CN107046287A - 一种大型光伏电站谐波过电压分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型光伏电站谐波过电压分析方法。具体步骤为：建立谐波传递网络阻抗模型；将模型中的节点分为含谐波源节点和不含谐波源节点，令含谐波源节点注入标幺值为s1的基波电流，其余节点注入基波电流为0；计算各元件在基波下的阻抗值，进行基波潮流计算，得到各节点基波电压幅值Uk1；令含谐波源节点注入标幺值为s2的h次谐波电流，其余节点注入谐波电流为0；计算各元件在h次谐波下的阻抗值，进行谐波潮流计算，得到各节点h次谐波电压幅值Ukh；用各节点的Ukh除以该节点的Uk1，得到该节点的h次谐波电压放大倍数Nkh；判断Nkh是否大于谐波电压放大上限。本发明可以为大型光伏电站并网及电能质量综合治理等课题提供理论依据。
Description
技术领域
本发明涉及新能源发电及输电技术领域，特别是一种大型光伏电站谐波过电压分析方法。
背景技术
太阳能已经成为世界能源可持续发展战略的重要组成部分，光伏发电是目前最成熟的太阳能利用方式之一。但由于光伏发电需要通过电力电子器件并网，电力电子器件的开通和关断频率较髙，经常会向系统注入谐波电流，这些谐波电流在复杂的电力网络中可能引起 谐振过电压，对电力元器件造成损坏。由于光伏电站中的电力电子器件比传统电力设备的耐压能力差，一旦发生谐波过电压，就可能造成保护失灵、设备损坏，严重时可能影响整个光伏电站的正常运行。
目前，谐波问题是制约光伏电站并网最主要的问题之一，很多大型并网光伏电站存在谐波超标的问题。在大型光伏电站中，每组并网逆变器系统的输出电流经站内集电系统汇集后向外送出。即使单台并网逆变器的输出电流谐波较小，多台并网逆变器并联后输出电流谐波也有可能超标。在现有的针对光伏电站的谐波分析中，由于电压等级低、线路长度短，输电线路的分布式参数往往被忽略，导致分析结果与工程实际存在一定偏差，对工程实际中由于谐波过电压引起的电能质量问题指导意义不大。
发明内容
针对现有研究的不足之处，本发明提供一种大型光伏电站谐波过电压分析方法，分析大型光伏电站及其输电系统的谐波过电压特性，为解决大型光伏电站谐波过电压问题提供理论依据。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种大型光伏电站谐波过电压分析方法。所述谐波过电压分析方法包括以下步骤：
1）根据大型光伏电站元器件参数，建立谐波传递网络阻抗模型；
2）将谐波传递网络阻抗模型中的节点分为含谐波源节点和不含谐波源节点，令含谐波源节点注入标幺值为s1的基波电流，令不含谐波源节点注入标幺值为0的基波电流；计算所述谐波传递网络阻抗模型中各个元件在基波下的阻抗值，形成节点导纳矩阵；进行基波潮流计算，得到所述谐波传递网络阻抗模型中各个节点的基波电压幅值Uk1；
3）将谐波传递网络阻抗模型中的节点分为含谐波源节点和不含谐波源节点，令含谐波源节点注入标幺值为s2的h次谐波电流，令不含谐波源节点注入标幺值为0的h次谐波电流；计算所述谐波传递网络阻抗模型中各个元件在h次谐波下的阻抗值，形成节点导纳矩阵；进行h次谐波潮流计算，得到所述谐波传递网络阻抗模型中各个节点的h次谐波电压幅值Ukh；
4）用所述谐波传递网络阻抗模型各个节点的h次谐波电压幅值Ukh除以该节点的基波电压幅值 Uk1，得到该节点的h次谐波电压放大倍数Nkh；
5）判断谐波传递网络阻抗模型中各节点的谐波电压放大倍数Nkh是否大于谐波电压放大上限s3。
所述步骤2）和步骤3）中，含谐波源节点为逆变器出口侧节点。
所述步骤2）中，含谐波源节点注入的基波电流标幺值s1=1。
所述步骤3）中，含谐波源节点注入的h次谐波电流标幺值s2=0.0002。
所述步骤5）中，若某节点的Nkh大于谐波电压放大上限 s3，则表明h次谐波在该点有谐波电压放大现象产生；否则，表明h次谐波在该点无谐波电压放大现象。
