本發(fā)明涉及一種大型光伏電站集電系統(tǒng)諧波潮流計(jì)算方法，尤其涉及一種用于家庭能源的大型光伏電站集電系統(tǒng)諧波潮流計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

我國(guó)目前正加快資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的建設(shè)，電能等綠色能源的使用比例將不斷加大，家庭能源也由傳統(tǒng)能源向綠色能源轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在家庭光伏發(fā)電逐漸受到廣泛的使用。光伏發(fā)電特指采用光伏組件，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電系統(tǒng)。它是一種新型的、具有廣闊發(fā)展前景的發(fā)電和能源綜合利用方式。

2015年，我國(guó)新能源發(fā)電持續(xù)快速增長(zhǎng)，光伏裝機(jī)容量首次超過德國(guó)躍居世界第一。由于我國(guó)太陽(yáng)能資源主要富集于西北部地區(qū)，距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，需要采用高壓遠(yuǎn)距離輸電，因此光伏電站的規(guī)?；痛笮突呀?jīng)成為光伏產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì)之一。

隨著家庭光伏發(fā)電的不斷增長(zhǎng)，光伏電站裝機(jī)容量爆發(fā)式增長(zhǎng)，大規(guī)模光伏電站的接入及電力電子裝置的廣泛應(yīng)用使得大量非線性負(fù)載也加入到電力系統(tǒng)中，對(duì)電力系統(tǒng)造成污染，出現(xiàn)電能質(zhì)量問題。目前，諧波問題是制約光伏電站并網(wǎng)最主要的問題之一，很多大型并網(wǎng)光伏電站存在諧波超標(biāo)問題，且在低光照運(yùn)行條件下更加突出。大型光伏電站中，每組并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)的輸出電流經(jīng)站內(nèi)集電系統(tǒng)匯集后向外送出。即使單臺(tái)并網(wǎng)逆變器的輸出電流諧波較小，多臺(tái)并網(wǎng)逆變器并聯(lián)后輸出電流的諧波也有可能超標(biāo)。由于大型并網(wǎng)光伏電站一般采用LCL濾波器，且很多光伏電站通過長(zhǎng)距離輸電線纜接入弱電網(wǎng)，濾波電容可能引起諧振從而造成某些次諧波放大。因此，在對(duì)大規(guī)模光伏電站進(jìn)行諧波分析時(shí)，不僅要考慮光伏系統(tǒng)與電網(wǎng)之間日益顯著的相互作用，也應(yīng)當(dāng)考慮由濾波器、變壓器、電纜線路等元件構(gòu)成的集電系統(tǒng)對(duì)諧波傳遞所造成的影響。

目前，有研究結(jié)果表明電網(wǎng)阻抗導(dǎo)致系統(tǒng)存在諧振現(xiàn)象，降低系統(tǒng)電能質(zhì)量，并網(wǎng)點(diǎn)電壓的諧波畸變率遠(yuǎn)大于逆變器輸出電流，并網(wǎng)點(diǎn)電壓諧波含量更易超標(biāo)。進(jìn)一步提出了大型光伏電站諧波串并聯(lián)諧振數(shù)學(xué)模型，分析了諧波串并聯(lián)諧振機(jī)理，定量分析諧波電壓放大系數(shù)及其與輸電距離、諧波次數(shù)及諧波類型的關(guān)系。從逆變器的控制層面研究了電網(wǎng)阻抗對(duì)大型光伏電站諧波及諧振的影響，但在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)等效時(shí)，并未將大型光伏電站集電系統(tǒng)內(nèi)部元件及連接方式納入考慮范圍，不能準(zhǔn)確有效地分析大型光伏電站集電系統(tǒng)諧波及諧振的影響，進(jìn)而采取有效地措施。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于家庭能源的大型光伏電站集電系統(tǒng)諧波潮流計(jì)算方法。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案：

一種用于家庭能源的大型光伏電站集電系統(tǒng)諧波潮流計(jì)算方法，包括如下步驟：

S1，為用于家庭能源的大型光伏電站集電系統(tǒng)中諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)涉及的各元件建立等效模型；

