小固谈芯-浅谈逆变器对电网的影响

前言

分布式光伏发电项目用于扶贫已经被广泛接受，弱电网主要为早期建设并且没有经过改造的电网，主要电气表征为阻抗高、框架弱、 抵抗冲击电流的能力低。

光伏电站在弱电网环境下运行，需要逆变器对高阻抗电网有较强的适应能力，并且不会因为逆变器并联导致谐振现象，从而故障扩大。小固将简单介绍弱电网与谐振的概念及危害，并简单分析不同逆变器在高阻抗条件下的应用表现。

弱电网、谐振的概念

1弱电网

一般大电网可以视为理想电压源，输出阻抗可以视为零，弱电网则不可以，电网阻抗不可忽略，等效模型如下：

2谐振

在电力系统中，谐振的含义就是两个或者两个以上的电信号在周期性变化上的吻合，这里的电信号是指电压和电流的周期性变化。当发生串联谐振时，如果外加给谐振支路一个任意小的电压，理论上支路上都将有无穷大的电流；并联谐振时，从外电路流入并联谐振回路一个任意小的电流，理论上都将引起回路两端无穷大的电压。这两种情况，在电力系统中往往是要努力避免的。

弱网高阻抗谐振的危害

1.抬高逆变器并网端电压，导致逆变器报电网电压过高而脱网。

当电网阻抗Rg与Lg很大时，逆变器输出电流Iac会在Rg与Lg上产生很大的压降，会造成逆变器并网端电压快速上升，最终导致逆变器报电网电压过高而脱网。

图1：电压超限引起脱网的现场测试波形

2.谐振会导致逆变器过流脱网

弱网条件下的单机高阻抗谐振或者多机并联谐振会引起逆变器输出电流震荡，电感异常声响；输出特性变差，严重的会导致逆变器过流脱网。

下图是现场测试波形：

不同逆变器的应用表现

国内主流逆变器厂家在高阻抗电网下的应用都积累了一些经验，分别采取了不同的算法和控制机制，但同时有部分厂家的逆变器在现场应用及模拟环境中无法正常使用。以下为某一厂家逆变器在弱网环境下的实际表现：

1测试方法

光伏逆变器输出额定电压，额定频率，带满载，分别确认在PV电压高，额定PV电压以及PV电压低三种情况下的逆变器带高阻抗状况。输出电感从低到高进行测试，要求逆变器可以满载带2mH。

2测试数据

接线图如下所示：

图4 测试示意

设置PV曲线电压点为最大MPPT电压或者0.8倍PV最大开路电压，输出接市电，输出接入的电感由小到大进行测试，直到逆变器报错或重连，记录相关现象和结果。

分别在PV额定电压和PV电压低的情况下重复step2的测试，记录相关结果。

以下为测试结果：

3测试波形

（1）PV低电压260V（Voc=320V，Vmp=250V，Isc=27.1A，Imp=24A）

图5 不同测试条件，未加高阻抗算法第三方逆变器的测试波形

（2）PV额定电压380V（Voc=486V，Vmp=380V，Isc=17.8A，Imp=15.8A）

图6 不同测试条件，未加高阻抗算法第三方逆变器的测试波形

（3）PV高电压415V（Voc=531V，Vmp=415V，Isc=16.3A,Imp=14.5A）

图7 不同测试条件，未加高阻抗算法第三方逆变器的测试波形

光伏逆变器输出额定电压，额定频率，带满载，分别确认在PV电压高，额定PV电压以及PV电压低三种情况下的逆变器带高阻抗状况。输出电感从低到高进行测试，要求逆变器可以满载带2mH。

如上图所示：红色PV输入电流 ，黄色AC输出电流。

可以看出在任何输入电压条件下，输出接入任意感量的高阻抗线圈后，没有高阻抗兼容算法的逆变器输出电流都会发生震荡，电流忽大忽小，导致输出功率不稳定， 严重时会发生过流，造成逆变器停机，多次过流后容易损坏逆变器，出现炸机现象。同时电流震荡会严重影响电网质量，可能对用户家用电器造成不良影响。

谐振抑制方法

现在解决谐振的办法有无源阻尼法、APF等，它们能暂时抑制谐振问题，但是其增加了成本，并且以牺牲系统效率，损失发电量为代价。

我司在逆变器软件中增加智能有源阻尼抑制算法，既能保证正常情况下的输出特性，又能保证高阻抗等谐振状态下系统的稳定性的谐振抑制方法，得以较好的解决了弱网条件下谐振的问题。

下面是某个现场加入谐波抑制算法前后对比的波形

图8 加入谐波抑制算法前测试波形 图9 加入谐波抑制算法后测试波形

可以看出，加入谐波抑制算法后高阻抗得到了很好的抑制，逆变器可以持续稳定的运行。

除此之外，还需同时在控制机制上采用多种策略，包括：重复控制和动态的PI参数、特定谐波抑制、死区补偿等。（这部分有机会再与大家详细讨论）

结 语

逆变器做为光伏系统生产管理的“芯”，不仅需要满足目前的标准中要求的功能和保护，更需要满足在应用过程中产生的新的要求，特别是目前国内光伏分布式市场，随着系统成本的降低，光伏已经被更多的终端客户所接受。

保护好光伏市场是所有光伏人的初衷，为光伏系统选择合适的组件、逆变器、支架以及配电设备是圆梦这个初衷的第一步，也是关键一步。