朱永強(qiáng)，郝嘉誠(chéng)，唐萁，楊慧娜，李春來(lái)

(1.新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué))，北京市 102206；2.青海省光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧市 810000)

大型光伏電站集電系統(tǒng)諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)分析

朱永強(qiáng)1，郝嘉誠(chéng)1，唐萁1，楊慧娜1，李春來(lái)2

(1.新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(華北電力大學(xué))，北京市 102206；2.青海省光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧市 810000)

大型光伏電站中，每組并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的輸出功率(電流)經(jīng)站內(nèi)集電系統(tǒng)匯集后向外送出。文獻(xiàn)研究表明，即使單臺(tái)并網(wǎng)逆變器的輸出電流諧波較小，多臺(tái)并網(wǎng)逆變器并聯(lián)后輸出電流的諧波也有可能超標(biāo)。針對(duì)典型大型并網(wǎng)光伏電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立了詳細(xì)考慮站內(nèi)集電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的大型光伏電站諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)模型。用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納法在MATLAB中對(duì)算例進(jìn)行了諧波潮流計(jì)算，得出各個(gè)節(jié)點(diǎn)各次諧波電壓相對(duì)于該點(diǎn)基波電壓的放大倍數(shù)，并選取主變壓器低壓側(cè)節(jié)點(diǎn)作為分析對(duì)象，與忽略集電系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)的計(jì)算結(jié)果作比對(duì)，發(fā)現(xiàn)諧波電壓放大特性發(fā)生明顯改變。最后分析了集電系統(tǒng)內(nèi)部LCL濾波器及電纜線路參數(shù)對(duì)傳遞網(wǎng)絡(luò)諧波電壓放大特性的影響。

大型光伏電站；集電系統(tǒng)；諧波；傳遞網(wǎng)絡(luò)

0 引 言

2015年，我國(guó)新能源發(fā)電持續(xù)快速增長(zhǎng)，光伏裝機(jī)容量首次超過德國(guó)躍居世界第一。據(jù)最新的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2015年，我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到 4 158萬(wàn) kW。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)大型集中式光伏電站將達(dá) 8 000萬(wàn) kW[1]。由于我國(guó)太陽(yáng)能資源主要富集于西北部地區(qū)，距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，需要采用高壓遠(yuǎn)距離輸電，因此光伏電站的規(guī)?；痛笮突呀?jīng)成為光伏產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一[2]。

隨著光伏電站裝機(jī)容量的爆發(fā)式增長(zhǎng)，大規(guī)模光伏電站的接入及電力電子裝置的廣泛應(yīng)用使得大量非線性負(fù)載也加入到電力系統(tǒng)中，對(duì)電力系統(tǒng)造成污染，出現(xiàn)電能質(zhì)量問題[3-4]。目前，諧波問題是制約光伏電站并網(wǎng)最主要的問題之一，很多大型并網(wǎng)光伏電站存在諧波超標(biāo)問題，且在低光照運(yùn)行條件下更加突出[2]。大型光伏電站中，每組并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的輸出電流經(jīng)站內(nèi)集電系統(tǒng)匯集后向外送出[5]。有文獻(xiàn)研究表明，即使單臺(tái)并網(wǎng)逆變器的輸出電流諧波較小，多臺(tái)并網(wǎng)逆變器并聯(lián)后輸出電流的諧波也有可能超標(biāo)[6-7]。由于大型并網(wǎng)光伏電站一般采用LCL濾波器，且很多光伏電站通過長(zhǎng)距離輸電線纜接入弱電網(wǎng)，濾波電容可能引起諧振從而造成某些次諧波放大[8-12]。因此，在對(duì)大規(guī)模光伏電站進(jìn)行諧波分析時(shí)，不僅要考慮光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)之間日益顯著的相互作用，也應(yīng)當(dāng)考慮由濾波器、變壓器、電纜線路等元件構(gòu)成的集電系統(tǒng)對(duì)諧波傳遞所造成的影響。