S2，將大型光伏電站集電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效阻抗結(jié)構(gòu)，根據(jù)所述等效阻抗結(jié)構(gòu)以及所述各元件的等效模型為諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等效模型，得到諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；

S3，根據(jù)各諧波源節(jié)點(diǎn)的注入諧波電流和所述諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣得到各節(jié)點(diǎn)諧波電壓，獲得諧波潮流。

其中較優(yōu)地，在步驟S1中，所述元件包括：光伏發(fā)電單元中包含的元件、輸電線路和電纜、主變壓器、高壓電網(wǎng)與負(fù)荷。

其中較優(yōu)地，所述光伏發(fā)電單元中包含的元件為光伏逆變器LCL濾波器和雙分裂變壓器；

其中，所述光伏逆變器LCL濾波器的諧波阻抗用如下公式表示：

其中，Z_L為電感的諧波阻抗；X_L為電感的基波電抗；h為諧波次數(shù)；Z_c為電容的諧波阻抗；X_c為電容的基波電抗，j為轉(zhuǎn)換系數(shù)。

其中較優(yōu)地，所述雙分裂變壓器的等效阻抗用如下公式表示：

其中，X_t1為雙分裂變壓器原邊繞組的基波等效電抗；X_t2、X_t3分別為兩個(gè)副邊繞組的基波等效電抗，h為諧波次數(shù)。

其中較優(yōu)地，所述主變壓器諧波阻抗模型為：

Z_T＝h^1.15R_T+hX_T

其中，Z_T為主變等效諧波阻抗，R_T和X_T分別為基波下主變的等效電阻和電抗，h為諧波次數(shù)。

其中較優(yōu)地，所述高壓電網(wǎng)與負(fù)荷在h次諧波下的等值阻抗為：

其中，Z為系統(tǒng)或負(fù)荷的諧波等效阻抗，R和X分別為其基波等效電阻和電抗。

其中較優(yōu)地，在步驟S2中，為諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等效模型是根據(jù)諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，得到節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y；

其中，Y為(6mn+3)階方陣，令k＝6mn，則有：

式中，Ya＝Y(jié)ai，表示第i條集電線路中各個(gè)節(jié)點(diǎn)與k+1號(hào)節(jié)點(diǎn)之間的互導(dǎo)納，Yk+i,k+i為網(wǎng)絡(luò)中k+i號(hào)節(jié)點(diǎn)的自導(dǎo)納(i＝1,2)；Yk+i,k+j為網(wǎng)絡(luò)中k+i號(hào)節(jié)點(diǎn)與k+j號(hào)節(jié)點(diǎn)之間的互導(dǎo)納(i＝1,2，j＝1,2，且i≠j)，Ym為集電線路單條支路的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，Ym為(6n)階方陣，方陣Y中共有m個(gè)Ym矩陣。

其中較優(yōu)地，Ya為(6n×1)階列向量，Ya用如下公式表示：

其中較優(yōu)地，Ym為集電線路單條支路的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，Ym用如下公式表示：

其中，Y1、Y2為6階方陣，Y1為集電系統(tǒng)單條支路的第一個(gè)發(fā)電單元及與其相連的電纜的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，Y2為該條支路其余各個(gè)發(fā)電單元及與其相連的電纜的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，Yc為Y1、Y2組成的矩陣的補(bǔ)充矩陣。

其中較優(yōu)地，在步驟S3中，根據(jù)各諧波源節(jié)點(diǎn)的注入諧波電流和所述諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣得到各節(jié)點(diǎn)諧波電壓，即獲得諧波潮流，采用如下公式：

U(h)＝Y(jié)^-1(h)I(h)

其中，U(h)為各節(jié)點(diǎn)h次諧波電壓列向量；Y(h)為h次諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；I(h)為各節(jié)點(diǎn)h次諧波注入電流列向量。

