(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 106849154 A(43)申请公布日 2017.06.13
(21)申请号 201611074062.2(22)申请日 2016.11.29
(71)申请人 国网冀北电力有限公司承德供电公
司
地址 067000 河北省承德市双桥区新华路
北10号
申请人 中电电研（北京）配电技术有限公司(72)发明人 李大兴 邱文祥 夏革非 张华东
李佳骥 李剑虹 陈广宇 王成鹤 王志明 (74)专利代理机构 北京汲智翼成知识产权代理
事务所(普通合伙) 11381
代理人 陈曦 陈丽(51)Int.Cl.
H02J 3/38(2006.01)
权利要求书3页 说明书12页 附图9页
(54)发明名称
一种光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法
(57)摘要
本发明公开了一种光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法，包括如下步骤：S1，对给定的光伏电站拓扑结构，通过等效二端口模型进行模块化化简，得到光伏电站模块化等效阻抗结构；S2，为光伏电站模块化等效阻抗结构确定谐波电流源，利用二端口传输矩阵建立含谐波源的光伏电站等效阻抗结构中任意两个节点间的电压电流关系；S3，利用叠加原理得到任意节点的谐波电压与各谐波源间的灵敏度关系。该方法可以有效地获得光伏电站拓扑结构中任意节点的谐波电压与各谐波源间的灵敏度关系，从而为分析不同工况下谐波过电压情况提供了理论依据；可以很好地实现对光伏电站不同工况下谐波过电压情况进行分析，进而减少谐波问题。
CN 106849154 ACN 106849154 A
权 利 要 求 书
1/3页
1.一种光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法，其特征在于包括如下步骤：
S1，对给定的光伏电站拓扑结构，通过等效二端口模型进行模块化化简，得到光伏电站模块化等效阻抗结构；
S2，为光伏电站模块化等效阻抗结构确定谐波电流源，利用二端口传输矩阵建立含谐波源的光伏电站等效阻抗结构中任意两个节点间的电压电流关系；
S3，利用叠加原理得到任意节点的谐波电压与各谐波源间的灵敏度关系。
2.如权利要求1所述的光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法，其特征在于在步骤S1中，所述对给定的光伏电站拓扑结构，通过等效二端口模型进行模块化化简，得到光伏电站模块化等效阻抗结构；包括如下步骤：
S11，确定光伏电站阻抗网络中两个端口的并联方式，获取并联点处电压电流二端口方程；
S12，获取集电线路的等效二端口模型，根据集电线路的等效二端口模型，获取集电线路模块二端口方程及等效传输矩阵；
S13，获取发电单元的等效二端口模型，根据发电单元的等效二端口模型，获取发电单元模块二端口方程及等效传输矩阵；
S14，根据步骤S11～S13的阻抗网络简化方式得到的光伏电站模块化等效阻抗结构。3.如权利要求2所述的光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法，其特征在于：
在步骤S11中，得到并联处节点2、4和5之间的电压电流关系二端口方程表达式为：
其中，U2、U5分别表示节点2和5处的电压；I2、I5分别表示节点2和5处的电流；Z4表示节点4和节点0之间的输入阻抗。
4.如权利要求2所述的光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法，其特征在于：
在步骤S12中，根据集电线路等效二端口模型，得到集电线路模块二端口方程及等效传输矩阵表达式为：
其中，U1表示节点1处的电压；I1表示节点1处的电流；Zdn和Zdy为集电线路的等效阻抗，ZD为集电线路的等效传输矩阵。
5.如权利要求2所述的光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法，其特征
2
CN 106849154 A
权 利 要 求 书
2/3页
在于：
在步骤S13中，根据发电单元的等效二端口模型，得到发电单元二端口方程及等效传输矩阵表达式为：
