电容性负载构成。
当电容性负载谐振频率接近或者等于电压谐振频率时,谐振回路产生谐振,电压会急剧增大。
产生并联谐振过电压的原因主要是由于电容性负载的谐振频率与谐振频率相近或相等,从而使得电容性负载上的电压出现异常增大。
并联谐振过电压对电力系统的影响也是十分严重的。
首先,过高的电压可能导致设备的绝缘破坏,从而引发设备损坏和线路故障。
其次,电压突然增大还可能影响电力系统的稳定运行,引发供电中断等问题。
因此,在电力系统的设计中,需要合理选择电容性负载,控制并联谐振过电压的发生。
三、平行谐振过电压平行谐振过电压是指在电力系统中,当谐振回路的谐振频率接近或者等于系统的谐振频率时,由于负载或者设备改变引起的过电压现象。
电路的谐振现象分析谐振现象是交流电路中产生的一种特殊现象,对谐振现象的研究有着重要的意义。
在实际电路中,它既被广泛地应用,有时又需避免谐振情况发生。
对于无源一端口网络,它的入端阻抗或导纳的值通常与电路频率有关。
一个包含有电感和电容的无源一端口网络,其入端阻抗或导纳一般为一复数。
但在某些特定的电源频率下,其入端阻抗或导纳的虚部可能变为零,此时阻抗或导纳呈纯电阻特性,使端口电压与电流成为同相。
无源一端口网络出现这种现象时称为处于谐振状态。
下面分别讨论串联谐振与并联谐振现象。
图4-1-1图4-1-1为电阻、电感和电容的串联电路,当外施的正弦电压角频率为时,它的入端阻抗为:(4-1-1)由式可见,RLC串联电路中感抗与容抗是直接相减的。
一般情况下,即,则阻抗的虚部X不为零,阻抗角也不为零,此时端电压与电流不同相。
当激励电压的角频率变化时,感抗与容抗都发生变化。
当时,电抗,电路的入端阻抗为纯电阻。
此时电压和电流同相位,电路产生谐振现象。
此种电路因为L与C是相串联的,所以称为串联谐振。
电路发生串联谐振的条件为电抗值等于零,即或电路发生谐振时的角频率称为谐振角频率,用来表示(4-1-2)电路谐振频率为(4-1-3)电路发生谐振时,电路的总电抗,但感抗与容抗本身并不为零,它们的值为(4-1-4)称为谐振电路的特性阻抗,其单位为。
电路谐振时,电感电压等于电容电压,且二者相位差为180°,故互相抵消。
电阻上的压降等于外加电压。
电压与电流的相量图如图4-1-1b所示。
串联谐振时,电路储存于电感中的磁场能与储存于电容元件中的电场能之间进行能量交换。
设外施电压为,则在串联谐振时,电路中电感电流和电容电压分别为此时电感储存的磁场能为:电容储存的电场能量为:由可得:可见磁场能与电场能的最大值是相等的。
电磁场能量的总和例4-1-1 图4-1-3所示电路,已知,,,求该串联电路的谐振频率,特性阻抗和电路的品质因数Q。
图4-1-3解:电路的谐振角频率谐振频率特性阻抗品质因数除了RLC串联谐振电路外,并联RLC谐振电路也被广泛采用。
光伏并网逆变器的分类及原理光伏并网逆变器的常见分类:逆变器作为光伏发电的重要组成部分,主要的作用是将光伏组件发出的直流电转变成交流电。
目前,市面上常见的逆变器主要分为集中式逆变器与组串式逆变器,还有新潮的集散式逆变器。
一、集中式逆变器集中式逆变器顾名思义是将光伏组件产生的直流电汇总转变为交流电后进行升压、并网。
因此,逆变器的功率都相对较大。
光伏电站中一般采用500kW以上的集中式逆变器。
(一)集中式逆变器的优点如下:1.功率大,数量少,便于管理;元器件少,稳定性好,便于维护;2.谐波含量少,电能质量高;保护功能齐全,安全性高;3.有功率因素调节功能和低电压穿越功能,电网调节性好。