本發(fā)明所提供的用于家庭能源的大型光伏電站集電系統(tǒng)諧波潮流計(jì)算方法，通過為諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)涉及的各元件建立等效模型以及為諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等效模型，得到諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；再根據(jù)各諧波源節(jié)點(diǎn)的注入諧波電流和該諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣得到各節(jié)點(diǎn)諧波電壓，獲得諧波潮流。該方法充分考慮大型光伏電站中集電系統(tǒng)中集電系統(tǒng)的電纜參數(shù)對(duì)諧波分析結(jié)果的影響、LCL濾波器的參數(shù)對(duì)諧波潮流計(jì)算結(jié)果的影響以及電纜參數(shù)對(duì)諧波潮流計(jì)算結(jié)果的影響，準(zhǔn)確有效地分析大型光伏電站集電系統(tǒng)諧波及諧振的影響，進(jìn)而采取有效地措施，提高了諧波潮流計(jì)算的準(zhǔn)確性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所提供的用于家庭能源的大型光伏電站集電系統(tǒng)諧波潮流計(jì)算方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明所提供的大型并網(wǎng)光伏電站的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明所提供的集電線路的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明所提供的光伏發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明所提供的光伏發(fā)電單元等效阻抗的部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明所提供的大型并網(wǎng)光伏電站等效阻抗的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明所提供的集電線路等效阻抗的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明所提供的忽略集電系統(tǒng)的大型光伏電站的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明所提供的一個(gè)實(shí)施例中，PCC點(diǎn)各次諧波電壓放大情況展示圖；

圖10為本發(fā)明所提供的一個(gè)實(shí)施例中，L1的值對(duì)PCC點(diǎn)各次諧波電壓放大情況展示的示意圖；

圖11為本發(fā)明所提供的一個(gè)實(shí)施例中，L2的值對(duì)PCC點(diǎn)各次諧波電壓放大情況展示的示意圖；

圖12為本發(fā)明所提供的一個(gè)實(shí)施例中，C的值對(duì)PCC點(diǎn)各次諧波電壓放大情況展示的示意圖；

圖13為本發(fā)明所提供的一個(gè)實(shí)施例中，電纜阻抗的值對(duì)PCC點(diǎn)各次諧波電壓放大情況展示的示意圖；

圖14為本發(fā)明所提供的一個(gè)實(shí)施例中，電纜導(dǎo)納的值對(duì)PCC點(diǎn)各次諧波電壓放大情況展示的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)具體的說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的用于家庭能源的大型光伏電站集電系統(tǒng)諧波潮流計(jì)算方法，具體包括如下步驟：首先，為用于家庭能源的大型光伏電站集電系統(tǒng)中諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)涉及的各元件建立等效模型；然后，將大型光伏電站集電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效阻抗結(jié)構(gòu)，根據(jù)等效阻抗結(jié)構(gòu)以及諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)涉及的各元件的等效模型為諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等效模型，得到諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；最后，根據(jù)各諧波源節(jié)點(diǎn)的注入諧波電流和該諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣得到各節(jié)點(diǎn)諧波電壓，獲得諧波潮流。下面對(duì)這一過程做詳細(xì)具體的說(shuō)明。

S1，為用于家庭能源的大型光伏電站集電系統(tǒng)中諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)涉及的各元件建立等效模型。

大型并網(wǎng)光伏電站(大型光伏電站集電系統(tǒng))結(jié)構(gòu)如圖2所示。大型并網(wǎng)光伏電站包含若干光伏發(fā)電單元，如圖3所示，光伏發(fā)電單元的輸出功率經(jīng)站內(nèi)集電線路匯入10kV交流母線。假設(shè)光伏電站共有m條并聯(lián)的集電線路(集電線路結(jié)構(gòu)圖如圖4所示)，每條集電線路由n個(gè)光伏發(fā)電單元組成。光伏電站產(chǎn)生的電能經(jīng)變比為10/121kV的主變壓器升壓，通過高壓輸電線路并入大電網(wǎng)。大型并網(wǎng)光伏電站的結(jié)構(gòu)、集電線路的結(jié)構(gòu)和光伏發(fā)電單元的結(jié)構(gòu)為本領(lǐng)域常規(guī)結(jié)構(gòu)，在此便不再贅述了。

