【導讀】大型光伏荒漠電站子國家公布數量以來，一直呈上升趨勢有增無減。目前地面光伏電站6吉瓦，分布式光伏電站8吉瓦。這個數量完全可以取代過去所有年份光伏電站的安置數量總和。隨之而來的，就是光伏電站的諧波補償問題以及諧振問題。本文詳述了基于光伏電站的諧波補償及諧振抑制技術.
一、大型光伏荒漠電站的發展概述
圖1. 國內光伏裝機容量示意圖
圖2. 荒漠電站的系統拓撲
荒漠電站的發展趨勢朝著單個電站容量越來越大，接入的電壓等級越來越高的方向發展。二、大型光伏荒漠電站的電能質量問題
1、諧波是如何產生的？
光伏電站諧波的產生主要由逆變器、直流母線波動、變壓器鐵芯飽和非線性及電網的畸變導致。
逆變器產生的諧波主要由兩部分構成：一部分由死區時間引起，包括3、5、7、9等低次諧波；另一部分由調制過程產生，成組的分布于開關頻率整數倍附近。直流母線擾動也是產生諧波的一個源頭，直流母線電壓有一個暫態調整過程，對其電流波形的影響，只能通過改進MPPT方法盡可能減弱，但不可消除。隔離變壓器的鐵心飽和非線性特性也會導致諧波的產生，同時，電網畸變嚴重時，若逆變器發出理想的正弦電壓，電抗上會產生諧波電壓差，導致并網電流中含有對應的諧波分量。
圖3.低光照下逆變器輸出電流實測
大容量光伏并網系統，低功率、弱電網連接時將產生大量電流電壓諧波。大型荒漠電站由多臺逆變器組成，通過一個接入點并入電網，逆變器間將會相互影響，相互作用，必將存在各次諧波的互相疊加問題。弱光情況下逆變器負載率通常在10％以下，并網電流THD通常大于5%，超大型光伏電站容量可能達到百兆瓦級，即使10%的負載率，輸出容量也達到10MW，這時，光伏電站將成為一個巨大的諧波源，嚴重威脅到電網的穩定運行。
圖4.實測光伏電站的諧波曲線
2、諧振是如何產生的？
大型并網光伏電站輸出諧波電流具有寬頻域及高頻次等特性，通過長距離輸電電纜接入電網，因此，輸電線路分布電容的影響不可忽略。 當諧波電流與電網輸電線路參數匹配時，會產生并聯諧振，造成諧波電流放大，進一步提升系統的諧波含量。背景諧波電壓與輸電線路參數匹配時會產生串聯諧振造成嚴重的諧波電壓放大。
圖5.架空線的串聯諧振分析
200-300km的輸電線路易于對3次諧波電壓產生諧振，諧振點處約有5倍的放大。100-200km輸電線易于對5、7次產生諧振，在諧振點處有接近10倍的放大，對其它次數的諧波電壓無放大。100km內的輸電線路對11、13以及更高次的諧波電壓可能產生諧振，放大系數可能超過20。由于背景諧波電壓多為3、5、7等低次，需要關注100km以上輸電線路的影響，諧振將導致輸電線路諧波電壓過高，嚴重影響光伏電站的穩定運行。
所以，大型光伏荒漠電站所配套的無功補償裝置，提出了有諧波補償和諧振抑制的需求。
三、特變電工靜止無功發生器的諧波補償及諧振抑制技術
圖6.光伏專用戶外集裝箱
特變電工靜止無功發生器，通過外部CT測量負載電流或電網電流送到信號板進行處理，采用高性能FPGA的諧波檢測算法，快速、準確完成負荷諧波電流的計算。通過對旋轉坐標系下的基波電流和諧波電流獨立控制，形成諧波電流補償的閉環控制回路，并產生PWM驅動信號到功率器件實現調制，可對指定次諧波進行有針對性的補償，將所需的補償電流輸出到電網，完成諧波濾除的功能，實現了25次及以下諧波補償能力。同時，通過實時檢測的負載諧波電流及并網點的諧波電壓，調節虛擬諧波阻抗進行控制，有效抑制諧振。
圖7.特變電工靜止無功發生器投運前35KV實測二次側電流(電流變比800:5)
圖8.特變電工靜止無功發生器投運后35KV實測二次側電流(電流變比800:5)
通過投運特變電工靜止無功發生器，利用其諧波補償及諧振抑制技術，有效改善了大型荒漠光伏電站的電能質量，提高了光伏電站和輸電網絡的系統穩定性。
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