(二)集中式逆变器存在如下问题:1.集中式逆变器MPPT电压范围较窄,不能监控到每一路组件的运行情况,因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点,组件配置不灵活;2.集中式逆变器占地面积大,需要专用的机房,安装不灵活;3.自身耗电以及机房通风散热耗电量大。
二、组串式逆变器组串式逆变器顾名思义是将光伏组件产生的直流电直接转变为交流电汇总后升压、并网。
因此,逆变器的功率都相对较小。
光伏电站中一般采用50kW以下的组串式逆变器。
(一)组串式逆变器优点:1.不受组串间模块差异,和阴影遮挡的影响,同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况,最大程度增加了发电量;2.MPPT电压范围宽,组件配置更加灵活;在阴雨天,雾气多的部区,发电时间长;3.体积较小,占地面积小,无需专用机房,安装灵活;4.自耗电低、故障影响小。
(二)组串式逆变器存在问题:1.功率器件电气间隙小,不适合高海拔地区;元器件较多,集成在一起,稳定性稍差;2.户外型安装,风吹日晒很容易导致外壳和散热片老化;3.逆变器数量多,总故障率会升高,系统监控难度大;4.不带隔离变压器设计,电气安全性稍差,不适合薄膜组件负极接地系统。
三、集散式逆变器集散式逆变器是近两年来新提出的一种逆变器形式,其主要特点是“集中逆变”和“分散MPPT 跟踪”。
弱电网条件下并网逆变器多机谐振原理和解决办法1.易事特集团股份有限公司广东东莞 523808;2. 2.南昌大学信息工程学院,江西南昌 330031摘在多机的弱电网当中,对电压进行前馈处理能够从很大程度上降低多级谐振的影响,使得电网的稳定性能够得到更为有效的改善。
通过对弱电网普遍存在的谐振问题进行分析,根据输出阻抗的变化明确了提高电网稳定性的方向,确定如何通过LCL的U cap电压采样进行复合型的补偿,本文就弱电网谐振问题的解决提出了可行的解决方案。
以该方案为前提的情况下,本文对浙江开化光伏电站弱电网受到谐振影响出现的跳闸情况进行了分析,并说明该案例采用怎样的措施实现了问题的解决。
关键词:谐振并网弱电网逆变器引言在弱电网的环境当中,电网本身的阻抗对逆变器的使用效果能够造成严重的影响。
弱电网的阻抗过高能够导致逆变器使用的稳定性降低,解决这一问题有多种办法,本文提出利用LCL的电容电流为反馈变量,利用PI控制器进行补偿调整,避免弱电网中多机并联并网产生电流谐振。
1 逆变器稳定性分析1.1 等效模型图1 基于LCL滤波的并网控制系统LCL型滤波器由于可以有效的提高滤波器在高频段的衰减特性,同时保持低频段较好的增益特性。
在三相并网逆变器中得到了普遍应用。
在并网逆变器中,我们对母线电容Udc进行逆变斩波成LCL的输入电压Ui,然后滤波输出,得到并网电流Ig。
所以我们首先需要根据图1得到LCL的Ig和Ui的传递函数为:公式1:LCL中的具体谐振频率如公式2,由此我们可以知道三个参数都对ωref有影响。
这个公式也是LCL滤波器设计的主要依据。
公式2 :从公式1可以得到LCL型滤波器这是一个三阶系统,它增加了二阶谐振零极点。
会带来的一个严重的问题就是其谐振问题。