為用于家庭能源的大型光伏電站集電系統(tǒng)中諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)涉及的各元件建立等效模型，在本發(fā)明所提供的實(shí)施例中，建立諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)涉及的元件包括：光伏發(fā)電單元中包含的元件、輸電線路和電纜、主變壓器、高壓電網(wǎng)(系統(tǒng))與負(fù)荷。其中，光伏發(fā)電單元中包含的元件為光伏逆變器LCL濾波器和雙分裂變壓器。電網(wǎng)的諧波數(shù)學(xué)模型由電網(wǎng)中各個(gè)元件的諧波模型組成。下面對(duì)各個(gè)等效模型進(jìn)行詳細(xì)的描述。

將光伏發(fā)電單元結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為光伏發(fā)電單元的等效阻抗結(jié)構(gòu)，光伏發(fā)電單元的等效阻抗結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。在光伏發(fā)電單元中，2組光伏陣列分別與2臺(tái)500kW的光伏逆變器連接，逆變器的輸出電流經(jīng)LCL濾波器后送至一臺(tái)變比為10.5/0.27/0.27kV的雙分裂變壓器，然后接入站內(nèi)集電系統(tǒng)(大型光伏電站集電系統(tǒng))。

采用電流控制模式的光伏逆變器，在諧波潮流計(jì)算中處理為能夠輸出恒定電流的電流源。光伏逆變器LCL濾波器的諧波阻抗可用式(1)計(jì)算。

其中，Z_L為電感的諧波阻抗；X_L為電感的基波電抗；h為諧波次數(shù)；Z_c為電容的諧波阻抗；X_c為電容的基波電抗，j為轉(zhuǎn)換系數(shù)。

光伏發(fā)電單元采用短路阻抗百分比為4.5％、額定容量為1000/500/500kV·A的雙分裂變壓器，忽略變壓器內(nèi)部阻抗的影響，有Z_t＝j(luò)X_t，。若Z_t1表示高壓繞組的等效阻抗，Z_t2、Z_t3分別表示兩個(gè)低壓繞組的等效阻抗，通常情況下，雙分裂變壓器的等效阻抗可以用下式計(jì)算：

式中，X_t1為雙分裂變壓器原邊繞組的基波等效電抗；X_t2、X_t3分別為兩個(gè)副邊繞組的基波等效電抗，X_1-2為穿越阻抗，K_F為分裂系數(shù)，h為諧波次數(shù)。

大型光伏電站中每組并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)通常采用相同的結(jié)構(gòu)、參數(shù)和控制策略等，且升壓變壓器的型號(hào)均相同。因此，在本發(fā)明中，假設(shè)圖3中所有發(fā)電單元內(nèi)各個(gè)元件的參數(shù)完全相同。

關(guān)于輸電線路和電纜，在基波計(jì)算時(shí)，輸電線路通常采用π型等值電路。但是在諧波計(jì)算中，由于線路的分布特性比基波時(shí)更加顯著，因而每個(gè)π型所能代表的線路距離將大為縮短。因此在諧波計(jì)算中，更多使用的是分布參數(shù)等值電路。為使長(zhǎng)線路的分布參數(shù)等值電路計(jì)算更加便利，采用雙曲函數(shù)來(lái)計(jì)算輸電線路和電纜的等值電路。其中計(jì)算輸電線路和電纜的等值電路的方法參照論文蘆晶晶，電力系統(tǒng)諧波分析及程序開發(fā)(中國(guó)電力科學(xué)研究院，2005)。h次諧波時(shí)，線路單位長(zhǎng)度的諧波參數(shù)為：

式中，Z_oh為線路的單位長(zhǎng)度諧波阻抗，r_oh為單位長(zhǎng)度諧波電阻，X₁為單位長(zhǎng)度基波電抗，y_oh為單位長(zhǎng)度諧波導(dǎo)納，b₁為單位長(zhǎng)度基波電納，h為諧波次數(shù)?？紤]到集膚效應(yīng)，線路的單位長(zhǎng)度電阻可由下式計(jì)算：

