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微网中分布式电源变动对其谐波的影响分析

2016-02-16杜旭浩张建军马天祥魏力强

东北电力技术 2016年6期
关键词:微网畸变风力

杜旭浩,张建军,马天祥,魏力强

(国网河北省电力公司电力科学研究院,河北 石家庄 050021)

微网中分布式电源变动对其谐波的影响分析

杜旭浩,张建军,马天祥,魏力强

(国网河北省电力公司电力科学研究院,河北 石家庄 050021)

为了掌握微网中谐波的变化规律,降低谐波危害,基于DIgSILENT/Power Factory仿真平台,搭建了适合于谐波分析的微网模型。仿真分析了分布式电源在不同容量、不同接入位置微网系统的谐波变化,并通过风电和光伏两种分布式电源进行验证,发现了微网谐波变化的一定规律,给出了相关建议,对今后的微网谐波治理工作具有一定的参考价值。

微网;分布式电源;谐波;风力发电;光伏发电

随着电力需求的不断增长和全球性环境问题日益严重,以风力发电、光伏发电等为主的清洁能源发电越来越受到人们的关注[1]。微网是由额定功率为几十kW的分布式电源(DG)、储能装置、负荷以及控制装置组成的一个可控系统[2]。随着微网应用范围的扩大,微网带来的电能质量问题也日益严重,而衡量电能质量的主要指标之一就是谐波[3]。微网内存在大量的电力电子设备和非线性负荷,如风机、光伏电池等分布式电源等,它们在工作中会引起电网电压、电流波形畸变,导致电网的谐波污染[4-5]。微网中的谐波不可避免,找出它的变化规律尤为重要。

1 软件建模

1.1 风机建模

在DigSILENT/Power Factory软件中,建立了直驱式风力发电系统模型,并采用双PWM背靠背变流器作为直驱式风力发电系统的全功率变流器进行建模。永磁直驱发电机的控制结构如图1所示。原动机模型包括3个子模块:风力机、桨距角控制模块和轴系。对风力机采用变桨距调节策略,实现风电机组的变速恒频控制[6]。

图1 永磁直驱发电机控制结构

系统采用2个PWM变流器,即PWM整流器+PWM逆变器拓扑结构,如图2所示。电网侧变流器稳定直流母线电压以及控制网侧功率因数,电机侧变流器实现对发电机功率、转速的控制。双PWM系统控制灵活,可以有效地提高系统的运行特性[7]。

1.2 光伏建模

采用可控直流电流源串联全功率PWM变流器的形式,对光伏发电系统进行建模,如图2所示。考虑到本文主要是对微网中稳态条件下的谐波分布情况进行研究分析,故对光伏电源做了一定的简化处理,采用恒流源代替实际的发电单元。

在DIgSILENT/Power Factory软件中,PWM并网逆变器所选的恒功率控制策略,使光伏发电系统输出的有功和无功保持在某一参考功率,即当光伏并网逆变器所连电网电压和频率在允许范围内变动时,光伏发电系统输出的无功和有功保持不变。

图2 光伏并网系统结构

1.3 微网建模

搭建了典型的微网模型——西门子Benchmark 0.4 kV电网模型[8],系统频率为50 Hz,如图3所示。微网中负荷采用恒功率模型,负荷参数如表1所示,微网中线路参数如表2所示。微网通过1台升压变压器连接到中压主电网。风力发电系统和光伏发电系统的具体接入情况见仿真分析。

表1 微网负荷数据

表2 所用型号导线各序阻抗参数Ω/km

2 仿真分析

基于DIgSILENT/Power Factory仿真平台,仿真分析了风力发电系统和光伏发电系统分别以不同容量和不同接入位置并入微网时,微网各节点谐波的变化情况。

图3 0.4 kV Benchmark低压微网结构

2.1 风力发电系统接入微网

结合风机厂家提供的谐波电流技术参数,设定了风力发电系统对接入点注入的各次谐波电流参数,如表3所示。通过仿真分析得到微网各节点的谐波电压畸变率(THDu,%),如表4所示。