文獻(xiàn)[13]的研究結(jié)果表明電網(wǎng)阻抗導(dǎo)致系統(tǒng)存在諧振現(xiàn)象，降低系統(tǒng)電能質(zhì)量，并網(wǎng)點(diǎn)電壓的諧波畸變率遠(yuǎn)大于逆變器輸出電流，并網(wǎng)點(diǎn)電壓諧波含量更易超標(biāo)。文獻(xiàn)[14]提出了大型光伏電站諧波串并聯(lián)諧振數(shù)學(xué)模型，分析了諧波串并聯(lián)諧振機(jī)理，定量分析了諧波電壓放大系數(shù)及其與輸電距離、諧波次數(shù)及諧波類型的關(guān)系。文獻(xiàn)[13]和[14]都從逆變器的控制層面研究了電網(wǎng)阻抗對(duì)大型光伏電站諧波及諧振的影響，但在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)等效時(shí)，并未將大型光伏電站集電系統(tǒng)內(nèi)部元件及連接方式納入考慮范圍。文獻(xiàn)[15]雖然在分析計(jì)算時(shí)詳盡地考慮了光伏電站集電系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但是其研究?jī)?nèi)容為光伏電站靜態(tài)電壓穩(wěn)定性問題，與諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)無(wú)關(guān)。文獻(xiàn)[16]推導(dǎo)出 1 MV·A發(fā)電單元戴維寧等效電路，建立了接近實(shí)際并網(wǎng)系統(tǒng)的阻抗網(wǎng)絡(luò)模型，分析了光伏電站諧波輸出與輻照度及光伏板溫度的關(guān)系，但沒有討論模型中各元件參數(shù)的變化對(duì)諧波輸出結(jié)果的影響。

本文針對(duì)典型大型并網(wǎng)光伏電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立詳細(xì)考慮站內(nèi)集電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的大型光伏電站諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)模型。用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納法在MATLAB中對(duì)算例進(jìn)行諧波潮流計(jì)算，得出各個(gè)節(jié)點(diǎn)各次諧波電壓相對(duì)于該點(diǎn)基波電壓的放大倍數(shù)，并選取主變壓器低壓側(cè)節(jié)點(diǎn)作為分析對(duì)象，與忽略集電系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)諧波電壓放大特性發(fā)生明顯改變。最后分析集電系統(tǒng)內(nèi)部LCL濾波器及電纜線路參數(shù)對(duì)傳遞網(wǎng)絡(luò)諧波電壓放大特性的影響。

1 諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)

1.1 大型并網(wǎng)光伏電站結(jié)構(gòu)

大型并網(wǎng)光伏電站結(jié)構(gòu)如圖1—3所示。大型光伏電站包含若干光伏發(fā)電單元，光伏發(fā)電單元的輸出功率經(jīng)站內(nèi)集電線路匯入10 kV交流母線。假設(shè)光伏電站共有m條并聯(lián)的集電線路，每條集電線路由n個(gè)光伏發(fā)電單元組成。光伏電站產(chǎn)生的電能經(jīng)變比為10 kV/121 kV的主變壓器升壓，通過高壓輸電線路并入大電網(wǎng)。

圖1 大型并網(wǎng)光伏電站結(jié)構(gòu)圖

圖2 集電線路結(jié)構(gòu)圖

圖3 光伏發(fā)電單元結(jié)構(gòu)圖

1.2 諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)中各元件等效模型

1.2.1 光伏發(fā)電單元

光伏發(fā)電單元阻抗圖如圖4所示。在光伏發(fā)電單元中，2組光伏陣列分別與2臺(tái)500 kW的光伏逆變器連接，逆變器的輸出電流經(jīng)LCL濾波器后送至一臺(tái)變比為10.5 kV/0.27 kV/0.27 kV的雙分裂變壓器，然后接入站內(nèi)集電系統(tǒng)。

圖4 光伏發(fā)電單元阻抗圖

采用電流控制模式的光伏逆變器，在諧波潮流計(jì)算中處理為能夠輸出恒定電流的電流源。光伏逆變器LCL濾波器的諧波阻抗可用式(1)計(jì)算。

(1)式中：ZL為電感的諧波阻抗；h為諧波次數(shù)；XL為電感的基波電抗；Zc為電容的諧波阻抗；Xc為電容的基波電抗。

光伏發(fā)電單元采用短路阻抗百分比為4.5%、額定容量為1 000/500/500 kV·A的雙分裂變壓器，忽略變壓器內(nèi)部阻抗的影響，有Zt=jXt。若Zt1表示高壓繞組的等效阻抗，Zt2、Zt3分別表示2個(gè)低壓繞組的等效阻抗，通常情況下，雙分裂變壓器的等效阻抗可以用式(2)計(jì)算。