其中，Zf为发电单元的等效输入阻抗，ZF为发电单元的等效传输矩阵。
6.如权利要求1所述的光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法，其特征在于：
在步骤S2中，含谐波源的光伏电站等效阻抗结构中任意两个节点间的电压电流二端口方程关系式包括：集电线路上任意一点与并网节点2n的电压电流关系、PCC处各节点之间的电压电流关系以及发电单元模块内部任意两个节点间的电压电流关系，其中，n为正整数。
7.如权利要求6所述的光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法，其特征在于：
所述集电线路上任意一点与并网节点2n的电压电流关系为：第t条线路上节点5到2n间任意节点k与节点2n的电压电流关系如下：
当k为偶数时：
当k为奇数时：
其中，Uk、U2n分别表示节点k、2n处的电压；Ik、I2n分别表示节点k、2n处的电流；ZD为集电线路的等效传输矩阵；ZF为发电单元的等效传输矩阵；
节点1到4间的电压电流关系如下：
其中，U1、U2、U3、U4分别表示节点1、2、3、4处的电压；I1、I2、I3、I4分别表示节点1、2、3、4处的电流。
8.如权利要求6所述的光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法，其特征在于：
所述PCC处各节点之间的电压电流关系为：
3
CN 106849154 A
权 利 要 求 书
3/3页
其中，Z2mn为线路2mn的等效阻抗。
9.如权利要求6所述的光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法，其特征在于：
所述发电单元内部的任意两个节点间的电压电流二端口方程关系式为：
其中，Ufp、Ufq分别表示发电单元内部节点p、q处的电压；Ifp、Ifq分别表示发电单元内部节点p、q处的电流；Zfq为发电单元内部节点q的端口输入阻抗。
10.如权利要求1所述的光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法，其特征在于在步骤S3中，利用叠加原理得到任意节点的谐波电压与各谐波源间的灵敏度关系，包括如下步骤：
采用叠加原理得到PCC点与各谐波源间电压电流关系；获取PCC点谐波电压与各谐波源电流关系：U2mn+1＝K1Is1+K2Is2+...KmnIsmn；
通过求U2mn+1对Isi的偏导得到PCC点谐波电压与各谐波电流源的灵敏度；其中，Ki为灵敏度系数，U2mn+1为2mn+1点的谐波电压；Isi为第i个逆变器输出的电流，i＝1,2…mn。
4
CN 106849154 A
说 明 书
1/12页
一种光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法
技术领域[0001]本发明涉及一种光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法，尤其涉及一种面向家庭光伏发电的光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法。背景技术[0002]我国目前正加快资源节约型、环境友好型社会的建设，电能等绿色能源的使用比例将不断加大，家庭能源也由传统能源向绿色能源转换。现在家庭光伏发电逐渐受到广泛的使用。光伏发电特指采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的发电系统。它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式。[0003]2015年，我国新能源发电持续快速增长，光伏装机容量首次超过德国跃居世界第一。由于我国太阳能资源主要富集于西北部地区，距离负荷中心较远，需要采用高压远距离输电，因此光伏电站的规模化和大型化已经成为光伏产业的重要发展趋势之一。[0004]随着家庭光伏发电的不断增长，光伏电站装机容量爆发式增长，大规模光伏电站的接入及电力电子装置的广泛应用使得大量非线性负载也加入到电力系统中，对电力系统造成污染，出现电能质量问题。