摘要：随着环保节能理念的提出，越来越多环保发电技术投入运行，其中光伏发电主要是利用太阳能转化为电能，在电能产生过程中不会产生任何有害物质，是一种十分环保和高效的电能产生技术和工艺。但是在光伏发电不脱网运行时，电网电压不平衡会导致三相光伏逆变器产生明显的谐波电流，这种谐波电流对电网的安全运行会造成一定的影响，因此需要通过相应的技术对其进行抑制。本文研究如何控制不平衡电压下光伏发电功率，对其电流谐波总畸变和各次电流谐波特性进行分析，探究电压不平衡下光伏发电谐波电流抑制策略，以此作为抑制电网电压不平衡下三相光伏发电系统谐波电流的理论依据，为光伏发电系统的安全稳定运行提高基础保障。
关键词：光伏发电；不平衡电网电压；谐波电流
随着环境污染问题的加剧，能源问题成为国际关注的热点问题，世界各国开始大规模进行太阳能、风能等可再生能源的开发，分布式发电技术符合现下电能发展状况得到了各国的重视并得到大力发展。其中，由于光伏发电具备技术成熟、操作方便等优点，被广泛应用在分布式发电中。在光伏发电系统运行汇总，电力电子变换装置的非线性和电网谐波以及不平衡电压等异常情况，都会严重威胁光伏发电的电网电能质量。特别是电网不平衡电压会致使光伏发电输出功率和直流电压波动情况的发生，并会导致端电流发生谐波畸变情况。因此，相关标准中开始限制光伏发电输出电流总谐波畸变率和各次谐波含有率，相关人员需要深入进行光伏发电在电压不平衡下抑制谐波电流方法的研究。
1 电网电压不平衡下光伏发电功率控制
光伏并网发电系统、光伏并网功率控制结构如下如所示：
光伏阵列应用受控电流源模型，光照强度和温度的拨动都会对其输出功率造成影响。为了保证光伏阵列工作处于最大功率运行状态时，上图（a）中进行直流测电压udc、电流idc采集，并应用最大功率点跟踪模块进行最大功率点直流电压的计算，以此作为直流电压指令udcr，从而可以得出功率指令Qr和Pr，另外，在网侧进行电流电压信息的采集，结合功率指令进行指令电流iabcr的计算，然后在通过电流跟踪控制环节控制光伏并网发电系统。
上图（b）是应用电导增量法进行光伏阵列最大功率点参考电压udcr的获得，在和直流电压udc进行相应的比较后通过比例积分器进行有功指令Pr的生成。至于无功，相对应的控制方式有两种：恒电压和恒功率因数控制，其中功率因数为cosε时，在计算无功指令时需要以为Pr依据，为恒电压时，是通过光伏逆变器端电压有效值U和指令值Ur偏差经比例积分器生成。现阶段，国内已经有大量的光伏发电最大功率跟踪研究，本文主要进行电网电压不平衡下光伏发电电流指令计算和抑制谐波方法的探究。
在配电网接地处理中，通常采用经消弧线圈或中性点不接地方式，在三相三线制系统中没有零序电流的存在。电网电压处于不平衡状态时，光伏发电端电压含正、负、零序分量，电流含有正负序分量，通过空间矢量可以表示为：
i（t）=i+（t）+i-（t）
=（ia+（t），ib+（t），ic+（t）T+ia-（t），ib-（t），ic-（t））T
u（t）=u+（t）+u-（t）+u0（t）
=（ua+（t），ub+（t），uc+（t））T+（ua-（t），ub-（t），uc-（t））T+（ua0（t），ub0（t），uc0（t））T
2 电网电压不平衡下光伏发电谐波电流特性分析
依据光伏发电并网相关技术要求，在并网运行过程中，平均功率因素要大于0.9，因此在注入电网无功指令为零时，光伏发电端电压负序和正序分量的有效值之比为：U-/U+，光伏发电三相电流时域计算公式在一些资料和以往的数据中都有记载，这里就不再进行赘述。在电网电压负序不平衡度n为不同值时，分别为0.1，0.3，0.5时，依据相关计算公式可以得出光伏发电电流总谐波畸变率和有功、无功功率波动幅值随相关系数变化的特性。
2.2 光伏发电奇次电流谐波解析计算及分析
在光伏发电并网运行中，除了要求注入电网电流总谐波畸变率小于5%之外，还需要限制各次谐波电流。在实际操作中，如果在进行光伏发电电流调节系数时只考虑电流总谐波畸变率，在以后的结果中可能会导致某次电流谐波超出一定的限值，导致相应的电流谐波不能达到光伏发电并网运行的标准。通过相应的分析和计算可以得出光伏发电输出电流的3-9次谐波有效值随相关系数变化的特性。
3 抑制电网电压不平衡下光伏发电谐波电流策略
通过相应的数据控制电网电压不平衡下光伏发电功率，在相应的参数取不同的数值时，可以得到功率波动和电流谐波特性如下图。
在实际控制过程中，为促使光伏发电功率波动和电流谐波达到预定要求，可以进行合适相关参数α和β的选择，其中β是电压不平衡光伏发电必须满足的约束条件。因此，通过3次电流谐波限值和一些其他数值可以进行电流调节系数的确定。其中，在满足无功波动和3次谐波限值时，系数的计算公式为：
在满足有功波动和3次谐波限值时计算系数的公式为：
4 结束语
在抑制电网电压不平衡下光伏发电输出电流谐波时，可以通过连续调整电流调节系数实施相关处理，本文提出的两种系数调节和计算方法可以有效地控制光伏发电功率波动和注入电网谐波。
参考文献：
[1]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.
[2]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方法：，CN 103560515 A[P].2014.
[3]宋亦鹏.不平衡及谐波电网下双馈风力发电系统控制技术[D].浙江大学，2015.
论文作者:甘强强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/13
标签：谐波论文; 光伏论文; 电流论文; 电压论文; 电网论文; 不平衡论文; 功率论文; 《电力设备》2018年第27期论文;