在图2中,我们使用L eq代表电网传输线路的等效感抗、I g代表并网电流、I inv代表逆变电流、U grid代表并网电压、U cap代表电容电压。
需要说明的是电网传输线路当中包括电阻以及电抗两部分,但是弱电网下传输网络的电抗部分会远大于自身的阻抗,我们正是基于这种条件下进行的系统分析。
光伏发电组串式逆变器1. 简介光伏发电是利用太阳能将光能转化为电能的一种清洁、可再生能源。
而组串式逆变器则是将光伏发电系统中直流电转换为交流电的关键设备之一。
本文将介绍光伏发电组串式逆变器的工作原理、特点、应用领域以及市场前景等方面的内容。
2. 工作原理组串式逆变器主要由直流输入端、逆变器单元和交流输出端三部分组成。
其工作原理如下:1.直流输入端:接收光伏阵列输出的直流电,并通过MPPT(最大功率点跟踪)算法实时调整工作点,以确保从光伏阵列中获取最大功率。
2.逆变器单元:将直流电转换为交流电。
首先经过一个整流单元将直流电转换为中间直流电,然后通过一个高频开关装置将中间直流电转换为交流电,并通过滤波器去除高频成分,最后得到纯正弦波形的交流输出。
3.交流输出端:将逆变后的交流电输出到配网系统或用于自用消耗。
3. 特点光伏发电组串式逆变器具有以下特点:1.高效率:采用先进的功率电子器件和控制算法,能够实现高效率的能量转换,最大限度地提高光伏发电系统的发电效率。
2.可靠性强:采用高品质的元器件和设计,具有较长的使用寿命和稳定可靠的性能。
同时,逆变器还配备了多种保护功能,如过压保护、过流保护、短路保护等,以确保系统安全运行。
3.通信互联:组串式逆变器通常具备数据监测和远程控制功能,可以通过网络与监控系统进行实时通信,实现远程监测、故障诊断和参数调整等操作。
4.适应性强:组串式逆变器能够适应不同规模和类型的光伏发电系统,并灵活应对不同工况下的运行需求。
同时还支持并网运行和离网运行两种模式的切换。
4. 应用领域光伏发电组串式逆变器广泛应用于以下领域:1.居民住宅:通过安装光伏发电系统并连接组串式逆变器,居民可以将自家屋顶上的太阳能转化为电能,用于满足家庭的日常用电需求,同时还可以将多余的电能卖给电网获取收益。
2.商业和工业用途:光伏发电组串式逆变器在商业和工业领域的应用也十分广泛。
例如,在大型商场、工厂和办公楼等场所安装光伏发电系统,可以减少对传统电网的依赖,节约能源成本。
电力系统谐振原因及处理措施分析电力系统谐振是指电力系统中存在频率与系统其中一谐振频率相近的异常振动现象。
谐振会导致系统设备振幅增大、电流容量减小、电压稳定性下降,甚至会使系统设备损坏,严重时还会引发系统事故。
本文将详细分析电力系统谐振的原因,并给出相应的处理措施。
1.电抗器的并联谐振:电力系统中常见的电抗器有电动励磁容器、电抗器组等,在负载下和其中一种电抗器传输系统中,电源电抗器与传输线电感一起形成一个并联谐振回路。
当电抗器的谐振频率与线路电感谐振频率相近时,就会发生谐振。
2.传输线上的谐振:传输线上的谐振分为并列谐振和串联谐振两种。
并列谐振是指传输线电抗与负载电容并联形成的谐振回路,串联谐振则是指线路电感与负载电感串联形成的谐振回路。
这两种谐振都是传输线参数与负载特性相匹配时才会发生。
3.系统频率与负载谐振:电力系统的频率为50Hz,而一些设备的响应频率可能在50Hz附近,当系统频率正好与一些设备的谐振频率相符时,就会发生谐振。
常见的设备包括风电、光伏发电等新能源设备。