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问题，且在低光照运行条件下更加突出。为了有效地减少光伏电站的谐波问题，需要对光伏电站不同工况下谐波过电压情况进行分析。进行分析过程中，除了需要对大型光伏电站集电系统中谐波传递网络进行有效地建模，还需要对光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系进行分析。[0005]但是，现有的研究方法中很少涉及对光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系进行分析的情况，不能很好地实现对光伏电站不同工况下谐波过电压情况进行分析，进而减少谐波问题。
发明内容[0006]针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法。[0007]为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：[0008]一种光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法，包括如下步骤：[0009]S1，对给定的光伏电站拓扑结构，通过等效二端口模型进行模块化化简，得到光伏电站模块化等效阻抗结构；[0010]S2，为光伏电站模块化等效阻抗结构确定谐波电流源，利用二端口传输矩阵建立含谐波源的光伏电站等效阻抗结构中任意两个节点间的电压电流关系；[0011]S3，利用叠加原理得到任意节点的谐波电压与各谐波源间的灵敏度关系。[0012]其中较优地，在步骤S 1中，所述对给定的光伏电站拓扑结构，通过等效二端口模型进行模块化化简，得到光伏电站模块化等效阻抗结构；包括如下步骤：[0013]S11，确定光伏电站阻抗网络中两个端口的并联方式，获取并联点处电压电流二端
5
CN 106849154 A
说 明 书
2/12页
口方程；[0014]S12，获取集电线路的等效二端口模型，根据集电线路的等效二端口模型，获取集电线路模块二端口方程及等效传输矩阵；[0015]S13，获取发电单元的等效二端口模型，根据发电单元的等效二端口模型，获取发电单元模块二端口方程及等效传输矩阵；[0016]S14，根据步骤S11～S13的阻抗网络简化方式得到的光伏电站模块化等效阻抗结构。[0017]其中较优地，在步骤S11中，得到并联处节点2、4和5之间的电压电流关系二端口方程表达式为：
[0018]
其中，U2、U5分别表示节点2和5处的电压；I2、I5分别表示节点2和5处的电流；Z4表示
节点4和节点0之间的输入阻抗。[0020]其中较优地，在步骤S12中，根据集电线路等效二端口模型，得到集电线路模块二端口方程及等效传输矩阵表达式为：
[0019]
[0021]
其中，U1表示节点1处的电压；I1表示节点1处的电流；Zdn和Zdy为集电线路的等效阻
抗，ZD为集电线路的等效传输矩阵。[0023]其中较优地，在步骤S13中，根据发电单元的等效二端口模型，得到发电单元二端口方程及等效传输矩阵表达式为：
[0022]
[0024]
其中，Zf为发电单元的等效输入阻抗，ZF为发电单元的等效传输矩阵。
[0026]其中较优地，在步骤S2中，含谐波源的光伏电站等效阻抗结构中任意两个节点间的电压电流二端口方程关系式包括：集电线路上任意一点与并网节点2n的电压电流关系、PCC处各节点之间的电压电流关系以及发电单元模块内部任意两个节点间的电压电流关系，其中，n为正整数。[0027]其中较优地，所述集电线路上任意一点与并网节点2n的电压电流关系为：第t条线路上节点5到2n间任意节点k与节点2n的电压电流关系如下：[0028]当k为偶数时：
6
[0025]
CN 106849154 A
说 明 书
3/12页
[0029]
[0030]
当k为奇数时：
[0031]
其中，Uk、U2n分别表示节点k、2n处的电压；Ik、I2n分别表示节点k、2n处的电流；ZD为
集电线路的等效传输矩阵；ZF为发电单元的等效传输矩阵；[0033]节点1到4间的电压电流关系如下：
[0032]
[0034]
其中，U1、U2、U3、U4分别表示节点1、2、3、4处的电压；I 1、I2、I3、I4分别表示节点1、2、3、4处的电流。[0036]其中较优地，所述PCC处各节点之间的电压电流关系为：