式中，r₁為線路單位長(zhǎng)度基波電阻。

h次諧波時(shí)，長(zhǎng)度為l的輸電線路和電纜的阻抗和導(dǎo)納值為：

其中，sh(x)為雙曲正弦函數(shù)，ch(x)雙曲余弦函數(shù)；Z_Lh和Y_Ch分別為線路的諧波阻抗和導(dǎo)納，Z_Ch和γ_h分別為h次諧波時(shí)線路的特征阻抗和傳播函數(shù)，Z_Ch和γ_h可由下式計(jì)算得到：

關(guān)于主變壓器，基波潮流計(jì)算尤其是在高壓網(wǎng)的計(jì)算中，常忽略變壓器的激磁支路和繞組電阻，變壓器的激磁支路由于鐵芯的存在是非線性的，且非線性程度隨外施電壓而改變，電壓愈高，鐵芯愈接近飽和，其非線性程度也愈大。當(dāng)外加電壓過高鐵芯飽和后，諧波含有率大為增加，因此可以把它看成單獨(dú)的諧波源。在諧波潮流計(jì)算中，當(dāng)所考慮的諧波次數(shù)不太高時(shí)，可忽略變壓器繞組間及繞組中匝間電容的作用，因而其等值電路為一連接原副邊節(jié)點(diǎn)的阻抗支路，其阻抗值由繞組電阻和漏抗所組成。在高次諧波的作用下，變壓器繞組的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)都變得更加顯著，電阻值要增大。在本發(fā)明所提供的實(shí)施例中，采用IEEE提出的變壓器諧波阻抗模型：

Z_T＝h^1.15R_T+hX_T (7)

式中，Z_T為主變等效諧波阻抗，R_T和X_T分別為基波下主變的等效電阻和電抗，h為諧波次數(shù)。

關(guān)于高壓電網(wǎng)(系統(tǒng))與負(fù)荷，電力系統(tǒng)的電網(wǎng)規(guī)模日益增大，但在諧波分析中，無(wú)需計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)，只須計(jì)算到所關(guān)心的節(jié)點(diǎn)，如諧波源接入到系統(tǒng)的公共節(jié)點(diǎn)。若能將這些公共點(diǎn)的諧波污染水平控制在允許的范圍之內(nèi)，則該諧波源對(duì)整個(gè)系統(tǒng)其它點(diǎn)的諧波污染都是可接受的，因此需要對(duì)高壓電網(wǎng)進(jìn)行等值。當(dāng)高壓電網(wǎng)或負(fù)荷的功率為S，功率因數(shù)為cosφ時(shí)，系統(tǒng)或負(fù)荷在h次諧波下的等值阻抗為：

式中，Z為系統(tǒng)或負(fù)荷的諧波等效阻抗，R和X分別為其基波等效電阻和電抗。

至此，諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)涉及的各元件的等效模型建立完成，在各元件等效模型以及后續(xù)介紹的諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)等效模型的基礎(chǔ)上可以進(jìn)行諧波潮流計(jì)算。

S2，將大型光伏電站集電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效阻抗結(jié)構(gòu)，根據(jù)等效阻抗結(jié)構(gòu)以及諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)涉及的各元件的等效模型為諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等效模型，得到諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。

將大型光伏電站集電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效阻抗結(jié)構(gòu)，圖6和圖7分別為大型并網(wǎng)光伏電站等效阻抗結(jié)構(gòu)圖和集電線路等效阻抗結(jié)構(gòu)圖。假設(shè)大型光伏電站集電系統(tǒng)由m條并聯(lián)支路組成，每條支路共包含n個(gè)發(fā)電單元，如圖6所示。集電系統(tǒng)將各個(gè)發(fā)電單元所發(fā)電能匯集后，經(jīng)主變壓器、高壓輸電線路送入電網(wǎng)，電力傳輸網(wǎng)絡(luò)的等效阻抗結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。

根據(jù)圖6和圖7所示的諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，得到節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y為(6mn+3)階方陣。令k＝6mn，則有