4.不平衡负荷引起的谐振:当电力系统中存在不平衡负荷时,系统各相之间的不均衡会导致谐振的发生。
针对以上原因,可以采取以下处理措施来避免和解决电力系统谐振问题:1.降低谐振频率:通过选择合适的电容、电感等元件参数,可以使谐振频率远离系统频率。
电容器、电抗器的接线和接地等方式可能会影响并联谐振频率的变化。
2.改变谐振回路的拓扑结构:对并联谐振回路来说,可以通过改变电源、电抗器、传输线等的连接方式来改变谐振回路的拓扑结构,从而避开谐振频率。
对串联谐振回路来说,可以通过改变传输线、负载之间的连接方式来改变谐振回路的拓扑结构。
3.使用谐振抑制装置:谐振抑制装置是一种专门用于抑制谐振的设备,可以通过在谐振回路中引入合适的电阻、电容、电感等元件来实现谐振的消除或抑制。
4.优化电力系统参数:通过优化电力系统的参数,如调整负荷分配、改变线路结构、提高系统稳定性等,来减小谐振的可能性。
逆变器电压谐波-概述说明以及解释1.引言1.1 概述逆变器是一种能够将直流电能转换为交流电能的电力转换设备。
随着电力电子技术的发展,逆变器得到了广泛的应用,特别是在可再生能源发电、电动交通以及工业领域等方面。
然而,逆变器在实际应用中存在电压谐波的问题。
电压谐波是指交流电信号中包含有频率为基波频率整数倍的谐波成分。
这些谐波成分会引起电力系统中各种问题,例如导致电网中电能损耗增加、设备损坏、干扰其他电子设备等。
特别是在逆变器输出电压中存在较高的谐波含量,对于接入电网或供电设备来说,这是一个严重的问题。
本文的目的是探讨逆变器电压谐波的成因以及抑制方法。
首先,我们将介绍逆变器的基本原理,包括其工作原理和常见的逆变器拓扑结构。
然后,我们将定义和分析电压谐波的影响,说明逆变器电压谐波的存在对电力系统运行和设备性能的影响。
接着,我们将详细阐述逆变器电压谐波的成因,包括逆变器开关元件的非线性特性、负载变化和逆变器控制策略等因素的影响。
最后,我们将重点介绍抑制逆变器电压谐波的方法,包括滤波器的设计、控制策略的优化和拓扑结构的改进等。
总结起来,本文旨在深入探讨逆变器电压谐波的问题,并提出相应的解决方案。
通过对逆变器电压谐波的成因和抑制方法的分析,希望能够为逆变器在实际应用中的设计和优化提供一定的指导和参考。
然而,我们也要意识到研究中存在的局限性和不足之处,对于未来的研究方向和探索提出展望。
1.2 文章结构文章结构是指文章整体的架构和组织形式。
本文共分为引言、正文和结论三个部分。
其中引言部分主要介绍了本文的概述、文章结构、目的和总结;正文部分分为四个小节,分别是逆变器的基本原理、电压谐波的定义与影响、逆变器电压谐波的成因和逆变器电压谐波的抑制方法;结论部分主要总结了逆变器电压谐波的问题与解决方案,并展望了未来的研究方向。
同时也对研究的局限性和不足之处进行了说明。
通过上述文章结构的组织,可以使读者更清晰地理解逆变器电压谐波的相关内容,并为未来的研究提供参考和启示。
随着电站规模不断增大,每个电站中所使用的逆变器数量也随着增加,尤其是如果在大电站选用组串式方案,逆变器数量成十几倍增加,且部分并网点远离发电厂及负荷区,导致谐振的风险增加。
”电站一旦脱网,给我们造成的经济损失非常大,直接影响了我们的投资收益,我担心会再次发生脱网”,电站运维工程师如是说。
1 担心的事情还是发生了
光伏发电规模日益增大,大型地面光伏电站单体容量也越来越大。