[0035]
[0037]
[0038][0039]
其中，Z2mn为线路2mn的等效阻抗。
其中较优地，所述发电单元内部的任意两个节点间的电压电流二端口方程关系式
为：
[0040]
其中，Ufp、Ufq分别表示发电单元内部节点p、q处的电压；Ifp、Ifq分别表示发电单元
内部节点p、q处的电流；Zfq为发电单元内部节点q的端口输入阻抗。[0042]其中较优地，在步骤S3中，利用叠加原理得到任意节点的谐波电压与各谐波源间的灵敏度关系，包括如下步骤：[0043]采用叠加原理得到PCC点与各谐波源间电压电流关系；[0044]获取PCC点谐波电压与各谐波源电流关系：[0045]U2mn+1＝K1Is1+K2Is2+...KmnIsmn；[0046]通过求U2mn+1对Isi的偏导得到PCC点谐波电压与各谐波电流源的灵敏度；[0047]其中，Ki为灵敏度系数，U2mn+1为2mn+1点的谐波电压；Isi为第i个逆变器输出的电
7
[0041]
CN 106849154 A
说 明 书
4/12页
流，i＝1,2…mn。[0048]本发明所提供的光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法，通过对给定的光伏电站拓扑结构进行模块化化简，得到光伏电站模块化等效阻抗结构；然后利用二端口传输矩阵建立含谐波源的光伏电站模块化等效阻抗结构中任意两个节点间的电压电流关系；利用叠加原理得到任意节点的谐波电压与各谐波源间的灵敏度关系。该方法可以有效地获得光伏电站拓扑结构中任意节点的谐波电压与各谐波源间的灵敏度关系，从而为分析不同工况下谐波过电压情况提供了理论依据；可以很好地实现对光伏电站不同工况下谐波过电压情况进行分析，进而减少谐波问题。附图说明[0049]图1为本发明所提供的光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法的流程图；[0050]图2为本发明所提供的集电线路等效阻抗结构的示意图；[0051]图3为本发明所提供的光伏电站阻抗网络的结构示意图；[0052]图4为本发明的一个实施例中，二端口并联结构的示意图；[0053]图5为本发明所提供的集电线路等效阻抗的结构示意图；[0054]图6为本发明所提供的集电线路等效二端口模型的结构示意图；[0055]图7为本发明所提供的发电单元等效阻抗结构的示意图；[0056]图8为本发明所提供的一个实施例中，发电单元等效二端口模型的结构示意图；[0057]图9为本发明所提供的一个实施例中，光伏电站模块化等效阻抗结构的示意图；[0058]图10为本发明所提供的一个实施例中，含谐波源的光伏电站模块化等效阻抗结构的示意图；[0059]图11为本发明所提供的一个实施例中，含谐波源发电单元的示意图；[0060]图12为本发明所提供的一个实施例中，仿真算例光伏拓扑结构的示意图；[0061]图13为本发明所提供的一个实施例中，满出力下1、2、4、6节点谐振情况展示的示意图；[0062]图14为本发明所提供的一个实施例中，各节点谐振电压对比的示意图；[0063]图15为本发明所提供的一个实施例中，部分逆变器出力60％节点1、4、6、7谐振情况展示的示意图；[0064]图16为本发明所提供的一个实施例中，部分逆变器出力60％各节点谐振电压对比的示意图。
具体实施方式[0065]下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。[0066]在本发明中，通过理论推导得出光伏电站阻抗网络中三种常见结构的模块化二端口模型及其传输矩阵，并由此得到化简后的模块化阻抗网络模型，具体分析了单谐波源作用下任意两个节点间电压电流关系的求解方式，进而以PCC点为例，得到该节点谐波电压与各谐波源间的灵敏度关系。如图1所示，本发明提供的光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法，具体包括如下步骤：首先，对给定的光伏电站拓扑结构，通过等效二端口
8
CN 106849154 A
说 明 书
5/12页
