集中式光伏电站谐波放大机理与抑制方法研究

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近年来,在我国新能源政策扶持下,光伏电站的总装机容量迅猛增长,但这也给电网稳定性带来了新的挑战。受我国能源分布的影响,集中式光伏电站主要分布在西北偏远地区,这使得光伏电站往往需要通过较长距离的输电线路才能上网。线路的阻抗以及各级变压器的存在将会使得电网与电站间产生负面的交互作用,很可能导致系统的稳态性能降低,主要体现为入网电流的谐波问题等。本文以抑制集中式光伏电站输出电流在传输过程中的谐波放大现象为目的,对该放大机理进行研究,论文主要工作如下:(1)建立集中式光伏电站的等值模型。论文首先对理想条件下的单台光伏并网逆变器开展研究与设计,为搭建集中式光伏电站仿真模型、对发电单元的阻抗建模奠定基础。然后针对现有研究缺乏对集中式光伏并网发电系统建模的问题,本文利用诺顿、戴维南等效方法对并网系统的光伏逆变器、各级升压变、传输线路以及电网进行等值建模,建立了并网发电系统的阻抗模型;(2)研究谐波电流传输过程中的放大机理。在建立的等值模型基础上,本文将推导入网电流与系统各阻抗间的关系,然后利用频域分析研究谐波电流在传输过程中的放大问题,绘制并分析系统随线路阻抗变换的幅频特性图,揭示谐波电流在传输过程中的放大机理。并在仿真软件中搭建集中式光伏并网发电系统的仿真模型,验证分析结果的准确性。(3)以阻抗重塑为思路设计谐波抑制策略。根据建立的系统阻抗模型与分析的谐波放大机理,本文研究分析了谐波抑制策略对系统等效阻抗模型的影响,并结合集中式光伏电站统一控制集中管理的特点,提出利用虚拟阻抗对系统进行阻抗重塑,引入串并联虚拟阻抗调整系统基波阻抗与谐波阻抗特性。最后本文基于陷波器设计了虚拟阻抗控制策略,在逆变器控制策略中引入了电压前馈与电流反馈补偿环节。仿真结果表明,该策略可改善系统的谐波电流放大问题。
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