光伏發(fā)電系統(tǒng)諧波問題分析報(bào)告2023年

..光伏發(fā)電中的諧波問題分析隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速開展和人口的不斷增長,以與煤炭、石油和自然氣等化石能源的日漸枯竭,能源危機(jī)已成為世界各國共同面臨的課題.與此同時(shí),大量使用化石能源造成的生態(tài)環(huán)境破壞,也成為制約社會經(jīng)濟(jì)開展的瓶頸.全球因此都在樂觀開發(fā)利用能源,太陽能與光伏發(fā)電技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn),使光伏發(fā)電受到了全世界的青睞,并在近幾年保持著高速增長[1-2].目前,興盛國家以“太陽能屋頂打算〞和并網(wǎng)發(fā)電為根本形式,樂觀推廣光伏產(chǎn)業(yè),但與興盛國家相比,我國的光伏產(chǎn)業(yè)還處于初級階段[3-6].因此對并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)的爭論必將成為光伏發(fā)電技術(shù)爭論的重點(diǎn)之一.并網(wǎng)光伏系統(tǒng)作為一種分散式發(fā)電系統(tǒng),以與光伏發(fā)電本身的一些特點(diǎn),使得并網(wǎng)光伏系統(tǒng)對傳統(tǒng)的集中供電系統(tǒng)的電網(wǎng)會產(chǎn)生一些不良的影響,如孤島效[7].諧波污染是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)安全牢靠運(yùn)行必需解決的一個(gè)問題,光伏系統(tǒng)中的諧波主要是在光伏并網(wǎng)逆變的逆變過程中產(chǎn)生的,它20%額定出力以下5%.因此對光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的諧波進(jìn)展快速、準(zhǔn)確的測量是很有必要的.電力系統(tǒng)中的電流電壓非正弦波形都可以被分解為一個(gè)頻率與其相等的正弦波形和假設(shè)干頻率為其頻率的整數(shù)倍的正弦波.頻率與原波形相等的局部被稱為基波,而頻率為原波形整數(shù)倍的局部被稱為諧波,頻率的倍數(shù)就是諧波次數(shù).電力系統(tǒng)中的諧波絕大多數(shù)是奇次諧波.在抱負(fù)的干凈供電系統(tǒng)中,電流和電壓都是正弦波的.在只含線性元件<如：電阻>的簡潔電路里,流過的電流與施加的電壓成正比,流過的電流是正弦波.在電力系統(tǒng)中,諧波產(chǎn)生的根本緣由是由于非線性負(fù)載所致.當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí),與所加的電壓不呈線性關(guān)系,就形成非正弦電流,即電路中有諧波產(chǎn)生.諧波源是產(chǎn)生諧波的根本緣由.常見的諧波源有：傳統(tǒng)的非線性設(shè)備〔變壓器、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、晶閘管掌握設(shè)備〔整流器、逆變器、變頻器、靜止無功補(bǔ)償裝置、高壓直流輸電諧波源種類中所占的比例越來越大.在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中〔如圖1〕,產(chǎn)生諧將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電,再通過并網(wǎng)型逆變器將直流電轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻率、同相位的正弦波電流并進(jìn)入電網(wǎng).逆變過程中會產(chǎn)生大量諧波,造成諧波污染.1光伏發(fā)電原理并網(wǎng)逆變器作為光伏電池與電網(wǎng)的接口裝置,將光伏電池的直流電能轉(zhuǎn)換成入應(yīng)用的并網(wǎng)逆變器日益增多,其輸出的并網(wǎng)電流諧波對電網(wǎng)電壓的污染也不容5%,1奇次諧波畸變限值偶次諧波諧波限值3次至9次<4.0%28次<1.0%11次至15次17次至21次<2.0%<1.5%1032次<0.5%23次至33次0.6%對供電線路來說,由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng),線路電阻隨著頻率的增加會很快增加,在線路中會有很大的電能鋪張.