基于大數(shù)據(jù)挖掘的光伏逆變器故障檢測分析

張冠花 梁亞明

摘要：對于配電網(wǎng)而言，需要對線路電阻壓降重點(diǎn)分析，電壓已經(jīng)成為配電網(wǎng)系統(tǒng)中影響電能質(zhì)量的關(guān)鍵問題，由此導(dǎo)致配電網(wǎng)光伏出力受到外部條件的顯著影響，從而使系統(tǒng)故障出現(xiàn)的時(shí)候，引起電網(wǎng)出現(xiàn)電壓越限的結(jié)果。在低壓配電網(wǎng)線路阻抗因素作用下，隨著光伏滲透率的提高，較易造成光伏逆變器發(fā)生并網(wǎng)電壓越限的問題，引起電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的顯著下降，在某些情況下將無法再電網(wǎng)中接入光伏系統(tǒng)。本文基于大數(shù)據(jù)挖掘的光伏逆變器故障檢測分析展開論述。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)挖掘;光伏逆變器;故障檢測分析

1光伏電站設(shè)備的特點(diǎn)

目前光伏發(fā)電的主要形式仍然是分布型。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏組件、控制器、逆變器、電池和其他輔助附件組成。根據(jù)是否連接電網(wǎng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)分為并網(wǎng)和脫離網(wǎng)兩種。后者可以獨(dú)立工作，而不依賴電網(wǎng)。經(jīng)典控制策略不考慮線路阻抗問題，但實(shí)際系統(tǒng)有阻抗，相互連接的逆變器之間的循環(huán)功率會對逆變器產(chǎn)生沖擊，降低效率，降低逆變器的功率分配精度。目前，越來越多的分布式光電發(fā)電合并到配電網(wǎng)中，改變了配電網(wǎng)流動單向流動的現(xiàn)有模式，可能發(fā)生電力回流問題，從而出現(xiàn)了網(wǎng)點(diǎn)電壓受到限制的現(xiàn)象。它的優(yōu)點(diǎn)是引入比例積分電壓，提供初始電壓，通過PI控制環(huán)進(jìn)行調(diào)整，減少電壓樣品值和指定值之間的誤差，電壓輸出控制常值調(diào)整系統(tǒng)，輸出可以達(dá)到無定差，速度也可以滿足要求。與傳統(tǒng)火力發(fā)電廠、水電站相比，光伏電站設(shè)備的種類較少，但同類設(shè)備的數(shù)量較多。以裝機(jī)容量為20MW的地面光伏電站為例，該電站采用500kW集中變頻器方案時(shí)，需要約40臺逆變器。采用100kW組串聯(lián)逆變器體系時(shí)，需要約200臺逆變器。以臨陽新能源為例，公司目前管理的光伏電站約130個，總裝機(jī)容量約1.7GW，同類品牌設(shè)備很多。采用傳統(tǒng)的計(jì)劃維護(hù)模式和備件庫存管理模式，備件庫存會增加，資金會占很多，備件存儲和管理費(fèi)用會增加，綜合費(fèi)用會上升，從而降低光伏電站的收益率。因此，本文研究光伏電站逆變器的故障概率分布模型，制定目標(biāo)設(shè)備維護(hù)戰(zhàn)略。

2光伏電源接入對配電網(wǎng)電壓的影響

光伏發(fā)電屬于新的發(fā)展技術(shù)，具有獨(dú)立性、連通性和環(huán)境性。隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)的廣泛建設(shè)，越來越多的自主發(fā)電光電電力接入配電網(wǎng)，引起配電網(wǎng)的電壓波動，不利于配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。引進(jìn)光伏逆變器進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，可以支持配電網(wǎng)電壓控制。配電網(wǎng)建設(shè)及運(yùn)行控制對電力負(fù)荷預(yù)測的準(zhǔn)確性要求較高，不斷訪問的光伏電力影響負(fù)荷測量的一般規(guī)律，或影響配電網(wǎng)輸電電力的穩(wěn)定性，引起配電網(wǎng)電壓波動。大規(guī)模進(jìn)行光伏電源訪問可能會導(dǎo)致配電網(wǎng)電壓不平衡、配電網(wǎng)保護(hù)部分失效等問題。為了穩(wěn)定供應(yīng)配電網(wǎng)的電力，首先要加強(qiáng)對配電網(wǎng)電壓的控制。在配電網(wǎng)方面采取電壓控制戰(zhàn)略的直接措施是增加配電網(wǎng)線路截面積。也就是說，更換更高直徑的電纜或更多數(shù)量的電纜，減少電路阻抗。但是線路更換成本太高，實(shí)施周期長，管理成本高，效果甚微。使用帶負(fù)載調(diào)節(jié)變壓器的分接頭進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)可以調(diào)節(jié)電壓波動，但調(diào)節(jié)精度有限，難以解決末端電壓限制問題，經(jīng)常調(diào)節(jié)的磁頭容易影響機(jī)構(gòu)壽命，系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較差。（大衛(wèi)·亞設(shè)、Northern Exposure（美國電視劇）、負(fù)載調(diào)節(jié)、負(fù)載調(diào)節(jié)、負(fù)載調(diào)節(jié)、負(fù)載調(diào)節(jié)）如果使用反應(yīng)器組、電容器組等電阻裝置進(jìn)行電壓和無功調(diào)節(jié)，則在投放瞬間會發(fā)生很大的暫時(shí)性沖擊，容易導(dǎo)致系統(tǒng)共振問題。引進(jìn)STATCOM可以快速準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)電壓，但投資很大。因此，為了應(yīng)對光伏接入對配電網(wǎng)電壓的影響，最具成本效益的措施是在光伏側(cè)采取電壓調(diào)節(jié)措施。并網(wǎng)逆變器是太陽能接入配電網(wǎng)的核心設(shè)備，具有強(qiáng)大的無功輸出功能和快速調(diào)節(jié)功能，可實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)調(diào)壓控制。