式中：Ya為(6n×1)階列向量，表示第i條集電線路中各個(gè)節(jié)點(diǎn)與k+1號(hào)節(jié)點(diǎn)之間的互導(dǎo)納，Yk+i,k+i為網(wǎng)絡(luò)中k+i號(hào)節(jié)點(diǎn)的自導(dǎo)納(i＝1,2)；Yk+i,k+j為網(wǎng)絡(luò)中k+i號(hào)節(jié)點(diǎn)與k+j號(hào)節(jié)點(diǎn)之間的互導(dǎo)納(i＝1,2，j＝1,2，且i≠j)。

Ym為集電線路單條支路的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，Ym為(6n)階方陣，方陣Y中共有m個(gè)Ym矩陣。

式(11)中，Y1、Y2為6階方陣，Y1為集電系統(tǒng)單條支路的第一個(gè)發(fā)電單元及與其相連的電纜的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，Y2為該條支路其余各個(gè)發(fā)電單元及與其相連的電纜的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。為保證Ym的正確性，Yc為Yb的補(bǔ)充矩陣。Y1、Y2、Yc可通過式(12)—(14)求得。

其中，Z_L1為電感1的諧波阻抗，Z_L2為電感2的諧波阻抗；Z_c為電容的諧波阻抗；Z_t1和Z_t2雙分裂變壓器的等效阻抗；Z_di和Y_di(i＝1,2…n)分別為單條集電線路的第i個(gè)發(fā)電單元后連接的電纜線路的等效阻抗和導(dǎo)納。方陣Y2除Y2(6，6)之外，其余位置的值均與Y1相同，集電系統(tǒng)單條支路第i個(gè)(i＝2，3，…，n)發(fā)電單元的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣Y2的Y2(6，6)為

Yc為(6n)階對(duì)稱方陣，有：

需要說(shuō)明的是，式(12)—(14)矩陣Y1、Y2、Yc未說(shuō)明的部分均為0。

S3，根據(jù)各諧波源節(jié)點(diǎn)的注入諧波電流和該諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣得到各節(jié)點(diǎn)諧波電壓，獲得諧波潮流。

與基波潮流計(jì)算類似，諧波潮流計(jì)算就是根據(jù)各諧波源節(jié)點(diǎn)的注入諧波電流和該諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣組成的網(wǎng)絡(luò)方程求解各節(jié)點(diǎn)諧波電壓，即

U(h)＝Y(jié)^-1(h)I(h) (2)

式中：U(h)為各節(jié)點(diǎn)h次諧波電壓列向量；Y(h)為h次諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；I(h)為各節(jié)點(diǎn)h次諧波注入電流列向量。按諧波源工作條件，根據(jù)基波計(jì)算結(jié)果、諧波次數(shù)以及計(jì)算相應(yīng)的各次諧波的注入電流，形成注入電流向量I(h)。在本發(fā)明所提供的實(shí)施例中，令含諧波源的節(jié)點(diǎn)注入電流為單位h次諧波電流，不含諧波源的節(jié)點(diǎn)注入電流均為0。

需要注意的是，諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)中各元件等效阻抗的大小隨諧波次數(shù)的變化而變化，因此在計(jì)算中需要多次形成諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。

下面對(duì)大型光伏電站中集電系統(tǒng)中集電系統(tǒng)的電纜參數(shù)對(duì)諧波分析結(jié)果、LCL濾波器的參數(shù)對(duì)諧波潮流計(jì)算結(jié)果、電纜參數(shù)對(duì)諧波潮流計(jì)算結(jié)果的影響分別通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行說(shuō)明。

在大型光伏電站集電系統(tǒng)中，各發(fā)電單元之間的電纜由于線路長(zhǎng)度短、電壓等級(jí)低，因而在某些研究中忽略了電纜參數(shù)的影響，認(rèn)為各個(gè)發(fā)電單元為簡(jiǎn)單的并聯(lián)關(guān)系，如圖8所示。