在设计大型地面光伏系统时,目前业内较为成熟的方法是采用单机容量为500KW及以上的集中式逆变器解决方案,该方案技术成熟,运行稳定。
近两年来,部分厂家推荐业主在大型地面光伏电站中使用组串式逆变器,导致并网点下逆变器的数量成十几倍的增加。
以一个100MW大型地面光伏电站为例,使用业内成熟的集中式方案,逆变器数量为200台,若使用30KW的组串式方案,逆变器数量则高达3400多台!随着逆变器台数不断增多,且部分并网点远离发电厂及负荷区,导致谐振的风险增加。
我国西北某个百MW级大型地面光伏电站,使用了组串式逆变器解决方案,现场出现了由于并联谐振导致的电站大面积脱网现象,给业主造成了近千万的经济损失。
此事件再次引发业内广泛关注,对组串逆变器大面积组网产生的并联谐振风险表示担忧。
那么什么是谐振,谐振又是如何导致系统脱网的呢?接下来,笔者将带领大家,从技术的角度,对组串逆变器在大型光伏电站出现的并联谐振现象进行分析,探寻电站里的“影子杀手”。
通过这番探寻,让你深刻体会到“影子杀手”的威力,也让你知道如何规避这一“影子杀手”的危害。
2 并联谐振是什么及其危害
大家应该都听说过这样一个故事: 18世纪中叶,法国昂热市一座102米长的大桥上有一队士兵经过,当他们在指挥官的口令下迈着整齐的步伐过桥时,桥梁突然断裂,造成226名官兵和行人丧生,类似的事件还发生在俄国和美国等地。
究其原因,是士兵过桥时,引起了桥的共振。
任何物体都有一个固有频率,其固有频率是由物体的密度、外形等物理因素决定的,而施加外力使物体振动的频率叫策动频率,当策动频率等于物体的固有频率时,物体便产生共振,此时振幅达到最大。
图2为大桥的频率响应曲线,横坐标代表激励源频率的变化,纵坐标代表在此频率下,外界激励造成的大桥产生的振幅。
图中可见,大桥的频率响应曲线存在一个最高点,当外界激励源(士兵通过大桥产生的振动)的振动频率恰好落在大桥的固有频率f0点时,大桥的振幅达到最大。
同时由于步伐一致,多个士兵产生的同方向的振动力直接累加,当士兵的数量达到一定程度时,累加的振动力超过了的大桥的承受能力,导致大桥断裂。
可见,大桥共振倒塌主要由外部和内部两个关键因素决定,外部因素包括士兵的数量,和士兵过桥时步伐的方式。
如果士兵的数量少,无论以什么方式通过大桥,也不会导致大桥倒塌,当士兵多到一定数量的时候,通过的方式就起到了决定性的作用。
内部因素主要是桥的结构及桥的质量,即桥能承受的最大振幅,坚固的桥可以承受的振幅大,不容易出现倒塌,脆弱的桥则可能很少的士兵就可以使其倒塌。
对于一个桥而言,内部因素改变相对较难,外部因素则相对容易改变。
例如通过改变一次通过大桥士兵的数量(分批过桥)或将整齐的步伐改成走便步,即改变并分散士兵过桥产生的振动频率,使其偏离大桥的固有频率,比如改变振动的频率到图2中的f1处,则同样的外界振动力,引起大桥产生的振幅将大幅减小,有效避免了大桥坍塌的风险。
目前各国对大队士兵过桥改成走便步的规定正式基于这个考虑。
光伏电站的组串式逆变器产生谐振的现象与大桥共振的现象十分相似。
如果把逆变器比作士兵,大桥比作电网,当并联的逆变器多到一定数量的时候,在某个频率点产生共振,即会导致“大桥倒塌“,即脱网。
而且谐振的风险与电网的强弱也有直接关系,对于一些线路较长,处于远端位置的电网环境,则更容易产生谐振脱网现象。
然而,士兵过桥可以通过简单的改变过桥的人数或步伐有效的解决,逆变器的并联谐振由于影响因素多,且具有一定的不确定性,却远不是那么容易解决的问题。