从仿真结果可以发现,风力发电系统同一容量,在接入位置1,即风机安装于微网馈线末端时,各节点的谐波电压畸变率较大,末端节点越接近风电机组,其谐波电压畸变率越大;同一接入位置,风电机组安装容量越大,各节点的谐波电压畸变率也越大。

表3 风力发电系统注入谐波电流参数

表4 各节点的谐波电压畸变率%

2.2 光伏发电系统接入微网

结合光伏厂家提供的谐波电流技术参数,设定了光伏发电系统对接入点注入的各次谐波电流参数,如表5所示。通过仿真分析得到微网各节点的谐波电压畸变率(THDu,%),如表6所示。

表5 光伏发电系统注入谐波电流参数

表6 各节点的谐波电压畸变率%

从仿真结果可以看出,在接入位置1,即光伏发电系统并入于微网馈线末端时,各节点的谐波电压畸变率较大,末端节点越接近光伏电源,其谐波电压畸变率越大;同一接入位置,光伏发电系统容量越大,各节点的谐波电压畸变率也越大。微网谐波变化规律与风力发电系统接入时相同。

3 结论

随着对微网系统的不断研究,掌握其内部的谐波分布规律尤为重要。通过仿真分析发现,当分布式电源并网位置越接近线路末端,馈线沿线各负荷节点的电压畸变越严重;反之,越接近系统母线,对系统的谐波分布影响越小。从减小谐波畸变率的角度来看,分布式电源并不适宜在馈线末端接入系统,而应选择线路接近系统母线处和馈线中间位置的组合。另外,分布式电源的容量越大,对微网各节点造成的谐波畸变也越大。因此,微网中应合理布局分布式电源的接入情况,努力降低对系统的谐波危害。

[1]殷 豪,陈春泉,彭显刚,等.分布式电源接入对配电网稳定性的影响研究[J].东北电力技术,2012,33(10):6-10.

[2]程志江,李永东,谢永流,等.带超级电容的光伏发电微网系统混合储能控制策略[J].电网技术,2015,39(10):2 739-2 745.

[3]慕小斌,陈国良,孙丽兵,等.微网电能质量新特性及其治理方案综述[J].电源技术,2015,39(9):2 041-2 044.

[4]蔡志远,戈阳阳,马少华.大规模风电接入电网谐波影响研究[J].东北电力技术,2014,35(4):31-33.

[5]周念成,楼晓轩,王强钢,等.电网电压不平衡下三相光伏发电系统的谐波电流抑制[J].电工技术学报,2015,30(16):246-254.

[6]任碧莹,同向前,孙向东.具有限定功率运行的永磁直驱风力发电并网控制设计[J].电力系统保护与控制,2014,42(2):87-92.

[7]刘 波,金 昊.永磁直驱风电系统双PWM变换器前馈补偿控制[J].电力系统保护与控制,2014,42(15):52-57.

[8]王继东,杜旭浩,杨 帆.基于三次样条插值信号重构的微网谐波及间谐波分析算法[J].电网技术,2012,36(11):7-11.

Analysis on Influence of Distributed Power Change on Harmonic of Micro Grid

DU Xu⁃hao,ZHANG Jian⁃jun,MA Tian⁃xiang,WEI Li⁃qiang
(State Grid Electric Power Research Institute of Hebei Electric Power Co.,Ltd.,Shijiazhuang,Hebei 050021,China)

In order to grasp the variation law of the harmonic in micro grid and reduce the harm of harmonic based on DIgSILENT/Pow⁃er Factory simulation platform,this paper builds a micro grid model which is suitable for harmonic analysis,simulation and analysis of distributed power supply in different capacity,different access location,micro grid system of harmonic change.And through the wind power and photovoltaic of distributed power for verification,the micro grid harmonic change of a certain rule are discovered,the rele⁃vant recommendations are given.The results offer a reference for the future of micro network harmonic control work.

Micro grid;Distributed generator;Harmonic;Wind power generation;Photovoltaic power generation

TM76

A

1004-7913(2016)06-0038-03

杜旭浩(1986—),男,硕士,工程师,主要从事电力系统电能质量及微网工作。

2016-02-26)

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