單相小功率并網光伏逆變器并聯仿真研究

周 成，江宏玲，戴新榮，謝 芳

1.安徽國際商務職業學院信息服務系，合肥，231131；2.安徽省淮委水利科學研究院，合肥，230088；3.安徽大學工業節電與電能質量控制協同創新中心，合肥，230601

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單相小功率并網光伏逆變器并聯仿真研究

周 成1，江宏玲2，戴新榮2，謝 芳3

1.安徽國際商務職業學院信息服務系，合肥，231131；2.安徽省淮委水利科學研究院，合肥，230088；3.安徽大學工業節電與電能質量控制協同創新中心，合肥，230601

為了給多機并聯系統設計提供理論依據，建立并分析了單相小功率并網光伏逆變器多機并聯的等效模型，得出多機并聯影響的實質是倍增了并網輸入電網阻抗和系統諧振點的變化趨勢。依據電網強弱的穩定性判據，得出多機并聯時電網阻抗的標幺值以及多機并聯臺數，利用Matlab仿真驗證了在滿足不使并網點電壓越限且不使電網變成弱電網的前提下，適量增加并機臺數有利于抑制諧波避免系統振蕩改善系統性能。

多機并聯；抑制諧波；MATLAB仿真

光伏電站經常采用靈活的多逆變器并聯方式來擴大系統容量，使系統配置更加合理靈活的同時也便于分布式光伏發電的大規模工程應用[1]。由于受環境和天氣條件的影響較大，易對電網特性產生諸如諧波交互諧振和抬高并網點電壓等不利影響，國內外學者對因多機并聯引起的電網阻抗倍增對系統的穩定性與諧波振蕩等方面做了大量研究[2-4]。本文在分析單相多機并聯光伏并網逆變器等效模型的基礎上，分析電網阻抗倍增和系統諧振點的發展趨勢，通過仿真驗證了并得出并網系統的逆變器臺數對系統的穩定性和系統諧振點的影響，在既定電網并網容量范圍內確保多機并聯系統的公共連接點電壓不越限的前提下，適當增加多機并聯臺數，有利于抑制諧波避免諧振，從而改善系統性能。

1 多機聯網并聯系統建模分析

為了分析多個并網逆變器與電網并聯的諧波交互影響，有必要建立單相并網逆變器模型(圖1)。

圖1 多臺單相并網逆變器并聯系統

為不計入變壓器和接線導線所產生的寄生電阻，并且考慮電網阻抗影響的多臺單相并網逆變器系統[5-6]，圖1(a)中虛框部分所示為n=1時單臺逆變器并網系統，當并聯系統為n臺并聯時依次合上開關K1至Kn-1。因實際并網接線較長，其接入導線的阻抗將使各逆變器的接入點電壓存在差異；圖1(b)所示為考慮接入導線阻抗的多臺并聯系統，其中，Z1、Zn-1分別為第2臺和第n臺等效接入導線阻抗。圖1中μr1至μm表示各并網逆變器輸出側電壓，μg表示經LC濾波后并網點電網電壓，ig表示并網側電流，Lg表示電網阻抗即變壓器漏抗(只考慮感抗部分)，μα表示接入電網電壓。

圖1(a)中虛框部分所示單機聯網系統的聯網電流i與輸出電壓μr1之比為(1)式所示的導納Y1關系。當合上開關K1至Kn-1組成圖1(a)所示的n臺并聯系統并考慮在相同工作情況下即令μr1=μr2=…=μm=μr≠0時，則圖1(a)所示的多機聯網系統下有式(2)所示的單機等效導納關系Y2。

(1)

(2)

圖2 考慮逆變器輸出等效阻抗的多并聯系統

2 電網影響分析

(3)

圖3 10 KV電網多機并聯系統

3 仿 真

使用Matlab對上述多機并聯系統進行仿真研究。仿真參數設置如下：逆變器電抗L=1.4 mH,電網等效阻抗Lg=0.03 mH，開關時間Ts=1/16 000 S,調制比Kpwm=350，比例系數Kp=0.02，時間常數Ti=0.004,電容內阻R=0.1歐姆。改變Lg相當于改變并機臺數，圖4所示為并機臺數為10臺(設置Lg=0.3 mH)和48臺(設置Lg=1.44 mH)并于電壓源頭分別加入特征諧波3 800 Hz和2 000 Hz后系統發生諧振的波形對比。

圖4 并聯臺數不同時電網波形對比

由圖4仿真結果可知，在并機臺數不使并網點電壓越限并且不使電網變成弱電網的前提下,適量增加并機臺數可有效抑制諧波避免系統振蕩。

4 結束語

本文在對多機聯網并聯系統進行建模和對電網影響分析的基礎上進行了仿真，為多機并聯系統的設計提供了理論依據。采用單相小功率光伏并網逆變器多機并聯系統的實質是倍增了電網阻抗并使系統諧振點發生改變，依據電網強弱的穩定性判據，可在給定電網拓撲下算出多機并聯時電網阻抗的標幺值和并聯臺數。仿真結果驗證了要使并入電網為強壯電網(電網阻抗標幺值小于0.1 p.u)，在給定電網容量允許范圍內，適當增加并聯臺數有利于抑制諧波避免系統振蕩從而改善系統性能。

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(責任編輯：汪材印)

10.3969/j.issn.1673-2006.2017.05.030

2017-01-26

安徽大學博士啟動經費項目(J01001961)；安徽省教育廳自然科學研究重點項目(KJ2017A861)；國家青年自然科學基金項目(51607002)。

周成(1983-)，安徽合肥人，碩士，助教，研究方向：電力電子技術。

TM464

：A

：1673-2006(2017)05-0107-03