(2)

式中：Xt1為雙分裂變壓器原邊繞組的基波等效電抗；Xt2、Xt3分別為2個(gè)副邊繞組的基波等效電抗；KF為分裂系數(shù)；X1-2為穿越阻抗。

大型光伏電站中每組并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)通常采用相同的結(jié)構(gòu)、參數(shù)和控制策略等，且升壓變壓器的型號(hào)均相同[14]。因此，假設(shè)圖1中所有發(fā)電單元內(nèi)各個(gè)元件的參數(shù)完全相同。

1.2.2 輸電線路和電纜

在基波計(jì)算時(shí)，輸電線路通常采用π型等值電路。但是在諧波計(jì)算中，由于線路的分布特性比基波時(shí)更加顯著，因而每個(gè)π型所能代表的線路距離將大為縮短。因此在諧波計(jì)算中，更多使用的是分布參數(shù)等值電路。為使長(zhǎng)線路的分布參數(shù)等值電路計(jì)算更加便利，采用雙曲函數(shù)來(lái)計(jì)算輸電線路和電纜的等值電路[17]。h次諧波時(shí)，線路單位長(zhǎng)度的諧波參數(shù)為

(3)

式中：Zoh為線路的單位長(zhǎng)度諧波阻抗；Roh為單位長(zhǎng)度諧波電阻；X1為單位長(zhǎng)度基波電抗；Yoh為單位長(zhǎng)度諧波導(dǎo)納；B1為單位長(zhǎng)度基波電納?？紤]到集膚效應(yīng)，線路的單位長(zhǎng)度電阻可由式(4)計(jì)算。

(4)

式中R1為線路單位長(zhǎng)度基波電阻。

h次諧波時(shí)，長(zhǎng)度為l的輸電線路或電纜的阻抗和導(dǎo)納值為

(5)

式中：ZLh和YLh分別為線路的諧波阻抗和導(dǎo)納；ZCh和γh分別為h次諧波時(shí)線路的特征阻抗和傳播函數(shù)，可由式(6)計(jì)算得到。

(6)

1.2.3 主變壓器

在高次諧波的作用下，變壓器繞組的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)都變得更加顯著，電阻值要增大[18]。本文采用IEEE提出的變壓器諧波阻抗模型。

ZT=h1.15RT+hXT

(7)

式中：ZT為主變等效諧波阻抗；RT和XT分別為基波下主變的等效電阻和電抗。

1.2.4 高壓電網(wǎng)(系統(tǒng))與負(fù)荷

當(dāng)高壓電網(wǎng)或負(fù)荷的功率為S，功率因數(shù)為cosφ時(shí)，系統(tǒng)或負(fù)荷在h次諧波下的等值阻抗為

(8)

式中：Z為系統(tǒng)或負(fù)荷的諧波等效阻抗；R和X分別為其基波等效電阻和電抗。

1.3 諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)模型

圖5和圖6分別為集電線路阻抗圖和大型并網(wǎng)光伏電站阻抗圖。假設(shè)大型光伏電站集電系統(tǒng)由m條并聯(lián)支路組成，每條支路共包含n個(gè)發(fā)電單元，如圖5所示。集電系統(tǒng)將各個(gè)發(fā)電單元所發(fā)電能匯集后，經(jīng)主變壓器、高壓輸電線路送入電網(wǎng)，電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗如圖6所示。

圖5 集電線路阻抗圖

圖6 大型并網(wǎng)光伏電站阻抗圖

根據(jù)圖5和圖6所示的諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y為(6mn+3)階方陣。令k=6mn，則有

(9)

式中Ya為(6n×1)階列向量。

(10)

Ym為集電線路單條支路的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，Ym為6n階方陣，方陣Y中共有m個(gè)Ym矩陣。

(11)

式中：Y1為集電系統(tǒng)單條支路的第1個(gè)發(fā)電單元及與其相連的電纜的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；Y2為該條支路其余各個(gè)發(fā)電單元及與其相連的電纜的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。Y1、Y2均為6階方陣。為保證Ym的正確性，Yc為Yb的補(bǔ)充矩陣。Y1、Y2、Yc可通過式(12)—(14)求得。

(12)