模型进行模块化化简，得到光伏电站模块化等效阻抗结构；然后，为化简后得到的光伏电站模块化等效阻抗结构确定谐波源，利用二端口传输矩阵建立该含谐波源的光伏电站模块化等效阻抗结构中任意两个节点间的电压电流关系；最后，利用叠加原理得到任意节点的谐波电压与各谐波源间的灵敏度关系。从而为分析不同工况下谐波过电压情况提供了理论依据。下面对这一过程做详细具体的说明。[0067]S1，对给定的光伏电站拓扑结构，通过等效二端口模型进行模块化化简，得到光伏电站模块化等效阻抗结构。[0068]给定的光伏电站拓扑结构，通过等效二端口模型进行模块化化简，得到光伏电站模块化等效阻抗结构。光伏电站拓扑结构类似集电线路等效阻抗结构，集电线路等效阻抗结构如图2所示，图中，ZN为逆变器及其LCL滤波器等效阻抗；Zt1、Zt2、Zt3分别为双分裂变压器的原边绕组及两个副边绕组的等效阻抗；Zdi和Ydi(i＝1,2…n)分别为单条集电线路的第i个发电单元后连接的电缆线路的等效阻抗和导纳；ZT和YT分别为光伏电站升压变压器的等效阻抗和导纳；ZS为该光伏电站并入的大电网的等效阻抗。假设某光伏电站内含有m条集电线路且每条集电线路上含有n个发电单元，可得到图3所示的光伏电站阻抗网络，即光伏电站拓扑结构。[0069]在光伏电站阻抗网络图中，电源连接部分的虚线表示谐波电流源不接入，ZN为逆变器等效阻抗，Zt1、Zt2和Zt3为分裂变压器的等效阻抗，Zdn和Zdy为集电线路的等效阻抗，ZT和ZTy为网侧变压器等效阻抗，ZL和ZLy为输电线路等效阻抗，ZLS为电网等效阻抗。[0070]接下来对光伏电站阻抗网络进行化简，具体包括如下步骤：[0071]S11，确定光伏电站阻抗网络中两个端口的并联方式，获取并联点处电压电流二端口方程。[0072]当光伏电站阻抗网络中两个二端口如图4所示并联时，研究其并联点处电压电流二端口方程，电源连接部分的虚线表示谐波电流源不接入。[0073]对节点2、4和5而言，有：
[0074]
其中，U2、U4、U5分别表示节点2、4和5处的电压；I2、I4、I 5分别表示节点2、4和5处的电流。根据电路分析，U2与U4相等，故想要得到三个节点之间的电压电流关系二端口方程，还需要用U2表示I4，用U4表示I2。
[0075]
[0076]
[0077][0078]
U1＝I1ZN (3)
联立公式(2)和(3)可得式(4)，其中，Z2表示节点2和节点0之间的输入阻抗。
[0079]
9
CN 106849154 A[0080]
说 明 书
6/12页
即I2＝U2/Z2＝U4/Z2，同理，I4＝U2/Z4，其中Z4表示节点4和节点0之间的输入阻抗。
[0081]
[0082]
综上，可以得到并联处节点2、4和5之间的电压电流关系二端口方程表达式为(6)
和(7)：
[0083]
[0084]
S12，获取集电线路的等效二端口模型，根据集电线路的等效二端口模型，获取集
电线路模块二端口方程及等效传输矩阵，即得到集电线路的等效阻抗结构。[0086]图5为集电线路的π型等效阻抗图，将其转化成集电线路等效二端口模型，如图6所示，其中，ZD为集电线路的等效传输矩阵。[0087]根据集电线路等效二端口模型，进行简单的电路分析，得到集电线路模块二端口方程及等效传输矩阵ZD如式(8)所示：
[0085]
[0088]
其中，Zdn和Zdy为集电线路的等效阻抗，ZD为集电线路的等效传输矩阵。
[0090]S13，获取发电单元的等效二端口模型，根据发电单元的等效二端口模型，获取发电单元模块二端口方程及等效传输矩阵，即得到发电单元的等效阻抗结构。[0091]图7为发电单元的等效阻抗结构图(虚线框中部分)，将其转化成发电单元等效二端口模型，如图8所示，其中，ZF为发电单元的等效传输矩阵。[0092]根据发电单元的等效二端口模型，进行简单的电路分析，得到发电单元二端口方程及等效传输矩阵ZF如式(9)和式(10)所示：
[0089]
[0093]
10
CN 106849154 A[0094]
说 明 书
7/12页
Zf＝Z2//Z4+Zt1 (10)
[0095]其中，Z2、Z4为发电单元内部并联点处两个端口的等效输入阻抗，Zf为发电单元的等效输入阻抗。[0096]S14，根据步骤S11～S13的阻抗网络简化方式得到的光伏电站模块化等效阻抗结构。[0097]根据步骤S11～S13的阻抗网络简化方式得到的光伏电站模块化等效阻抗结构。即将步骤S11～S13得到的等效阻抗结构替换原光伏电站阻抗网络中的各部分结构，得到光伏电站模块化等效阻抗结构，即完成了通过等效二端口模型进行模块化化简。[0098]S2，为化简后的光伏电站模块化等效阻抗结构确定谐波源，利用二端口传输矩阵建立该含谐波源的光伏电站模块化等效阻抗结构中任意两个节点间的电压电流关系。[0099]前已述及，对给定的光伏电站拓扑结构，通过等效二端口模型进行模块化化简，化简后的光伏电站模块化等效阻抗结构图如图9所示。由此可以得到无源网络下任意两个节点间电压电流关系。[0100]根据化简后的化简后的光伏电站模块化等效阻抗结构图，可以得到在第一条集电线路上(节点1到2n)，满足如下公式：