3光伏并網(wǎng)逆變器

1）測試各光伏并網(wǎng)逆變器在并網(wǎng)過程中形成的電壓與電流，再利用線路阻抗測試的方法分析線路1和傳輸線路2之間形成的線路阻抗，以此滿足各分布式光伏電源保持并網(wǎng)運(yùn)行的條件。2）在0.1s以內(nèi)時(shí)，二個并聯(lián)逆變器按照功率均分的形式達(dá)到負(fù)荷的并網(wǎng)運(yùn)行過程;到達(dá)0.1s時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)電流擾動的現(xiàn)象，從0.3s開始各項(xiàng)參數(shù)重新轉(zhuǎn)為正常狀態(tài);進(jìn)入0.4s～0.6s之間時(shí)，線路1和2都達(dá)到了2.15-j0.5kV·A的輸出功率，網(wǎng)點(diǎn)線達(dá)到406V的有效電壓，符合電壓偏差條件。

4傳統(tǒng)的分布式光伏并網(wǎng)孤島效應(yīng)檢測方法

1）以頻率變化作為判斷依據(jù)的正確動作（包括孤島效應(yīng)產(chǎn)生后正確判別為孤島、偽孤島時(shí)不誤判）仿真數(shù)為111組，檢測的相對正確率為84.7%。考慮到故障發(fā)生后，PCC處的電壓降低使以電壓變化作為判斷依據(jù)的孤島效應(yīng)檢測方法在孤島效應(yīng)形成前就將其判斷為孤島，因此以電壓作為判斷依據(jù)的孤島效應(yīng)檢測方法的相對正確率較低，正確動作仿真數(shù)為38組，檢測的相對正確率為29.0%。若認(rèn)為故障后并網(wǎng)開關(guān)斷開一定會形成孤島，那么以電壓作為判斷依據(jù)的孤島效應(yīng)檢測方法的正確動作有117組，檢測的相對正確率為89.3%。2）綜合基于AFDPF算法的單臺逆變器的孤島效應(yīng)檢測方法和基于AFD+AFDPF算法的多臺逆變器的孤島效應(yīng)檢測可以看出，多臺逆變器并聯(lián)時(shí)會降低主動法的正確率，尤其當(dāng)2種算法的頻率偏移方向不一致時(shí)，正確率會大幅降低。無論是采用AFD算法還是采用AFDPF算法，負(fù)載的品質(zhì)因數(shù)及負(fù)載的性質(zhì)都會對檢測準(zhǔn)確性造成影響。由于仿真數(shù)量有限，不能對所有的負(fù)載情況進(jìn)行分析，但是在正反饋系數(shù)為正、而負(fù)載為阻容性質(zhì)時(shí)，會有一個范圍進(jìn)入檢測盲區(qū)，正反饋系數(shù)越大，盲區(qū)越小。

結(jié)束語

隨著分布式光伏發(fā)電的快速發(fā)展，對于分布式光伏并網(wǎng)孤島效應(yīng)的檢測方法也在不斷優(yōu)化。在分布式光伏并網(wǎng)孤島效應(yīng)的傳統(tǒng)檢測方法中，基于光伏逆變器本身的孤島效應(yīng)檢測方法分為2大類：被動孤島檢測方法和主動孤島檢測方法，每種檢測方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。被動孤島檢測方法存在孤島效應(yīng)檢測時(shí)間長和盲區(qū)大的問題，而主動孤島檢測方法雖然引入擾動信號加快了孤島效應(yīng)的檢測速度，同時(shí)減小了檢測盲區(qū)，但其對系統(tǒng)的暫態(tài)響應(yīng)和電能質(zhì)量存在不良影響。

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國網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，200000