方陣Y2除Y2(6，6)之外，其余位置的值均與Y1相同，集電系統(tǒng)單條支路第i個(gè)(i=2，3，…，n)發(fā)電單元的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y2的Y2(6，6)為

(13)

Yc為6n階對(duì)稱方陣，有

(14)

需要說明的是，式(12)—(14)矩陣Y1、Y2、Yc未說明的部分均為0。

2 算例分析

2.1 諧波潮流計(jì)算

與基波潮流計(jì)算類似，諧波潮流計(jì)算就是根據(jù)各諧波源節(jié)點(diǎn)的注入諧波電流和該諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣組成的網(wǎng)絡(luò)方程求解各節(jié)點(diǎn)諧波電壓，即

U(h)=Y-1(h)I(h)

(15)式中：U(h)為各節(jié)點(diǎn)h次諧波電壓列向量；Y(h)為h次諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；I(h)為各節(jié)點(diǎn)h次諧波注入電流列向量。令含諧波源的節(jié)點(diǎn)注入電流為單位h次諧波電流，不含諧波源的節(jié)點(diǎn)注入電流均為0。

需要注意的是，諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)中各元件等效阻抗的大小隨諧波次數(shù)的變化而變化，因此在計(jì)算中需要多次形成諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。

2.2 2種結(jié)構(gòu)下諧波潮流計(jì)算結(jié)果對(duì)比

在大型光伏電站集電系統(tǒng)中，各發(fā)電單元之間的電纜由于線路長(zhǎng)度短、電壓等級(jí)低，因而在某些研究中忽略了電纜參數(shù)的影響，認(rèn)為各個(gè)發(fā)電單元為簡(jiǎn)單的并聯(lián)關(guān)系，如圖7所示。

圖7 忽略集電系統(tǒng)的大型光伏電站結(jié)構(gòu)圖

在建立了諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)之后，通過進(jìn)行諧波潮流計(jì)算，可以得到網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)在各次諧波下的電壓值。用某一點(diǎn)的各次諧波電壓幅值除以該點(diǎn)的基波電壓幅值，就可以得到在各次諧波下，該點(diǎn)的諧波電壓相對(duì)于基波電壓的放大倍數(shù)。由于諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)較多，本文僅選取主變壓器低壓側(cè)節(jié)點(diǎn)，即各發(fā)電單元的公共連接點(diǎn)(point of common coupling，PCC)作為代表進(jìn)行分析。網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)元件參數(shù)如表1所示。

表1 傳遞網(wǎng)絡(luò)中各元件參數(shù)

Table 1 Parameters of every component in transfer network

經(jīng)計(jì)算，2種結(jié)構(gòu)下PCC點(diǎn)諧波電壓的放大情況如圖8所示。從圖8中可以看出，在忽略站內(nèi)集電系統(tǒng)的電纜參數(shù)后，網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率有所降低，諧振點(diǎn)的電壓放大倍數(shù)也明顯增大，其余各點(diǎn)的電壓放大情況也有所改變。

圖8 PCC點(diǎn)各次諧波電壓放大情況

2種結(jié)構(gòu)下PCC點(diǎn)各次諧波的電壓放大倍數(shù)如表2所示。從表2中數(shù)據(jù)可以看出，在考慮站內(nèi)集電

表2 PCC點(diǎn)各次諧波電壓放大倍數(shù)

Table 2 Harmonic voltage amplification properties of PCC

系統(tǒng)電纜參數(shù)的情況下，該網(wǎng)絡(luò)在輸入7次諧波電流時(shí)發(fā)生了諧振，當(dāng)諧波次數(shù)小于7次時(shí)，電壓放大倍數(shù)隨輸入諧波次數(shù)的增加呈上升趨勢(shì)，隨后逐漸下降，當(dāng)諧波次數(shù)大于35次以后，諧波電壓小于基波電壓；在忽略站內(nèi)集電系統(tǒng)電纜參數(shù)的情況下，網(wǎng)絡(luò)在輸入6次諧波電流時(shí)發(fā)生了諧振，當(dāng)諧波次數(shù)小于6次時(shí)，電壓放大倍數(shù)隨輸入諧波次數(shù)的增加呈上升趨勢(shì)，隨后逐漸下降，當(dāng)諧波次數(shù)大于28次后，電壓放大倍數(shù)的變化趨勢(shì)與諧波次數(shù)沒有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但在該結(jié)構(gòu)下，不論向網(wǎng)絡(luò)注入幾次諧波電流，PCC點(diǎn)的諧波電壓幅值始終大于基波電壓幅值。