在建立了諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)之后，通過進(jìn)行諧波潮流計(jì)算，可以得到網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)在各次諧波下的電壓值。用某一點(diǎn)的各次諧波電壓幅值除以該點(diǎn)的基波電壓幅值，就可以得到在各次諧波下，該點(diǎn)的諧波電壓相對(duì)于基波電壓的放大倍數(shù)。由于諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)較多，在本發(fā)明中，僅選取主變壓器低壓側(cè)節(jié)點(diǎn)，即各發(fā)電單元的公共連接點(diǎn)(point of common coupling，PCC)作為代表進(jìn)行分析。網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)元件參數(shù)如表1所示。

表1 傳遞網(wǎng)絡(luò)中各元件參數(shù)展示表

經(jīng)計(jì)算，2種結(jié)構(gòu)下PCC點(diǎn)諧波電壓的放大情況如圖9所示。從圖9中可以看出，在忽略站內(nèi)集電系統(tǒng)的電纜參數(shù)后，網(wǎng)絡(luò)的諧振頻率有所降低，諧振點(diǎn)的電壓放大倍數(shù)也明顯增大，其余各點(diǎn)的電壓放大情況也有所改變。

2種結(jié)構(gòu)下PCC點(diǎn)各次諧波的電壓放大倍數(shù)如表2所示。

表2 PCC點(diǎn)各次諧波電壓放大倍數(shù)展示表

從表2中數(shù)據(jù)可以看出，在考慮站內(nèi)集電系統(tǒng)電纜參數(shù)的情況下，該網(wǎng)絡(luò)在輸入7次諧波電流時(shí)發(fā)生了諧振，當(dāng)諧波次數(shù)小于7次時(shí)，電壓放大倍數(shù)隨輸入諧波次數(shù)的增加呈上升趨勢(shì)，隨后逐漸下降，當(dāng)諧波次數(shù)大于35次以后，諧波電壓小于基波電壓；在忽略站內(nèi)集電系統(tǒng)電纜參數(shù)的情況下，網(wǎng)絡(luò)在輸入6次諧波電流時(shí)發(fā)生了諧振，當(dāng)諧波次數(shù)小于6次時(shí)，電壓放大倍數(shù)隨輸入諧波次數(shù)的增加呈上升趨勢(shì)，隨后逐漸下降，當(dāng)諧波次數(shù)大于28次后，電壓放大倍數(shù)的變化趨勢(shì)與諧波次數(shù)沒有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但在該結(jié)構(gòu)下，不論向網(wǎng)絡(luò)注入幾次諧波電流，PCC點(diǎn)的諧波電壓幅值始終大于基波電壓幅值。

由此可見，大型光伏電站中集電系統(tǒng)的電纜參數(shù)會(huì)對(duì)諧波分析結(jié)果造成一定影響，所以在進(jìn)行諧波分析時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮站內(nèi)集電系統(tǒng)的電纜參數(shù)。

關(guān)于LCL濾波器的參數(shù)對(duì)諧波潮流計(jì)算結(jié)果的影響，考慮站內(nèi)集電系統(tǒng)電纜參數(shù)的情況，在表1給定參數(shù)的基礎(chǔ)上，單獨(dú)調(diào)整LCL濾波器的參數(shù)L1、L2和C的值后，PCC點(diǎn)各次諧波電壓的放大情況如圖10—12所示。

由圖10—12可以看出，L1在圖10所示范圍內(nèi)的變化沒有對(duì)PCC點(diǎn)各次諧波電壓的放大倍數(shù)產(chǎn)生明顯的影響，但不排除對(duì)網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)諧波電壓產(chǎn)生影響的可能；隨著L2值的增大，PCC點(diǎn)的諧振頻率逐漸減小，且諧振頻率均在11次以下，諧振點(diǎn)的電壓放大倍數(shù)均在200倍以上；電容C對(duì)PCC點(diǎn)的各次諧波電壓放大情況的影響與L2類似，隨著C值的增大，PCC點(diǎn)電壓的諧振頻率逐漸減小，且諧振頻率均在25次以下。但與L2相比，C值的變化更容易引起PCC點(diǎn)發(fā)生諧振。