[0101][0102]
对于任意节点i而言，若i为偶数，则满足如下公式：
[0103]
[0104]
若i为奇数，则满足如下公式：
[0105]
即第一条集电线路上任意一点与并网节点2n的电压电流关系均可建立，同理，其它线路任意一点与该线路并网节点的电压电流关系同上。[0107]在PCC(point of common coupling，各发电单元的公共连接点)点处：
[0106]
[0108]
各条线路的等效阻抗分别为Z2n＝U2n/I2n、Z4n＝U4n/I4n……Z2mn＝U2mn/I2mn，根据前边介绍的并联二端口处理方式，可得到PCC处各节点之间的电压电流关系。
[0109]
11
CN 106849154 A
说 明 书
8/12页
[0110]
综上，整个化简后的光伏电站模块化等效阻抗结构中任意两个节点间的电压电流
关系均可得到。[0112]假设节点4和5之间的发电单元有谐波电流源(谐波源)，确定谐波电流源后的光伏电站模块化等效阻抗结构如图10所示。当引入谐波电流源时，除第一条线路外的其它线路上电压电流关系不变，仍可以用不引入谐波电流源之前的公式表示，故仅第一条线路由于电流方向发生变化需要重新讨论。由于集电线路模块(集电线路的等效传输矩阵)ZD和发电单元模块(发电单元的等效传输矩阵)ZF的实际电路结构对称，故原电流方向下有如下公式：
[0111]
[0113]
[0114]
[0115]
当电流方向改变后，则有如下公式：
[0116]
[0117]
根据上述电流方向改变后二端口方程的改变特性，第一条线路上节点5到2n间任
意节点k与节点2n的电压电流关系如下：[0119]当k为偶数时：
[0120]
[0118]
[0121]
当k为奇数时：
12
CN 106849154 A
说 明 书
9/12页
[0122]
其中，Uk、U2n分别表示节点k、2n处的电压；Ik、I2n分别表示节点k、2n处的电流；ZD为
集电线路的等效传输矩阵；ZF为发电单元的等效传输矩阵。[0124]节点1到4间的电压电流关系如式(18)所示：
[0123]
[0125]
其中，U1、U2、U3、U4分别表示节点1、2、3、4处的电压；I1、I2、I3、I4分别表示节点1、2、3、4处的电流；ZD为集电线路的等效传输矩阵；ZF为发电单元的等效传输矩阵。[0127]令节点4的端口输入阻抗为ZJ4＝U4/I4，节点5的端口输入阻抗为ZJ5＝U5/I5，根据前已述及的并联处节点之间的电压电流关系二端口方程表达式可得式(19)和(20)：
[0126]
[0128]
[0129]
在PCC点处，各条线路的等效阻抗分别为Z4n＝U4n/I4n、Z6n＝U6n/I6n……Z2mn＝U2mn/
I2mn、Z2mn+1＝U2mn+1/I2mn+1，根据所述并联二端口处理方式，可得到PCC处各节点之间的电压电流关系为(21)。
[0130]
[0131]
其中，U2n为节点2n处的电压；I2n为节点2n处的电流；ZD为集电线路的等效传输矩
阵；ZF为发电单元的等效传输矩阵。[0133]Z4n为线路4n的等效阻抗；Z(i-2)n为线路(i-2)n的等效阻抗；以此类推。[0134]综上，含谐波源的光伏电站模块化等效阻抗结构中除模块内部电路，任意两个节点间的电压电流二端口方程关系式均可得到。[0135]以上均是以发电单元作为一个整体模块进行分析，接下来描述发电单元内部的任意两个节点间的电压电流二端口方程关系式。在本发明所提供的一个实施例中，含有谐波
[0132]
13
CN 106849154 A
说 明 书
10/12页
电流源的发电单元内部结构图如图11所示。令节点4的端口输入阻抗为Zf4＝U4/I4，节点5的端口输入阻抗为Zf5＝U5/I5，则节点2、4和5之间的电压电流关系为：
[0136]
[0137]
[0138]