所述步骤5）中，谐波电压放大上限s3与网络节点所在位置的电网标称电压有关；当电网标称电压为0.38kV时，s3=0.026；当电网标称电压为10kV时，s3=0.022；当电网标称电压为35kV时，s3=0.019；当电网标称电压为100kV时，s3=0.015。
本发明的有益效果是：考虑了输电线路分布式参数对于大型光伏电站谐波过电压特性的影响；通过谐波放大倍数，直观的展现了各次谐波在输电网络各个节点的谐波电压放大特性，可以准确地预测易导致输电网络发生过电压的谐波频率以及过电压现象发生的位置，可以为大型光伏电站并网及电能质量综合治理等课题提供理论依据。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为大型光伏电站谐波过电压分析方法流程图。
图2为某实际30MW大型并网光伏电站结构图。
图3为光伏电站第1条集电线路等效阻抗图。
图4为光伏电站等效阻抗图。
图5为PCC点谐波放大倍数计算结果。
具体实施方式
一种大型光伏电站谐波过电压分析方法，所述谐波过电压分析方法包括以下步骤：
1）根据大型光伏电站元器件参数，建立谐波传递网络阻抗模型；
2）将谐波传递网络阻抗模型中的节点分为含谐波源节点和不含谐波源节点，令含谐波源节点注入标幺值为s1的基波电流，令不含谐波源节点注入标幺值为0的基波电流；计算所述谐波传递网络阻抗模型中各个元件在基波下的阻抗值，形成节点导纳矩阵；进行基波潮流计算，得到所述谐波传递网络阻抗模型中各个节点的基波电压幅值Uk1；
3）将谐波传递网络阻抗模型中的节点分为含谐波源节点和不含谐波源节点，令含谐波源节点注入标幺值为s2的h次谐波电流，令不含谐波源节点注入标幺值为0的h次谐波电流；计算所述谐波传递网络阻抗模型中各个元件在h次谐波下的阻抗值，形成节点导纳矩阵；进行h次谐波潮流计算，得到所述谐波传递网络阻抗模型中各个节点的h次谐波电压幅值Ukh；
4）用所述谐波传递网络阻抗模型各个节点的h次谐波电压幅值Ukh除以该节点的基波电压幅值 Uk1，得到该节点的h次谐波电压放大倍数Nkh；
5）判断谐波传递网络阻抗模型中各节点的谐波电压放大倍数Nkh是否大于谐波电压放大上限s3。
所述步骤2）和步骤3）中，含谐波源节点为逆变器出口侧节点。
所述步骤2）中，含谐波源节点注入的基波电流标幺值s1=1。
所述步骤3）中，含谐波源节点注入的h次谐波电流标幺值s2=0.0002。
所述步骤5）中，若某节点的Nkh大于谐波电压放大上限 s3，则表明h次谐波在该点有谐波电压放大现象产生；否则，表明h次谐波在该点无谐波电压放大现象。
所述步骤5）中，谐波电压放大上限s3与网络节点所在位置的电网标称电压有关；当电网标称电压为0.38kV时，s3=0.026；当电网标称电压为10kV时，s3=0.022；当电网标称电压为35kV时，s3=0.019；当电网标称电压为100kV时，s3=0.015。
某实际30MW大型并网光伏电站结构图如图2所示，该光伏电站共有10条集电线路，每条集电线路包含3个光伏发电单元。在光伏发电单元中，逆变器的额定功率为500kW，交流侧额定电压为270V；LCL滤波器：L1=0.12 mH，L2=0.06 mH，C=420 μF；双分裂变压器：变比10.5/0.27/0.27 kV，Uk%= 5.5%。集电线路中共包含两种型号的输电线路：1、型号ZR-YJY23-3×70，z1=(0.31+j0.093) Ω/km，C=0.13μF/km；2、型号ZR-YJY23-3×120，z1=(0.181+j0.087) Ω/km，C=0.15μF/km。主升压变压器：额定容量31.5 MVA，变比121/10.5kV，Uk%=10.6%。光伏电站接入的系统短路容量为光伏电站额定容量的10倍。
下面以光伏电站的公共连接点（Point of Common Coupling，PCC）为例，分析该点的谐波电压放大特性。
根据大型光伏电站元器件参数，建立谐波传递网络阻抗模型，如图3、图4所示。
