一、前言

中國光伏扶貧項目的實施，一般以縣級、村級為單位，每戶安裝3kW-5kW為主要的應用形式。系統集成商朋友們，除了要應對農村屋頂多變的安裝條件以外，還面臨很多復雜的技術問題，比如說：農村弱電網電壓、頻率不穩定、多個分布式光伏系統同時并入電網，導致多機并聯進而引起的諧振、電壓抬升，以及更加復雜的負載情況。這就是小固今天要跟大家一起關注和解釋的問題，當然，這里會有一些相對專業的概念介紹，希望大家仔細閱讀，歡迎您參與留言討論及批評指正。

二、弱電網、諧振的概念

1)電網電壓過高

光伏系統并入電網，根據安全規范要求，光伏系統必須在允許的范圍內工作。如測量得出電網電壓高于此范圍，則意味著電網電壓過高。

對應解決方案，請點我查看《光伏系統常見問題系列之電壓超限》

2)弱電網(一般出現在電網末端，如偏遠地區、農村)一般大電網可以視為理想電壓源，輸出阻抗可以視為零，弱電網則不可以，電網阻抗不可忽略，等效模型如下：


其中Ug’為理想電網電壓；Ug為弱電網電壓；Ig為并網電流。3)諧振在電力系統中，諧振的含義就是兩個或者兩個以上的電信號在周期性變化上的吻合，這里的電信號是指電壓和電流的周期性變化。當發生串聯諧振時，如果外加給諧振支路一個任意小的電壓，理論上支路上都將有無窮大的電流；并聯諧振時，從外電路流入并聯諧振回路一個任意小的電流，理論上都將引起回路兩端無窮大的電壓。這兩種情況，在電力系統中往往是要努力避免的

三、弱網高阻抗諧振的危害

1)抬高逆變器并網端電壓，導致逆變器報電網電壓過高而脫網。


當電網阻抗Rg與Lg很大時，逆變器輸出電流Iac會在Rg與Lg上產生很大的壓降，會造成逆變器并網端電壓快速上升，最終導致逆變器報電網電壓過高而脫網。


圖1：電壓超限引起脫網的現場測試波形2)諧振會導致逆變器過流脫網弱網條件下的單機高阻抗諧振或者多機并聯諧振會引起逆變器輸出電流震蕩，電感異常聲響；輸出特性變差，嚴重的會導致逆變器過流脫網。下圖是現場測試波形：




四、多機并聯諧振產生的原因

1多機并聯諧振波形


圖4：并網逆變器多機并聯運行圖



當并網臺數較少時，圖4中的A、B、C3個點觀察到標準正弦電壓電流波形。當并聯臺數超過一定闕值時，逆變器會發生諧振，A點的波形發生嚴重畸變，實測諧振電壓和電流波形如圖5所示。

多機并網逆變器系統中，單個并網逆變器大都采用無隔離變壓器的拓撲結構，且一般采用LCL濾波器，后面的L為等效電感。采用LCL濾波器的設計會使逆變器系統頻帶中存在諧振頻率點。

無隔離變壓器的拓撲結構客觀上又建立了多逆變器間的關聯與耦合，其中各自逆變器的LCL濾波回路相互的關聯以及線路上分布參數阻抗的影響，使多逆變器的輸出回路構成了一個復雜的高階電網絡。這一高階電網絡的存在不僅會導致逆變器輸出諧波電流放大，嚴重時則可能會導致多逆變器并聯系統的諧振。

隨著并網發電系統穿透率的提升，公共連接點阻抗的變化會使PCC處的電壓對功率波動更加敏感，而PCC處的電壓波動又可能導致局部逆變器并網系統的諧振，這一局部逆變器并網系統的諧振又可能進一步導致全局并網系統諧振的發生。

多機并聯諧振頻率分析圖7為不同臺數逆變器并聯時，電網電壓對輸出電流影響的傳遞函數波德圖。可見，隨著并聯臺數增多，諧振頻率會降低，容易產生諧振。當其他并聯逆變器并網功率增大時，流過電網等效阻抗的電流增大，相當于單臺逆變器控制模型中的電網阻抗增大，也會對諧振頻率產生間接影響。





五、諧振抑制方法現在解決

諧振的辦法有無源阻尼法、APF等，它們能暫時抑制諧振問題，但是其增加了成本，并且以犧牲系統效率，損失發電量為代價。再者，考慮到電網阻抗的多變性，所處電網的容量不同，各個系統并網逆變器運行的臺數也不盡相同導致并網諧振現象具有一定的隨機性。故現有技術一方面可能會影響逆變器濾波性能，另一方面也會增加系統損耗，降低系統效率，且抑制諧振技術往往以犧牲逆變器的輸出特性為代價，在正常并網情況下無法保證電網的友好性。因此現有技術無法滿足各類型電網的并網要求。固德威在逆變器軟件中增加了智能有源阻尼抑制算法，提供了一種既保證正常情況下的輸出特性，又能保證高阻抗等諧振狀態下系統的穩定性的諧振抑制方法，得以較好的解決了弱網條件下諧振的問題。該技術也成功應用在多個扶貧項目中。下面是某個現場加入諧波抑制算法前后對比的波形。



可以看出，加入諧波抑制算法后高阻抗得到了很好的抑制，逆變器可以持續穩定的運行。

六、總結

諧振不僅影響光伏系統效率和發電量，還會引起電網波形畸變使設備出現異常或者故障，但是在農村弱電網高阻抗存在的前提下諧波是很難避免的，我們一方面期待政府對農網進行改造，一方面通過逆變器的先進技術加以抑制。本文旨在讓大家了解面對農村弱電網關于諧振的問題，同時，小固還想說明的是：

逆變器是光伏系統的關鍵先生；光伏系統，其實—它并沒有你看見的這么簡單。