并網光伏電站低電壓穿越能力檢測技術

摘 要：在緩解能源危機壓力中，光伏發電系統發揮了十分重要的作用，然而大型的光伏電站在實際的應用過程中很容易會在接入電網之后出現突然脫網的現象，最終使得電力系統的正常運轉受到了十分不利的影響。所以必須采取有效的措施，從而將并網光伏電站的低電壓穿越能力準確的檢測出來，并且以此為基礎科學合理的設計并網。文章結合筆者自身的經驗，對于一種能夠使光伏發電系統不脫網的有效方案進行了設計。實踐證明，這種設計方法能夠使檢測低電壓穿越能力的需求得到充分的滿足。

關鍵詞：光伏發電系統；并網技術；低電壓穿越

中圖分類號：TM914 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）21-0019-02

目前，世界的范圍內出現了能源普遍緊張的問題，因此，積極地開發新能源已經受到了世界各國都普遍關注。光伏發電系統的應用能夠使現在的能源危機得到有效的緩解，因此越來越多的國家開始積極的開發光伏發電系統。然而在光伏發電系統的應用中存在著較多的問題，其中影響并網光伏電站的廣泛使用的一項非常重要的因素就是其低電壓穿越能力，因此如何能準確的檢測其低電壓穿越能力具有十分關鍵的意義。鑒于該技術的重要性，本文對一種有效的并網光伏電站低電壓穿越能力檢測技術進行了分析。

1 并網光伏電站低電壓穿越的要求和意義

1.1 并網光伏電站低電壓穿越的要求分析

該技術首先要求光伏電站不會在并網點發生電壓波動的時候出現脫網的情況，在我國相關的企業標準中明確要求，所有的并網光伏電站都必須要確保低電壓穿越的實現，特別是一些大中型的并網光伏電站。不過一旦電網出現故障，致使并網點出現不斷降低的電壓，并且出現了在正常運行電壓的20%以上最終值的情況，必須要確保光伏電站不會出現脫網的情況。通常來講都要借助逆變器實現低電壓穿越，現在國外已經將光伏電站的無功電流與電壓降低量之間的關系計算了出來。

一般情況下，如果出現了正常電壓的0.9倍的電壓下降量，這時候每出現1%的跌落量，就需要光伏電站將2%以上的無功電流在20 ms內額外提供出來。

1.2 并網光伏電站低電壓穿越的意義分析

在光伏技術不斷發展的今天，在電網系統中光伏電站具有越來越大的滲透率，同時也占有了越來越多的供電份額。我們都清楚，在發生電網故障并且對其進行有效的修復之后，這時候電網中高額的功率缺額現象就非常容易發生，這樣除了會造成相鄰光伏發電系統發生跳閘的現象，在嚴重的情況下還會導致出現大面積的斷電，從而使電力系統的正常運行受到十分不利的影響，在這種情況下，必須要采取有效的措施使并網光伏電站的低電壓穿越能力得到保證。

我國目前對這一項技術的研究非常關注，曾經在2010年就將一套具有實際意義的檢測平臺研發了出來。

但是大量的實踐證明，要想確保光伏電站的低電壓穿越的實現仍然需要積極的探索和研究，然而目前不管是國內也好還是國外也好，在這一方面都缺乏深入的研究，而且現在很多的低電壓穿越研究都是針對風力發電，然而相對于風力發電的應用方案和原理而言，光伏發電存在著較大的差異性，因此只有很少的經驗可以借鑒。

2 低電壓穿越能力的仿真檢測分析

2.1 搭建平臺和控制穿越能力的策略

光伏逆變器是本平臺的核心，三相六橋并網典型結構是本平臺具體的拓撲機構，其能夠將光伏直流電合理的轉變成為三相交流電。逆變器的輸出在這個平臺下是確保并網光伏電站低電壓穿越的一個非常重要的環節。逆變器會由于過電流而跳開，而且過電流還會導致逆變器的損壞，最終使得光伏電站出現脫網的情況，因此，要想有效地保證系統的低電壓穿越能力，首先必須要對其內環有功電流進行有效的控制。與風力電站比起來，光伏電站并不具備轉動部分，因此其直流側電壓值在產生故障之后也不會出現太大的變化，在低電壓穿越能力中輸出電流是其最為主要的制約因素，而且很難有效地控制其無功電流，所以最為直接的方案就是利用有功電流的給定值對有功電流進行控制，從而進一步的實現對輸出電流的控制。

一旦有故障的情況出現在電網中，首先控制器就能夠將電壓跌落檢測出來，并且將外環迅速的斷開。其次將有功電流在正常運行中的數值作為參考值，對逆變器輸出電流進行控制，使有功功率得以降低，這樣就能夠使無功功率在一定程度上得以提升。

2.2 對該平臺低電壓穿越能力進行仿真檢測

PSCAD/EMTDC電力仿真系統軟件是該仿真平臺的基礎，其中光伏電站達到了1 MW的總功率，單臺光伏逆變器具有500 kW的容量。其具有35 kV的電網母線、400 V電纜的輸出端。下面就對在三相接地短路出現在電力系統的情況下該平臺的低電壓穿越能力進行著重的分析。

如果將0.5 s設置為故障時間t，短路阻抗設置為：

Zk=0.025 Ω，

解除故障的時間為t'=0.8 s，這時候就能夠利用分析將光伏逆變器的輸出電流得出來，通過對其分析我們可以發現，并網點交流側電壓在發生故障的過程中具有非常大的瞬間下降幅度，然而由于具備了非常有效的控制方法，因此不僅沒有導致光伏電站出現脫網的情況，而且還對交流側的輸出電流進行了有效的控制，最終使得光伏逆變器得到了很好的保護。

除此之外，直流側的電壓得到了一定程度的增加，并且還有效的降低了直流側的電流。從這里我們可以發現，該方案具有充足的低電壓穿越能力，可以使電網的正常運行得到有效的保證。

與此同時，該方案除了能夠確保低電壓穿越得以實現，還能夠將大約0.1 pu的無功功率輸出到電網。這樣就能夠使并網點的電壓跌落量得以減少。

大量的計算表明，并網點的電壓落差會由于該額外的無功功率而從0.8倍減少至0.65倍。同時無功電流在電網故障期間出現了一個明顯的增大，并且還在0.46 pu以下的范圍內得到了有效的控制。

除此之外，還在一定的范圍內對有功電流進行了限制，有功電流只是在出現故障以及故障結束的時候發生了一個跳動的現象，在剩余的時間基本能夠保持不變。

3 結 語

影響并網光伏電站廣泛使用的一個非常重要的因素就是其低電壓穿越能力，可以對并網光伏電站的低電壓穿越能力進行研究具有十分重大的意義，然而直到現在為止，對并網光伏電站的低電壓穿越能力的研究仍然存在著問題。在本次研究中對光伏逆變器進行了充分的利用，選擇了一種可以對有功電流實施有效控制、并且對其無功電流予以合理增加的控制方式，從而有效的保證了并網光伏電站的低電壓穿越。與此同時，還利用仿真分析對發生三相接地短路的情況下電力系統應用該方案是不是可以達到低電壓穿越能力的要求進行了重點的檢驗。該方案運行情況良好，值得在并網光伏電站系統中進行推廣和應用。盡管如此，要想確保并網光伏電站的低電壓穿越的高效性和穩定性，仍然需要廣大的研究人員對其進行不斷的創新和摸索，從而尋找出更加科學的方案。

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