關(guān)于電纜參數(shù)對(duì)諧波潮流計(jì)算結(jié)果的影響，考慮站內(nèi)集電系統(tǒng)電纜參數(shù)的情況，在表1給定參數(shù)的基礎(chǔ)上，單獨(dú)調(diào)整單位長(zhǎng)度電纜的阻抗和導(dǎo)納的值后，PCC點(diǎn)各次諧波電壓的放大情況如圖13—14所示。

由圖13—14可以看出，電纜阻抗值大小的改變對(duì)PCC點(diǎn)處的諧振頻率幾乎沒有影響，但是隨著電纜阻抗值的增大，PCC點(diǎn)在諧振頻率下的電壓放大倍數(shù)先減小后增大；電纜導(dǎo)納值大小的改變對(duì)PCC點(diǎn)處的諧振頻率也沒有明顯的影響，但是隨著電纜導(dǎo)納值的增大，PCC點(diǎn)在諧振頻率下的電壓放大倍數(shù)逐漸增大，但增大的比較緩慢。

由于在站內(nèi)集電系統(tǒng)中，各發(fā)電單元之間的電纜線路長(zhǎng)度短、電壓等級(jí)低，所以電纜參數(shù)的改變對(duì)于PCC點(diǎn)各次諧波電壓放大倍數(shù)的影響并不明顯，但如果不考慮電壓放大倍數(shù)，只從電壓幅值的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，電纜參數(shù)的改變對(duì)該點(diǎn)各次諧波電壓幅值大小的影響較為明顯。由此也可以說(shuō)明，在對(duì)大型光伏電站進(jìn)行諧波分析時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮電纜參數(shù)對(duì)于分析結(jié)果的影響。

針對(duì)典型大型并網(wǎng)光伏電站拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，建立了詳細(xì)考慮站內(nèi)集電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的大型光伏電站諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)模型非常必要。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論。

(1)是否考慮光伏電站內(nèi)部集電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，PCC點(diǎn)的諧波電壓放大特性存在明顯差別。

(2)光伏逆變器的LCL濾波器參數(shù)對(duì)PCC點(diǎn)諧波電壓放大特性有影響，其中L2與C值的改變對(duì)于諧波電壓放大特性影響較為明顯，L1的改變對(duì)PCC點(diǎn)的影響不明顯，但是不排除其對(duì)電站內(nèi)部節(jié)點(diǎn)存在影響。

(3)集電系統(tǒng)內(nèi)部電纜線路參數(shù)對(duì)PCC點(diǎn)諧波電壓放大特性有影響。由于各發(fā)電單元之間的電纜線路長(zhǎng)度短、電壓等級(jí)低，電纜參數(shù)的改變對(duì)于該點(diǎn)的諧波電壓放大特性影響相對(duì)較小。

綜上所述，本發(fā)明所提供的用于家庭能源的大型光伏電站集電系統(tǒng)諧波潮流計(jì)算方法，通過為用于家庭能源的大型光伏電站集電系統(tǒng)中諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)涉及的各元件建立等效模型；然后，將大型光伏電站集電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為等效阻抗結(jié)構(gòu)，根據(jù)等效阻抗結(jié)構(gòu)以及諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)涉及的各元件的等效模型為諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建等效模型，得到諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；根據(jù)各諧波源節(jié)點(diǎn)的注入諧波電流和該諧波傳遞網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣得到各節(jié)點(diǎn)諧波電壓，獲得諧波潮流。該方法充分考慮大型光伏電站中集電系統(tǒng)中集電系統(tǒng)的電纜參數(shù)對(duì)諧波分析結(jié)果的影響、LCL濾波器的參數(shù)對(duì)諧波潮流計(jì)算結(jié)果的影響以及電纜參數(shù)對(duì)諧波潮流計(jì)算結(jié)果的影響，提高了諧波潮流計(jì)算的準(zhǔn)確性。

上面對(duì)本發(fā)明所提供的用于家庭能源的大型光伏電站集電系統(tǒng)諧波潮流計(jì)算方法進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。對(duì)本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的前提下對(duì)它所做的任何顯而易見的改動(dòng)，都將構(gòu)成對(duì)本發(fā)明專利權(quán)的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。