另外,在電力系統(tǒng)中,由于中性線電流都很小,所以其線徑一般都很細(xì),當(dāng)大量的諧波電流流過中性線時(shí),會在其上產(chǎn)生大量的熱量,不僅會破壞絕緣,嚴(yán)峻時(shí)還會造成短路,甚至引起火災(zāi).而當(dāng)諧波頻率力系統(tǒng)或用電設(shè)備的絕緣擊穿,造成惡性事故.諧波電流的存在增加了電力變壓器的磁滯損耗、渦流損耗與銅損,對帶有不對稱負(fù)荷的變壓器來說,會大大增加勵(lì)磁電流的諧波重量.器中流過的電流有很大的增加,使電力電容器的溫升增高,引起電容器過負(fù)荷甚至爆炸.同時(shí),諧波還可能與電容器一起在電網(wǎng)中形成諧振,并又施加到電網(wǎng)中.壓．使得電機(jī)絕緣損壞.對于電磁式繼電器來說,電力諧波常會引起繼電保護(hù)以與自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作在電力線路上流過幅度較大的奇次低頻諧波電流時(shí),通過電磁耦合,會在鄰度降低,甚至?xí)鹜ㄐ啪€路的破壞.甚至?xí)箼C(jī)器內(nèi)部元件損壞,導(dǎo)致機(jī)器無法使用或系統(tǒng)無法運(yùn)行.由于無源濾波器存在著很多缺點(diǎn),如濾波易受系統(tǒng)參數(shù)的影響；對某些次諧LCAPF2APF除全部的高次諧波,實(shí)現(xiàn)全部補(bǔ)償?shù)哪康?2有源濾波器有源濾波器由兩大局部組成,即指令電流計(jì)算電路<電流檢測電路>和補(bǔ)償電流發(fā)生電路.補(bǔ)償電流發(fā)生電路由主電路、驅(qū)動(dòng)電路、電流跟蹤掌握電路三局部組成.其中指令電流運(yùn)算電路的核心是檢測出補(bǔ)償對象電流中的諧波和無功等電2,APF輸出指令信號由補(bǔ)償電流發(fā)生電路產(chǎn)生的補(bǔ)償電流與負(fù)載電流中的諧波重量大西馳APF公司介紹某某西馳電氣股份某某,坐落于有“西部硅谷〞之稱的某某國家級高區(qū)草6某某西馳電氣某某公司〕.近年來,公司不斷加快產(chǎn)學(xué)研一體化步伐,依托某某交通大學(xué)和電力電子爭論所等科研單位建立了自己的工程技術(shù)中心,并與美國艾默生電氣公司建立了戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系,建立了以可控硅SCRIGBT主體的技術(shù)平臺.主要產(chǎn)品：電能質(zhì)量：XCAPF有源濾波、無源濾波、SVG無功補(bǔ)償?shù)?；CFVCZWCPC自動(dòng)化系統(tǒng)集成、PLC自動(dòng)化系統(tǒng)、無負(fù)壓供水設(shè)備與電動(dòng)車掌握器等.利用國家創(chuàng)基金建立上下壓電機(jī)起動(dòng)與變頻調(diào)速試驗(yàn)站,上下溫老化室,低壓CCCCE力電子產(chǎn)品檢測中心和某某電器爭論所、某某高壓電器爭論所檢驗(yàn).公司在全國32個(gè)省與直轄市建立了辦事處和效勞機(jī)構(gòu),并針對全球客戶設(shè)目前產(chǎn)品以廣泛應(yīng)用于電力、冶金、建材、石化、市政、水利等行業(yè).產(chǎn)品德銷中國大陸與海外市場.XCAPF4.1XC-APFLoad有大量的諧波成分.XC-APF通過外部電流互感器,實(shí)時(shí)檢測負(fù)載電流,并通過內(nèi)部DSPPWMIGBT,使得ish中,使得流入電網(wǎng)的電流為純潔的正弦波電流,從而到達(dá)濾波的目的.電源XC-APF有源電力濾波器的通用功能可對各次諧波進(jìn)展動(dòng)態(tài)補(bǔ)償；不易受電網(wǎng)阻抗與電網(wǎng)頻率變化的影響；可同時(shí)對無功功率進(jìn)展動(dòng)態(tài)補(bǔ)償；可以補(bǔ)償系統(tǒng)不平衡；所需貯能元件容量不大.XC-APF...整套裝置應(yīng)不但具有諧波濾除功能,還應(yīng)具有諧波檢測,諧波電流、電壓數(shù)據(jù)、頻譜圖查詢與顯示功能.有源濾波裝置應(yīng)帶故障自診斷功能,能對所發(fā)生的故障類型與故障位置供給中文指示,能在就地顯示,便于技術(shù)人員和檢修人員能區(qū)分和解決所消滅的問題.散熱方式承受強(qiáng)制風(fēng)冷方式,散熱風(fēng)機(jī)承受直流風(fēng)機(jī).