關于逆變器對電網(wǎng)的影響的介紹和分析

分布式光伏發(fā)電項目用于扶貧已經(jīng)被廣泛接受，弱電網(wǎng)主要為早期建設并且沒有經(jīng)過改造的電網(wǎng)，主要電氣表征為阻抗高、框架弱、 抵抗沖擊電流的能力低。

光伏電站在弱電網(wǎng)環(huán)境下運行，需要逆變器對高阻抗電網(wǎng)有較強的適應能力，并且不會因為逆變器并聯(lián)導致諧振現(xiàn)象，從而故障擴大。小固將簡單介紹弱電網(wǎng)與諧振的概念及危害，并簡單分析不同逆變器在高阻抗條件下的應用表現(xiàn)。

弱電網(wǎng)、諧振的概念

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弱電網(wǎng)

一般大電網(wǎng)可以視為理想電壓源，輸出阻抗可以視為零，弱電網(wǎng)則不可以，電網(wǎng)阻抗不可忽略，等效模型如下：

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諧振

在電力系統(tǒng)中，諧振的含義就是兩個或者兩個以上的電信號在周期性變化上的吻合，這里的電信號是指電壓和電流的周期性變化。當發(fā)生串聯(lián)諧振時，如果外加給諧振支路一個任意小的電壓，理論上支路上都將有無窮大的電流；并聯(lián)諧振時，從外電路流入并聯(lián)諧振回路一個任意小的電流，理論上都將引起回路兩端無窮大的電壓。這兩種情況，在電力系統(tǒng)中往往是要努力避免的。

弱網(wǎng)高阻抗諧振的危害

1.抬高逆變器并網(wǎng)端電壓，導致逆變器報電網(wǎng)電壓過高而脫網(wǎng)。

當電網(wǎng)阻抗Rg與Lg很大時，逆變器輸出電流Iac會在Rg與Lg上產(chǎn)生很大的壓降，會造成逆變器并網(wǎng)端電壓快速上升，最終導致逆變器報電網(wǎng)電壓過高而脫網(wǎng)。

圖1：電壓超限引起脫網(wǎng)的現(xiàn)場測試波形

2.諧振會導致逆變器過流脫網(wǎng)

弱網(wǎng)條件下的單機高阻抗諧振或者多機并聯(lián)諧振會引起逆變器輸出電流震蕩，電感異常聲響；輸出特性變差，嚴重的會導致逆變器過流脫網(wǎng)。

下圖是現(xiàn)場測試波形：

圖2：諧振較弱時輸出波形

圖3：諧振較強時輸出波形（逆變器最終脫網(wǎng)）

不同逆變器的應用表現(xiàn)

國內(nèi)主流逆變器廠家在高阻抗電網(wǎng)下的應用都積累了一些經(jīng)驗，分別采取了不同的算法和控制機制，但同時有部分廠家的逆變器在現(xiàn)場應用及模擬環(huán)境中無法正常使用。以下為某一廠家逆變器在弱網(wǎng)環(huán)境下的實際表現(xiàn)：

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測試方法

光伏逆變器輸出額定電壓，額定頻率，帶滿載，分別確認在PV電壓高，額定PV電壓以及PV電壓低三種情況下的逆變器帶高阻抗狀況。輸出電感從低到高進行測試，要求逆變器可以滿載帶2mH。

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測試數(shù)據(jù)

接線圖如下所示：

圖4 測試示意

設置PV曲線電壓點為最大MPPT電壓或者0.8倍PV最大開路電壓，輸出接市電，輸出接入的電感由小到大進行測試，直到逆變器報錯或重連，記錄相關現(xiàn)象和結果。

分別在PV額定電壓和PV電壓低的情況下重復step2的測試，記錄相關結果。

以下為測試結果：

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測試波形

（1）PV低電壓260V（Voc=320V，Vmp=250V，Isc=27.1A，Imp=24A）

圖5 不同測試條件，未加高阻抗算法第三方逆變器的測試波形

（2）PV額定電壓380V（Voc=486V，Vmp=380V，Isc=17.8A，Imp=15.8A）

圖6 不同測試條件，未加高阻抗算法第三方逆變器的測試波形

（3）PV高電壓415V（Voc=531V，Vmp=415V，Isc=16.3A,Imp=14.5A）

圖7 不同測試條件，未加高阻抗算法第三方逆變器的測試波形

光伏逆變器輸出額定電壓，額定頻率，帶滿載，分別確認在PV電壓高，額定PV電壓以及PV電壓低三種情況下的逆變器帶高阻抗狀況。輸出電感從低到高進行測試，要求逆變器可以滿載帶2mH。

如上圖所示：紅色PV輸入電流 ，黃色AC輸出電流。

可以看出在任何輸入電壓條件下，輸出接入任意感量的高阻抗線圈后，沒有高阻抗兼容算法的逆變器輸出電流都會發(fā)生震蕩，電流忽大忽小，導致輸出功率不穩(wěn)定， 嚴重時會發(fā)生過流，造成逆變器停機，多次過流后容易損壞逆變器，出現(xiàn)炸機現(xiàn)象。同時電流震蕩會嚴重影響電網(wǎng)質(zhì)量，可能對用戶家用電器造成不良影響。

諧振抑制方法

現(xiàn)在解決諧振的辦法有無源阻尼法、APF等，它們能暫時抑制諧振問題，但是其增加了成本，并且以犧牲系統(tǒng)效率，損失發(fā)電量為代價。

我司在逆變器軟件中增加智能有源阻尼抑制算法，既能保證正常情況下的輸出特性，又能保證高阻抗等諧振狀態(tài)下系統(tǒng)的穩(wěn)定性的諧振抑制方法，得以較好的解決了弱網(wǎng)條件下諧振的問題。

下面是某個現(xiàn)場加入諧波抑制算法前后對比的波形

圖8 加入諧波抑制算法前測試波形圖9 加入諧波抑制算法后測試波形

可以看出，加入諧波抑制算法后高阻抗得到了很好的抑制，逆變器可以持續(xù)穩(wěn)定的運行。

除此之外，還需同時在控制機制上采用多種策略，包括：重復控制和動態(tài)的PI參數(shù)、特定諧波抑制、死區(qū)補償?shù)?。（這部分有機會再與大家詳細討論）

結 語

逆變器做為光伏系統(tǒng)生產(chǎn)管理的“芯”，不僅需要滿足目前的標準中要求的功能和保護，更需要滿足在應用過程中產(chǎn)生的新的要求，特別是目前國內(nèi)光伏分布式市場，隨著系統(tǒng)成本的降低，光伏已經(jīng)被更多的終端客戶所接受。

保護好光伏市場是所有光伏人的初衷，為光伏系統(tǒng)選擇合適的組件、逆變器、支架以及配電設備是圓夢這個初衷的第一步，也是關鍵一步。