由此可見，大型光伏電站中集電系統(tǒng)的電纜參數(shù)會(huì)對(duì)諧波分析結(jié)果造成一定影響，所以在進(jìn)行諧波分析時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮站內(nèi)集電系統(tǒng)的電纜參數(shù)。

2.3 LCL濾波器的參數(shù)對(duì)諧波潮流計(jì)算結(jié)果的影響

考慮站內(nèi)集電系統(tǒng)電纜參數(shù)的情況，在表1給定參數(shù)的基礎(chǔ)上，單獨(dú)調(diào)整LCL濾波器的參數(shù)L1、L2和C的值后，PCC點(diǎn)各次諧波電壓的放大情況如圖9—11所示。

圖9 L1值對(duì)PCC點(diǎn)各次諧波電壓放大情況的影響

圖10 L2值對(duì)PCC點(diǎn)各次諧波電壓放大情況的影響

由圖9—11可以看出，L1在圖9所示范圍內(nèi)的變化沒有對(duì)PCC點(diǎn)各次諧波電壓的放大倍數(shù)產(chǎn)生明顯的影響，但不排除對(duì)網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)諧波電壓產(chǎn)生影響的可能；隨著L2值的增大，PCC點(diǎn)的諧振頻率逐漸減小，且諧振頻率均在11次以下，諧振點(diǎn)的電壓放大

圖11 C值對(duì)PCC點(diǎn)各次諧波電壓放大情況的影響

倍數(shù)均在200倍以上；電容C對(duì)PCC點(diǎn)的各次諧波電壓放大情況的影響與L2類似，隨著C值的增大，PCC點(diǎn)電壓的諧振頻率逐漸減小，且諧振頻率均在25次以下。但與L2相比，C值的變化更容易引起PCC點(diǎn)發(fā)生諧振。

2.4 電纜參數(shù)對(duì)諧波潮流計(jì)算結(jié)果的影響

考慮站內(nèi)集電系統(tǒng)電纜參數(shù)的情況，在表1給定參數(shù)的基礎(chǔ)上，單獨(dú)調(diào)整單位長(zhǎng)度電纜的阻抗和導(dǎo)納的值后，PCC點(diǎn)各次諧波電壓的放大情況如圖12—13所示。

圖12 電纜阻抗值對(duì)PCC點(diǎn)各次諧波電壓放大情況的影響

圖13 電纜導(dǎo)納值對(duì)PCC點(diǎn)各次諧波電壓放大情況的影響

由圖12—13可以看出，電纜阻抗值大小的改變對(duì)PCC點(diǎn)處的諧振頻率幾乎沒有影響，但是隨著電纜阻抗值的增大，PCC點(diǎn)在諧振頻率下的電壓放大倍數(shù)先減小后增大；電纜導(dǎo)納值大小的改變對(duì)PCC點(diǎn)處的諧振頻率也沒有明顯的影響，但是隨著電纜導(dǎo)納值的增大，PCC點(diǎn)在諧振頻率下的電壓放大倍數(shù)逐漸增大，但增大得比較緩慢。

由于在站內(nèi)集電系統(tǒng)中，各發(fā)電單元之間的電纜線路長(zhǎng)度短、電壓等級(jí)低，所以電纜參數(shù)的改變對(duì)于PCC點(diǎn)各次諧波電壓放大倍數(shù)的影響并不明顯，但如果不考慮電壓放大倍數(shù)，只從電壓幅值的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，電纜參數(shù)的改變對(duì)該點(diǎn)各次諧波電壓幅值大小的影響較為明顯。由此也可以說明，在對(duì)大型光伏電站進(jìn)行諧波分析時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮電纜參數(shù)對(duì)于分析結(jié)果的影響。

3 結(jié) 論

(1)是否考慮光伏電站內(nèi)部集電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，PCC點(diǎn)的諧波電壓放大特性存在明顯差別。

(2)光伏逆變器的LCL濾波器參數(shù)對(duì)PCC點(diǎn)諧波電壓放大特性有影響，其中L2與C值的改變對(duì)于諧波電壓放大特性影響較為明顯，L1的改變對(duì)PCC點(diǎn)的影響不明顯，但是不排除其對(duì)電站內(nèi)部節(jié)點(diǎn)存在影響。