因此，含有谐波电流源的发电单元内部，任意两个节点间的电压、电流关系均可得
到。
综上所述，含谐波源的光伏电站模块化等效阻抗结构中任意两个节点间的电压电流二端口方程关系式包括：集电线路上任意一点与并网节点2n的电压电流关系、PCC处各节点之间的电压电流关系以及发电单元模块内部任意两个节点间的电压电流关系。结合上述三种情况下二端口电压电流分析，单个谐波源作用时光伏电站模块化等效阻抗结构中任意两点间电压电流关系均可得到。[0140]S3，利用叠加原理得到任意节点的谐波电压与各谐波源间的灵敏度关系。[0141]在得到单个谐波源作用时光伏发电网络中任意两点间电压电流关系之后，应用叠加原理可以得到多谐波源共同作用下任意节点与各谐波源的灵敏度关系。在本发明所提供的实施例中以PCC点为例，将各电源节点编号为Us1-Usmn，可以得到PCC点与各谐波源间电压电流关系：
[0139]
[0142]
其中矩阵Zsi(i＝1、2…mn)表示PCC点与第i个发电单元间的二端口关系，Usi和Isi
表示第i个逆变器输出的电压和电流(i＝1,2…mn)，Usi与Isi之间的关系可以通过二端口方法求得，最终得到PCC点与各谐波源电流关系如式(24)：[0144]U2mn+1＝K1Is1+K2Is2+…KmnIsmn (25)[0145]其中，Ki为灵敏度系数，表征U2mn+1对Isi的灵敏度，与网络中各元器件的阻抗值有关，通过求U2mn+1对Isi的偏导可以得到PCC点谐波过电压与各谐波电流源的灵敏度，通过求U2mn+1对网络中某元器件阻抗的偏导可以得到PCC点谐波电压与该元器件阻抗的灵敏度。[0146]得到任意节点的谐波电压与各谐波源间的灵敏度关系之后，可以为分析不同工况下谐波过电压情况提供理论依据；还可以通过对逆变器不同出力的工况进行仿真分析，得到相应谐波过电压情况，为监测布点提供了依据；下面对仿真分析进行详细说明。
14
[0143]
CN 106849154 A[0147]
说 明 书
11/12页
在本发明所提供的一个实施例中，光伏电站阻抗拓扑结构如图12所示，光伏电站
共10×3个发电单元，额定容量为30MW；逆变器额定功率500kW，其LCL滤波器中L1＝0.12mH，C＝420μF，L2＝0.06mH；主变压器额定容量31.5MVA，变比121/10.5kV，Uk％＝10.6％；双分裂变压器变比10.5/0.27/0.27kV，Uk％＝5.5％；电缆型号ZR-YJY23-3×70，z1＝(0.31+j0.093)Ω/km，C＝0.13μF/km，各段长度均为200m；大电网的短路容量为光伏电站额定容量的12倍。[0148]1)以各逆变器满出力为算例进行说明[0149]本算例中将逆变器的输出谐波电流均设为单位1，由于对称性，各条并联线路上对应节点电压相同，故在线路上选取具有代表性的1到6号节点进行研究，观察其在1到2500Hz频率下的电压分布情况。灵敏度分析程序仿真图如图13所示。[0150]发电单元模块ZF的结构导致节点2和3的电压相同、节点4和5的电压相同，因此选取节点1、2、4、6进行分析。从上图中可以看出，节点1、2、4、6均在f＝1221Hz处发生谐振，即在24、25次谐波附近发生谐振。分析上图可得出：在本算例给定的光伏拓扑中，线路上各节点的谐振频率相同。[0151]图14为谐波源输出频率f为谐振频率1221Hz时，谐振电压值在各节点的分布情况，其中节点6为PCC点，节点1为集电线路首端发电单元出口节点，其他节点沿集电线路从首端到PCC点按序号顺序排布，发电单元模块ZF的结构导致节点2和3的电压相同、节点4和5的电压相同。从图中可以看出，谐振电压值随节点编号的增大而逐步减小，即得出结论：在本算例给定的光伏拓扑中，谐振电压在光伏电站集电线路上从首端发电单元出口节点到PCC点逐渐减小。[0152]2)以部分逆变器出力60％为算例进行说明[0153]本算例中模拟由于外部环境因素导致两条集电线路上各逆变器出力减少为额定值的60％的情况，根据实际测试结果，60％出力时逆变器输出谐波电流值约为满出力时的1.03倍。由于不对称性，需要在网络中选取具有代表性的12个节点进行研究，观察其在1到2500Hz频率下的电压分布情况。其中，节点1到6表示正常出力集电线路从首端发电单元出口节点到PCC节点，节点7到12表示60％出力集电线路从首端发电单元出口节点到PCC节点。