单相小功率并网光伏逆变器并联仿真研究

周 成，江宏玲，戴新荣，谢 芳

1.安徽国际商务职业学院信息服务系，合肥，231131；2.安徽省淮委水利科学研究院，合肥，230088；3.安徽大学工业节电与电能质量控制协同创新中心，合肥，230601



单相小功率并网光伏逆变器并联仿真研究

周 成1，江宏玲2，戴新荣2，谢 芳3

1.安徽国际商务职业学院信息服务系，合肥，231131；2.安徽省淮委水利科学研究院，合肥，230088；3.安徽大学工业节电与电能质量控制协同创新中心，合肥，230601

为了给多机并联系统设计提供理论依据，建立并分析了单相小功率并网光伏逆变器多机并联的等效模型，得出多机并联影响的实质是倍增了并网输入电网阻抗和系统谐振点的变化趋势。依据电网强弱的稳定性判据，得出多机并联时电网阻抗的标幺值以及多机并联台数，利用Matlab仿真验证了在满足不使并网点电压越限且不使电网变成弱电网的前提下，适量增加并机台数有利于抑制谐波避免系统振荡改善系统性能。

多机并联；抑制谐波；MATLAB仿真

光伏电站经常采用灵活的多逆变器并联方式来扩大系统容量，使系统配置更加合理灵活的同时也便于分布式光伏发电的大规模工程应用[1]。由于受环境和天气条件的影响较大，易对电网特性产生诸如谐波交互谐振和抬高并网点电压等不利影响，国内外学者对因多机并联引起的电网阻抗倍增对系统的稳定性与谐波振荡等方面做了大量研究[2-4]。本文在分析单相多机并联光伏并网逆变器等效模型的基础上，分析电网阻抗倍增和系统谐振点的发展趋势，通过仿真验证了并得出并网系统的逆变器台数对系统的稳定性和系统谐振点的影响，在既定电网并网容量范围内确保多机并联系统的公共连接点电压不越限的前提下，适当增加多机并联台数，有利于抑制谐波避免谐振，从而改善系统性能。

1 多机联网并联系统建模分析

为了分析多个并网逆变器与电网并联的谐波交互影响，有必要建立单相并网逆变器模型(图1)。

图1 多台单相并网逆变器并联系统

为不计入变压器和接线导线所产生的寄生电阻，并且考虑电网阻抗影响的多台单相并网逆变器系统[5-6]，图1(a)中虚框部分所示为n=1时单台逆变器并网系统，当并联系统为n台并联时依次合上开关K1至Kn-1。因实际并网接线较长，其接入导线的阻抗将使各逆变器的接入点电压存在差异；图1(b)所示为考虑接入导线阻抗的多台并联系统，其中，Z1、Zn-1分别为第2台和第n台等效接入导线阻抗。图1中μr1至μm表示各并网逆变器输出侧电压，μg表示经LC滤波后并网点电网电压，ig表示并网侧电流，Lg表示电网阻抗即变压器漏抗(只考虑感抗部分)，μα表示接入电网电压。

图1(a)中虚框部分所示单机联网系统的联网电流i与输出电压μr1之比为(1)式所示的导纳Y1关系。当合上开关K1至Kn-1组成图1(a)所示的n台并联系统并考虑在相同工作情况下即令μr1=μr2=…=μm=μr≠0时，则图1(a)所示的多机联网系统下有式(2)所示的单机等效导纳关系Y2。

(1)

(2)

图2 考虑逆变器输出等效阻抗的多并联系统

2 电网影响分析

(3)

图3 10 KV电网多机并联系统

3 仿 真

使用Matlab对上述多机并联系统进行仿真研究。仿真参数设置如下：逆变器电抗L=1.4 mH,电网等效阻抗Lg=0.03 mH，开关时间Ts=1/16 000 S,调制比Kpwm=350，比例系数Kp=0.02，时间常数Ti=0.004,电容内阻R=0.1欧姆。改变Lg相当于改变并机台数，图4所示为并机台数为10台(设置Lg=0.3 mH)和48台(设置Lg=1.44 mH)并于电压源头分别加入特征谐波3 800 Hz和2 000 Hz后系统发生谐振的波形对比。

图4 并联台数不同时电网波形对比

由图4仿真结果可知，在并机台数不使并网点电压越限并且不使电网变成弱电网的前提下,适量增加并机台数可有效抑制谐波避免系统振荡。

4 结束语

本文在对多机联网并联系统进行建模和对电网影响分析的基础上进行了仿真，为多机并联系统的设计提供了理论依据。采用单相小功率光伏并网逆变器多机并联系统的实质是倍增了电网阻抗并使系统谐振点发生改变，依据电网强弱的稳定性判据，可在给定电网拓扑下算出多机并联时电网阻抗的标幺值和并联台数。仿真结果验证了要使并入电网为强壮电网(电网阻抗标幺值小于0.1 p.u)，在给定电网容量允许范围内，适当增加并联台数有利于抑制谐波避免系统振荡从而改善系统性能。

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(责任编辑：汪材印)

10.3969/j.issn.1673-2006.2017.05.030

2017-01-26

安徽大学博士启动经费项目(J01001961)；安徽省教育厅自然科学研究重点项目(KJ2017A861)；国家青年自然科学基金项目(51607002)。

周成(1983-)，安徽合肥人，硕士，助教，研究方向：电力电子技术。

TM464

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：1673-2006(2017)05-0107-03