图3为光伏电站第1条集电线路等效阻抗图，其余9条集电线路的结构与之相同。以第1条集电线路为例，在图3中，含谐波源节点为逆变器出口侧节点，即标号为1、2、5、6、9、10的节点，其余节点为不含谐波源节点。令含谐波源节点注入标幺值为1的基波电流，令不含谐波源节点注入标幺值为0的基波电流；计算谐波传递网络阻抗模型中各个元件在基波下的阻抗值，形成节点导纳矩阵；进行基波潮流计算，得到光伏电站PCC点的基波电压幅值UPCC1。
令含谐波源节点注入标幺值为0.0002的h次谐波电流，令不含谐波源节点注入标幺值为0的h次谐波电流；计算谐波传递网络阻抗模型中各个元件在h次谐波下的阻抗值，形成节点导纳矩阵；进行h次谐波潮流计算，得到所述谐波传递网络阻抗模型中各个节点的h次谐波电压幅值UPCCh；其中h=2,3，…，120。
分别用PCC点的h次谐波电压幅值UPCCh除以该点的基波电压幅值UPCC1，得到PCC点的谐波电压放大倍数NPCCh，计算结果如图5所示。
由于PCC点所在位置的电网标称电压为10kV，所以该点的谐波电压放大上限为0.022，当PCC点的谐波电压放大倍数NPCCh大于0.022时，则表明h次谐波在该点有谐波电压放大现象产生；否则，表明h次谐波在该点无谐波电压放大现象。
由图5可以看出，PCC点的谐波电压在610-654Hz以及3151-3753Hz范围内发生了谐波电压放大现象，在该种网络结构下，光伏电站的公共连接点对12次、13次、63-75次谐波较为敏感，当谐波源输出的电流中这几次谐波电流的含量较高时，会发生过电压现象。
Claims (6)
1.一种大型光伏电站谐波过电压分析方法，其特征在于，所述谐波过电压分析方法包括以下步骤：
1）根据大型光伏电站元器件参数，建立谐波传递网络阻抗模型；
2）将谐波传递网络阻抗模型中的节点分为含谐波源节点和不含谐波源节点，令含谐波源节点注入标幺值为s1的基波电流，令不含谐波源节点注入标幺值为0的基波电流；计算所述谐波传递网络阻抗模型中各个元件在基波下的阻抗值，形成节点导纳矩阵；进行基波潮流计算，得到所述谐波传递网络阻抗模型中各个节点的基波电压幅值Uk1；
3）将谐波传递网络阻抗模型中的节点分为含谐波源节点和不含谐波源节点，令含谐波源节点注入标幺值为s2的h次谐波电流，令不含谐波源节点注入标幺值为0的h次谐波电流；计算所述谐波传递网络阻抗模型中各个元件在h次谐波下的阻抗值，形成节点导纳矩阵；进行h次谐波潮流计算，得到所述谐波传递网络阻抗模型中各个节点的h次谐波电压幅值Ukh；
4）用所述谐波传递网络阻抗模型各个节点的h次谐波电压幅值Ukh除以该节点的基波电压幅值 Uk1，得到该节点的h次谐波电压放大倍数Nkh；
5）判断谐波传递网络阻抗模型中各节点的谐波电压放大倍数Nkh是否大于谐波电压放大上限s3。
2.根据权利要求1所述的一种大型光伏电站谐波过电压分析方法，其特征在于，所述步骤2）和步骤3）中，含谐波源节点为逆变器出口侧节点。
3.根据权利要求1所述的一种大型光伏电站谐波过电压分析方法，其特征在于，所述步骤2）中，含谐波源节点注入的基波电流标幺值s1=1。
4.根据权利要求1所述的一种大型光伏电站谐波过电压分析方法，其特征在于，所述步骤3）中，含谐波源节点注入的h次谐波电流标幺值s2=0.0002。
5.根据权利要求1所述的一种大型光伏电站谐波过电压分析方法，其特征在于，所述步骤5）中，若某节点的Nkh大于谐波电压放大上限 s3，则表明h次谐波在该点有谐波电压放大现象产生；否则，表明h次谐波在该点无谐波电压放大现象。
6.根据权利要求1所述的一种大型光伏电站谐波过电压分析方法，其特征在于，所述步骤5）中，谐波电压放大上限s3与网络节点所在位置的电网标称电压有关；当电网标称电压为0.38kV时，s3=0.026；当电网标称电压为10kV时，s3=0.022；当电网标称电压为35kV时，s3=0.019；当电网标称电压为100kV时，s3=0.015。
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