（1.国网天津市电力公司 300171；2.国网天津市电力公司 300171）
摘要：随着光伏并网系统容量不断扩大，在电网发生电压跌落故障下，其对电网的影响已不容忽视。常规电压、电流双环控制下光伏并网逆变器在电网电压跌落时不能穿越这个故障，会随着跌落深度和时长的增加直流电压突然升高，交流电流急剧增大，甚至会发生过流而烧毁逆变器。因此电网电压跌落故障下，光伏并网逆变器的低电压穿越能力成为光伏系统一项非常重要的指标。当今，各国都在陆续发布标准，对光伏并网系统在电网电压跌落故障状态下并网逆变器的保护能力提出要求。因此，低电压穿越控制策略的提出和有效性都将是光伏行业的一个重要课题。
关键词：大功率；光伏并网；逆变器；低电压穿越；前馈控制
1低电压穿越技术概述
最早，低电压穿越（LVRT）是在风力发电中提出的，在光伏发电中是指电网发生电压暂将时，光伏电站不会立即从电网中解列，并在一定时间内向电网输送无功功率以支撑电网电压直至恢复正常。由于技术限制，我国对光伏电站LVRT技术的要求还不够严格。但随着国家对光伏行业的扶持及光伏电站对并网技术的完善，LVRT技术将不再成为难题。
2低电压穿越技术现状
随着光伏并网发电系统装机容量的不断扩大，其在电网中的影响也越来越大，各国纷纷制定了光伏并网逆变器及光伏系统并网的标准，其中要求光伏并网逆变器能在电网电压、频率等在一定范围内变化时不脱网，且能根据电网需求提供相应的有功功率和无功支持。低电压穿越是光伏并网逆变器的一项重要能力，已在越来越多国家的光伏标准中所要求。低电压穿越（LowVoltageRide—Through，LVRT），指在电网电压跌落持续时问内，光伏并网逆变器能保持并网，直到电网恢复正常。以德国、丹麦、意大利、日本、爱尔兰等为首的一些国家，对包括光伏并网发电、风力发电等新能源的研究和产业化也较早，在多年研究和应用基础上，都对光伏并网逆变器制定了相应标准，且均对其在电网故障时的运行特性制定了详细的规定。我国国家电网公司也在推出了光伏电站接入电网技术规定，文中对电网异常时的系统响应做了明确规定：在电网电压发生异常时小型光伏电站应迅速脱网；而大中型光伏电站在规定时间内为保持电网稳定性提供支撑。
3光伏并网系统低电压穿越技术研究意义
在光伏发电的快速发展过程中，光伏发电对电网的影响也开始曰益显现。由于光伏能源具有随机性和间歇性，光伏能源大规模接人的电网运行安全性以及电网抵抗故障的能力受到一定挑战，需要加以重视。光伏能源的间歇性和随机性意味着它难以像应用传统能源的发电技术那样可以准确的预测功率变化或者进行灵活的调度。另一方面，逆变器不像同步发电机一样具有惯性，对于电网的扰动缺乏抑制能力，逆变器对于电网故障过于快速的响应对电冈的稳定性有负面的效果在以往的并网规范中，一旦电网发生故障，光伏电站出于保护自身的考虑可以脱网。当电网从故障中恢复时，光伏电站在故障中脱网而造成的有功缺额会对电网的频率稳定性造成影响。因此，为了降低光伏并网系统接人的影响，一方面电网规范对光伏电站正常运行进行了必要的约束；另一方面，在故障情况下，低电压穿越标准应运而生，即当电网发生故障时．保持光伏电站继续并网运行一段时间，当电网故障短时无法恢复时，才允许脱网。这样，对于短时可以排除的故障，一旦电网恢复，光伏电站可以继续运行而不会影响电网的稳定性。同时，电站可以向电网提供无功支撑，帮助电网电压恢复。
4光伏电站低电压穿越技术要求
在国家电网公司颁布的相关光伏电站接人电网技术规定中明确指出，“大中型光伏电站应具备一定的低电压穿越能力并在低电压穿越过程中宜提供动态无功支撑。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆”电网发生不同类型故障时，若光伏电站并网点电压跌落规定范围时，光伏电站应保证不脱离电网。我国的电网公司并未对无功电压支撑定义具体的要求，而西班牙和德国就发布了有关新能源并网的低电压穿越要求。德国电网公司还提出了对高压、中压和低压电网无功电压支撑的要求标准，规定了所需提供无功电流和电压跌落深度的关系。新能源并网接人规则对低电压穿越要求为：当电力系统发生不同类型的故障时（主要包括三相短路、两相短路和单相接地故障，故障在井网点处电压表现为三相平衡跌落或不平衡跌落），当并网点电压跌至一定曲线区间范围时，光伏电站才可以从电网切出。