3 引起并联谐振内在原因是什么
引起逆变器并联谐振的原因有很多,如逆变器控制技术、逆变器的电路结构及参数选择等,学术界也有很多类似的研究。
但最根本的原因是随着并联数量的不断增加,逆变器阻抗不断降低并与电网阻抗不匹配造成的。
组串式逆变器组网的典型光伏系统结构如图3(a)所示,由电路的基本原理可将系统等效为图3(b)所示的电路,并最终可建立图3(c)所示的阻抗模型。
图中ZL为每台逆变器阻抗,ZT为每个单元升压变阻抗,Z0为所有并网逆变器输出阻抗ZL和ZT的合成值,由于变压器阻抗ZT基本稳定,因此Z0主要受逆变器阻抗ZL影响。
K1--KN为每个方阵单元输出开关、K为并网点开关,Zg为从PCC点往电网侧看的电网等效阻抗。
由电路理论和控制系统基本原理可知,对上图所示的系统,其稳定性取决于Z0与Zg的比值。
理想情况下,逆变器侧阻抗Z0很大,电网阻抗Zg很小,二者比值大,系统工作稳定。
反之,当Z0/Zg变小时,系统稳定性变差,即出现谐振现象,即某个频次下的谐波幅值
被放大很多倍,导致单元并网点开关(K1…kN)或总并网开关(K)继电保护动作,即跳闸脱网。
图4是某现场实际测试到的波形,那么影响Z0和Zg的因素有哪些呢?
(1)Z0 影响因素分析
Z0的大小主要取决于逆变器阻抗,除了受逆变器本身滤波电路、开关频率等因素影响外,一个十分重要的影响因素是逆变器并联台数。
如图5所示,当并联逆变器的台数逐渐增加时,Z0不断减小,进而Z0/Zg比值越来越小。
系统越来越不稳定,最终导致谐振。
正如“士兵”通过“大桥”一样,当士兵的数量不断增加时,导致大桥的振幅不断增加,如果“士兵过桥的方式”控制不好,则将导致“大桥”坍塌。
(2)Zg影响因素分析
电网阻抗Zg与系统安装的位置,电网本身的特性、光伏系统接入电网额容量及系统运行方式等因素相关,不同系统其差异性很大。
如对于一个处于电网末端的弱电网,Zg将变大,Z0/Zg比值降低,则相对更容易出现谐振。
这就好比一个强度很差的“大桥”,即使同样数量的士兵,通过一个水泥桥可能安然无恙,但通过一个强度很差的木桥,则会导致“大桥”倒塌的道理一样。
电网阻抗Zg由于所处电网的容量不同,地域性不同导致其本身差异性很大,各个系统并网逆变器运行的台数也与不尽相同。
因此,导致并联谐振现象具有一定的随机性,同样的并网逆变器及系统配置,在不同的并网点及并网时间所表现出来的现象各异,因此会存在某些电站出现谐振,在其他区域电站并网时没有发现谐振,某个时间段内能正常工作,某个时间点出现谐振的随机特性。
针对一个已经发生的并联谐振现场,现场逆变器加入了一些诸如APF,有源阻尼等智能算法暂时抑制了谐振问题,但由于电网阻抗的多变性,理论上还存在再谐振风险。
同时因为额外增加了抑制谐振的补救措施,可能会导致系统效率大幅降低,损失发电量。
4 如何消灭“影子杀手”
从上述分析可知,光伏系统产生谐振的根本原因是逆变器并联数量过多,其输出阻抗不断降低后与电网阻抗不匹配,使得某个频次下的谐波幅值被放大很多倍,进而导致单元并网点开关或总并网开关继电保护动作,即跳闸脱网。
因此,预防光伏电站产生谐振最有效的措施,是尽可能的降低逆变器的并联数量,对于大型荒漠电站,建议选用集中式逆变器,对一些装机容量在5MW以上、存在严重朝向不一致和遮挡现象的复杂应用场合,建议选用单机功率更大的组串式逆变器,以进一步减少逆变器的数量,降低谐振脱网的风险。