(3)集電系統(tǒng)內(nèi)部電纜線路參數(shù)對(duì)PCC點(diǎn)諧波電壓放大特性有影響。由于各發(fā)電單元之間的電纜線路長(zhǎng)度短、電壓等級(jí)低，電纜參數(shù)的改變對(duì)于該點(diǎn)的諧波電壓放大特性影響相對(duì)較小。

本文建立的考慮集電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)詳細(xì)模型，對(duì)于光伏電站諧波電壓放大機(jī)理和基本規(guī)律的說明是有意義的。

[1]國(guó)家電網(wǎng)公司.公司發(fā)布《促進(jìn)新能源發(fā)展白皮書(2016)》[EB/OL]. (2016-03-15)[2016-05-24].http://www.sgcc.com.cn/shouye/tbxw/332320.shtml.

[2]趙爭(zhēng)鳴，雷一，賀凡波，等.大容量并網(wǎng)光伏電站技術(shù)綜述[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35(12)：101-107. ZHAO Zhengming，LEI Yi，HE Fanbo，et al. Overview of large-scale grid-connected photovoltaic power plants[J]. Automation of Electric Power Systems，2011，35(12)：101-107.

[3]丁明，王偉勝，王秀麗，等. 大規(guī)模光伏發(fā)電對(duì)電力系統(tǒng)影響綜述[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2014，34(1)：1-14. DING Ming，WANG Weisheng，WANG Xiuli，et al. A review on the effect of large-scale PV generation on power systems[J]. Proceedings of the CSEE，2014，34(1)：1-14.

[4]李春來(lái),王晶,楊立濱. 典型并網(wǎng)光伏電站的等值建模研究及應(yīng)用[J]. 電力建設(shè),2015, 36(8):114-121. LI Chunlai，WANG Jing，YANG Libin. Equivalent modeling research and application oftypical grid connected photovoltaic power station[J]. Electric Power Construction,2015, 36(8):114-121.

[5]張彥昌,石巍. 大型光伏電站集電線路電壓等級(jí)選擇[J]. 電力建設(shè),2012, 33(11):7-10. ZHANG Yanchang, SHI Wei. Voltage level selection of collecting power lines for large-scale photovoltaic power station[J]. Electric Power Construction,2012, 33(11):7-10.

[6]董偉杰，白曉民，朱寧輝，等.間歇式電源并網(wǎng)環(huán)境下電能質(zhì)量問題研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，37(5)：1265-1271. DONG Weijie，BAI Xiaomin，ZHU Ninghui，et al.Discussion on the power quality under grid-connection of intermittent power sources[J]. Power System Technology，2013，37(5)：1265-1271.

[7]VARMA R K，SALAMA M.Large-scale photovoltaic solar power integration in transmission and distribution networks[C]//2011 IEEE Power and Energy Society General Meeting. Detroit, Michigan, USA: IEEE, 2011: 1-4.

[8]SHIH F Y，CHEN D Y，WU Y P，et al. A procedure for designing EMI filters for AC line applications[J]. IEEE Transactions on Power Electronics，1996，11(1)：17-18.

[9]TURNER R，WALTON S，DUKE R.Stability and bandwidth implications of digitally controlled grid-connected parallel inverters[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics，2010，57(11)：3685-3694.

[10]楊明，周林，張東霞，等.考慮電網(wǎng)阻抗影響的大型光伏電站并網(wǎng)穩(wěn)定性分析[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，28(9)：214-223. YANG Ming，ZHOU Lin，ZHANG Dongxia，et al.Stability analysis of large-scale photovoltaic power plants for the effect of grid impedance[J].Transactions of China Electrotechnical Society，2013，28(9)：214-223.

[11]周林，張密，居秀麗，等. 電網(wǎng)阻抗對(duì)大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)穩(wěn)定性影響分析[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33(34)：34-41. ZHOU Lin，ZHANG Mi，JU Xiuli，et al. Stability analysis of large-scale photovoltaic plants due to grid impedances[J]. Proceedings of the CSEE，2013，33(34)：34-41.