对电力系统故障期间没有切出的并网逆变器，其有功功率在故障清除后应快速恢复，自故障清除时刻开始，以至少10％额定功率每秒的功率变化率恢复至故障前的值。根据穿越曲线的要求，选择具有代表性的光伏电站低电压穿越进行描述，即对于总装机容量在百万千瓦级规模及以上的光伏发电站群，当电力系统发生三相短路故障引起电压跌落时，光伏发电站在低电压穿越过程中应具有以下动态无功支撑能力。（1）当并网点电压发生跌落时．光伏发电站应能够通过注入无功电流支撵电网电压恢复；自并网点电压跌落的时刻起，动态无功电流控制的响应时闻≤75Ills，持续时间应≥550ms。（2）光伏发电站的无功电流馈人不应使光伏发电站并网点电压高于1.1倍标称电压。
5光伏并网逆变器低电压穿越技术
5.1低电压穿越中的检测与锁相技术
5.1.1低电压故障检测
低电压故障的检测速度对光伏并网逆变器响应低电压故障的速度有很大影响为了使电网获得快速的支撑，应当加快低电压故障的检测速度。这在低电压穿越技术要求中也得到了体现。例如，在国标GB／T19964—2Ol2中，要求无功电流响应时间不超过30ms。这其中还包含控制系统的响应时间。
5.1.2低电压穿越中的锁相技术
在一般的逆变器控制中，电网幅值计算往往和锁相环集成在一起。但是在低电压穿越控制中，由于技术标准对电压判据的规定，低电压穿越检测的判定依据需要各相的电压幅值信息。这就需要在三相锁相模块之外增加基于单相幅值提取的故障检测模块来专门实现故障类型的判断由于低电压穿越技术新国标中要求零电压穿越，过零点检测锁相方法将无法应用。但是，常用的dq锁相环仍可以达到应用的需求。
5.2低电压穿越中的功率平衡
低电压穿越过程中输出的有功功率会降低。这一方面是电压降低所造成的，另一方面．逆变器需要输出无功电流，占用了一部分容量。此时，如果继续维持正常运行时的有功输入，输出电流会明显越过额定电流的限额。如果限制输出电流，将会造成直流链电压大幅升高，增加了开关器件的电压应力，造成损耗增加、可靠性降低。单级逆变器上直流链电压决定了光伏板的工作点，当直流链电压升高．光伏板的工作点就会偏离最大功率点，功率随之下降，最后稳定在一个更高的电压上。当然，这样仍然会增加开关管的电压应力．带来损耗的升高和可靠性的降低。而两级逆变器的输入级可以一壹维持光伏阵列工作于最大点，因而这种电压升高有可造成破坏性的后果。因此，在低电压穿越期间，应当停止最大功率点追踪，降低输入功率。放弃最大功率点可以保证设备的安全，但对直流链的平滑性没有实质的帮助。如果想要获得良好的直流链电压，则需要进行直流链电压控制。直流链电压控制的实现得益于低电压穿越的技术标准中没有限定有功功率的注入．因而既可以通过控制输入功率也可以通过控制输出功率来调节直流链电压。直流链电压的控制方法可以通过直接给定电压来实现。但是在单级逆变器中，给定的电压要符合光伏阵列的特性，从而台理的控制输入功率。这就需要在控制中准确知道光伏阵列的输出特性。
5.3低电压穿越中的输出控制
5.3.1电流控制
低电压穿越过程中需要向电网提供无功支撑。因而在低电压穿越过程开始之詹，控制器的首要任务就是根据电网电压汁算需要向电网注入的无功功率。无功功率的大小决定了逆变器的有功功率的可用容量，这决定了光伏阵列的工作点，也决定了直流链电压控制的性能。
5.3.2不对称故障下的控制
不对称故障在电网的实际运行中远多于对称故障。不对称的电网电压会造成直流链电压的二次波动，同时由于负序电压的存在会增加无功功率输出，使得无功输出难以准确控制。针对这些问题可以使用不同的电流控制方法。
6结束语
本文在介绍电网电压跌落的基础上，介绍电网电压跌落对光伏并网系统的影响。基于传统双环控制的交流限幅措施能抑制电网电压跌落时的逆变器过流，对系统进行保护，然而系统控制速度较慢，系统交流电流可能由于调节器设计不合适而出现超限而造成系统不稳定或故障。
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论文作者:许雷,王鑫
论文发表刊物:《电力设备》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/12
标签：电网论文; 电压论文; 光伏论文; 逆变器论文; 低电压论文; 故障论文; 电站论文; 《电力设备》2017年第32期论文;