灵敏度分析程序的部分仿真图如图15所示。[0154]图15为部分逆变器出力60％时，对各节点电压与频率的关系用灵敏度分析程序进行仿真得到波形。与满出力算例对比可以看出，当两条集电线路上各逆变器出力减少为额定值的60％后，谐振频率没有发生变化，仍为f＝1221Hz处。[0155]图16表示谐波源输出谐波频率为f＝1221Hz时各节点电压，可以看出逆变器出力60％的集电线路首端发电单元出口节点的谐振电压最高，各条集电线路谐振电压仍沿线路从首端发电单元出口节点到PCC点逐渐减小。同时对比算例1中正常出力的情况，有两条线路出力60％时最大谐振电压约比正常出力高6.2％。[0156]最后，结合理论分析和仿真算例结果及国家相关标准，得到光伏电站谐波过电压监测布点原则。[0157]我国光伏电站正向着规模化和集成化的方向不断发展，光伏发电渗透率在逐年提高，整个电网的谐波传输和放大特性由于多谐波源耦合作用等原因变得日益复杂，无法用光伏电站公共连接点的谐波特性来表征整个光伏电站的谐波问题。因此合理选择谐波过电
15
CN 106849154 A
说 明 书
12/12页
压监测点对于掌握整个光伏电站的谐波水平有着重要意义，同时也为谐波过电压的抑制提供了理论基础。[0158]Q/GDW 618-2011《光伏电站接入电网测试规程》中规定，电能质量测量点应设在光伏电站并网点point of interconnection(POI)和公共连接点point of common coupling(PCC)。其中，对于通过升压变压器接入电网的发电系统，并网点指与电网直接连接的升压变高压侧母线，对于不通过变压器直接接入电网的发电系统，并网点指发电系统的输出汇总点；公共连接点是指电力系统中一个以上用户的连接处。[0159]结合上述的理论分析和两个算例仿真结果及国家相关标准，可得到光伏电站谐波过电压监测布点原则为：[0160](1)谐波监测点的设置应覆盖光伏电站及并网部分的全部电压等级，并在地理位置选择上呈均匀分布；[0161](2)满足电能质量指标调整与控制的要求；[0162](3)光伏电站并网点和公共连接点应设置监测点，集电线路首端发电单元出口位置应设置监测点，由于地理位置等因素导致长期发电出力不足的光伏发电单元出口位置应设置检测点；[0163](4)满足特殊用户和定有电能质量指标合同条款用户的要求；[0164](5)检测点的具体设置，可根据电能质量的不同指标，按照有关国家标准并结合电网实际情况最终确定。[0165]综上所述，本发明所提供的光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法，对给定的光伏电站拓扑结构，通过等效二端口模型进行模块化化简，得到光伏电站模块化等效阻抗结构；然后，为化简后的光伏电站模块化等效阻抗结构确定谐波源，利用二端口传输矩阵建立该含谐波源的光伏电站模块化等效阻抗结构中任意两个节点间的电压电流关系；最后，利用叠加原理得到任意节点的谐波电压与各谐波源间的灵敏度关系。从而为分析不同工况下谐波过电压情况提供了理论依据；可以很好地实现对光伏电站不同工况下谐波过电压情况进行分析，进而减少谐波问题。[0166]上面对本发明所提供的光伏电站节点谐波电压与谐波源灵敏度关系分析方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
16
CN 106849154 A
说 明 书 附 图
1/9页
图1
17
CN 106849154 A
说 明 书 附 图
2/9页
图2
18
CN 106849154 A
说 明 书 附 图
3/9页
图3
19
CN 106849154 A
说 明 书 附 图
4/9页
图4
图5
图6
20
CN 106849154 A
说 明 书 附 图
5/9页
图7
图8
21
CN 106849154 A
说 明 书 附 图
6/9页
图9
图10
22
CN 106849154 A
说 明 书 附 图
7/9页
图11
图12
23
CN 106849154 A
说 明 书 附 图
8/9页
图13
图14
24
CN 106849154 A
说 明 书 附 图
9/9页
图15
图16
25
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容