[12]姚天亮,鄭昕,楊德洲,等. 打捆并網(wǎng)方式下光伏電站無(wú)功補(bǔ)償及諧波問題[J]. 電力建設(shè),2011, 32(8):24-28. YAO Tianliang, ZHENG Xin, YANG Dezhou, et al. Dynamic reactive power compensation and harmonic problems of PV power plants under bundled grid-connection condition[J]. Electric Power Construction,2011, 32(8):24-28.

[13]周林,張密. 大型光伏電站諧振現(xiàn)象分析[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備，2014，34(6)：8-14. ZHOU Lin，ZHANG Mi. Analysis of resonance phenomenon in large-scale photovoltaic power plant[J]. Electric Power Automation Equipment，2014，34(6)：8-14.

[14]謝寧，羅安，馬伏軍，等. 大型光伏電站與電網(wǎng)諧波交互影響[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33(34)：9-16. XIE Ning，LUO An，MA Fujun，et al. Harmonic interaction between large-scale photovoltaic power stations and grid[J]. Proceedings of the CSEE，2013，33(34)：9-16.

[15]杜瀟，周林，郭珂，等. 大型光伏電站靜態(tài)電壓穩(wěn)定性分析[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2015，39(12)：3427-3434. DU Xiao，ZHOU Lin，GUO Ke，et al. Static voltage stability analysis of large-scale photovoltaic plants[J]. Power System Technology，2015，39(12)：3427-3434.

[16]謝寧，羅安，陳燕東，等. 大型光伏電站動(dòng)態(tài)建模及諧波特性分析[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2013，33(36)：10-17. XIE Ning，LUO An，CHEN Yandong，et al. Dynamic modeling and characteristic analysis on harmonics of photovoltaic power stations[J]. Proceedings of the CSEE，2013，33(36)：10-17.

[17]蘆晶晶. 電力系統(tǒng)諧波分析及程序開發(fā)[D]. 北京：中國(guó)電力科學(xué)研究院，2005. LU Jingjing. Power system harmonic analysis and software development[D]. Beijing: China Electric Power Research Institute，2005.

[18]WAKILEH G J. 電力系統(tǒng)諧波: 基本原理、分析方法和濾波器設(shè)計(jì)[M]. 徐政，譯. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011: 10-11.

(編輯 景賀峰)

Harmonic Transfer Network Analysis of Large-Scale Photovoltaic Power Plant Electricity Energy Collection System

ZHU Yongqiang1, HAO Jiacheng1, TANG Qi1, YANG Huina1, LI Chunlai2

(1. State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources (North China Electric Power University), Beijing 102206, China; 2. Qinghai Province Key Laboratory of Grid-Connected Photovoltaic (PV) Technology, Xining 810000, China)

In large-scale photovoltaic (PV) power plant, the output power of every PV grid-connected inverter system is collected by electricity energy collection system and then is put into electricity grid. Previous studies have demonstrated that the harmonic problem may occur when PV inverters run in parallel even if all the PV inverters individually satisfy the standards. Considering the electricity energy collection system, this paper builds the model of harmonic transfer network for typical topological structure of large-scale grid-connected PV power plant. Using node matrix method, this paper calculates the harmonic power flow of a given calculation example in MATLAB and gets the fundamental and harmonic voltage amplitudes of every node. Taking the node of the low voltage side of main transformer as the study object, this paper compares the calculation result with that of neglecting the structure of the electricity energy collection system, whose results show that the voltage amplification property obviously changes. Finally, this paper analyzes the influence of the parameters of LCL filter and cable in the electricity energy collection system on the voltage amplification property of the harmonic transfer network.

large-scale photovoltaic power plant; electricity energy collection system; harmonic; transfer network

新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2016年自主研究課題項(xiàng)目(LAPS2016-14)

TM 615

A

1000-7229(2016)10-0122-08

10.3969/j.issn.1000-7229.2016.10.017

2016-06-14

朱永強(qiáng)(1975)，男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)以及電力電子技術(shù)；

郝嘉誠(chéng)(1992)，女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)；

唐萁(1994)，男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)樾履茉窗l(fā)電與并網(wǎng)技術(shù)；

楊慧娜(1972)，女，博士，講師，主要研究方向?yàn)殡姽だ碚撆c新技術(shù)以及電力電子技術(shù)；

李春來(lái)(1980)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)樾履茉醇夹g(shù)。