響應(yīng)時(shí)間〔mS〕：符合變化響應(yīng)時(shí)間≤40us；全部響應(yīng)時(shí)間≤10ms〔該響應(yīng)時(shí)間為自濾波器檢測到各諧波重量到產(chǎn)生準(zhǔn)確有效的反向諧波重量的完整閉環(huán)掌握過程時(shí)間〕.2~50次,能夠供給選擇性消退特定次諧波力量,可直接設(shè)置選擇性消退多種特定次數(shù)諧波；三核掌握平臺：承受兩枚美國TexasInstruments公司的32位浮點(diǎn)數(shù)字DSP：TMS320F28335ALTERA公司的CYCLONEIII系列現(xiàn)場可編程規(guī)律門陣列〔FPGA〕,構(gòu)成了強(qiáng)大的三核掌握系統(tǒng),內(nèi)嵌智能TTA諧波檢測算法,諧波計(jì)算次數(shù)可高達(dá)51次,運(yùn)行頻率高達(dá)150M,保障諧波別離計(jì)算的高速與準(zhǔn)確！高速多通道外部采樣系統(tǒng)：內(nèi)嵌三枚美國TexasInstruments公司的雙端輸入高速12位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片〔ADS8558〕,高達(dá)±10V模擬量輸入、1.25us采樣周期,強(qiáng)大的信號采樣力量是裝置準(zhǔn)確、穩(wěn)定、牢靠運(yùn)行的保障！原裝進(jìn)口頂級功率模塊：原裝進(jìn)口EasyPAC-IGBT模塊,承受第四代IGBT技術(shù),三電平拓?fù)錁?gòu)造,具有更低的電感設(shè)計(jì)和更低的開關(guān)損耗,最高開關(guān)頻率可達(dá)30kHZ,體積更加小巧,功率密度成倍增加,是模塊化APF得以實(shí)現(xiàn)的硬件基石！完善的溫度掌握：實(shí)時(shí)監(jiān)測三相功率器件的溫度,當(dāng)溫度超過設(shè)定閾值1時(shí)自動(dòng)降容輸出,當(dāng)溫度超過設(shè)定閾值2時(shí),發(fā)出過溫警報(bào),自動(dòng)關(guān)閉停頓補(bǔ)償.強(qiáng)大的掌握算法：西馳電能模塊化APF承受全數(shù)字掌握,諧波電流檢測算法承受最高效的基于時(shí)域變換的諧波檢測算法〔TTA算法〕,快速準(zhǔn)確別離每一次諧波電流瞬時(shí)值,補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間大大提高,真正做到10ms全響應(yīng).電流掌握局部承受目前最先進(jìn)的諧振調(diào)整器<PR>電流掌握算法,能夠保證電流跟蹤的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性.良好的人機(jī)交互體驗(yàn)：西馳電能模塊化APF承受5寸LCD液晶顯示觸摸屏,多機(jī)并聯(lián)時(shí)柜門承受10寸觸摸屏,系統(tǒng)電壓、電流、THD、PF等電能質(zhì)量參數(shù)一目了然、且支持在線更改運(yùn)行參數(shù)、豐富的保護(hù)監(jiān)控功能、良好適應(yīng)了不同的運(yùn)行現(xiàn)場.牢靠的風(fēng)冷系統(tǒng)：承受國際一流直流風(fēng)機(jī)品牌,連續(xù)運(yùn)行故障率極低,且具備強(qiáng)勁的故障檢測功能和智能風(fēng)量掌握,適應(yīng)苛刻的工作環(huán)境,為APF裝置的散熱保駕護(hù)航！多模塊柜內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行時(shí),具有智能啟動(dòng)和休眠功能,依據(jù)負(fù)載率的大小,自動(dòng)喚醒或休眠模塊單元,當(dāng)模塊僅有部份投入運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)依據(jù)設(shè)定的時(shí)間參數(shù),掌握模塊定期的輪換投入、輪換休眠.確保了每個(gè)模塊都工作在最優(yōu)的工作狀態(tài)、提高整個(gè)設(shè)備的使用壽命和溫度特性.便利快捷的遠(yuǎn)程監(jiān)控操作功能：西馳APF模塊可選配遠(yuǎn)程通訊功能,使整臺裝置能夠通過手機(jī)遠(yuǎn)方操作、修改運(yùn)行參數(shù)、查詢工作狀態(tài)等,當(dāng)模塊有故障時(shí)可自動(dòng)向治理員手機(jī)發(fā)送故障信息,便利設(shè)備的維護(hù)與治理,只要裝置所處位置具有手機(jī)信號,無論治理員身在何處皆可對裝置進(jìn)展監(jiān)測、維護(hù)與掌握.能夠全天侯安